“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

世界第一刀具的制造流程有什么过人之处?同样的流程差距怎么就这么大!我们知道硬质合金的品质是由硬质合金基体(骨架)+刀片的结构和形状(血肉)+涂层(皮肤)决定的,今天我就带大家从骨到肉扒一扒。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


粉末制备

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

硬质合金的基体由两部分组成:一部分是硬化相就是我们都知道的碳化钨、碳化钛等等,他们诞生之初都是粉末状。可别小看这些粉末,所有硬质合金的主要原材料就靠它。


碳化钨怎么产生的呢?


以钨和碳为原料,将平均粒径为 3~5μm 的钨粉与碳黑用球磨机干混,充分混合后放入石墨盘,再在石墨电阻炉或感应电炉中加热至1400~1700℃,在高温下反应生成碳化钨。


碳化钨是一种极其坚硬而易碎的材料,熔点都在2000℃以上,有的甚至超过4000℃,它的存在就决定了合金的高硬度和耐磨性。


硬质合金基体的另一部分就是粘结金属,一般是铁族金属,加工中我们常用钴和镍。


混合原料

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

碳化钨制作好了,下一步就是在车间里通过湿磨将粉碎的碳化钨与粘合剂金属混合,使其成为均匀的悬浮液,不知道什么样的可自行脑补一下浓稠的酸奶,只不过颜色是灰色。


什么是湿磨?

湿磨,即湿法研磨,是在研磨过程中加入有机或者无机溶剂作为助磨剂的研磨,常见的助磨剂溶剂有超纯水、无水乙醇等。


对于大部分样品或物料来说,干磨只能研磨到微米级别,因为在20μm以下,由于分子间的静电吸引作用,样品或物料的团聚现象严重,很难被研磨的更细。而以湿磨法进行研磨,在助磨剂的冲击作用下,样品或物料可以被研磨至更细,达到几个微米,甚至纳米。


粘合剂金属在其中发挥着什么作用呢?


以钴为例,碳化钨与钴混合,钴对硬质合金的属性至关重要。钴越多,硬质合金的韧性越好;反之就越坚硬、耐磨。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


混料是一项精密的冶金作业,不同成分的重量配比必须丝毫不差,一批420公斤的原料误差不可大于20克。最后,把混合物在大型球磨机里磨成细腻而精致的粉末,而且混合过程中必须喷雾干燥,才能保持混合物正确的流动性,根据不同的配方这个过程需要8到55个小时。


工厂生产数百种硬质合金牌号,为了获得不同的特性(例如硬度,韧性或横向断裂强度),钴量和晶粒尺寸也会相对应发生变化。


质量检测

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

混合浆料干燥之后,会将样品送往实验室进行质量检查。此时的粉末由一系列直径为20至 200微米的小球组成。这个数据到底多微小呢,可以用我们的头发做对比,一缕头发的厚度是50至60微米,最细的粉末连头发厚度的一半都不到。


刀片压制

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

粉末混合好后会被输送到用于制造刀片的冲压机中。操作人员将冲压模具置入机器,控制冲压机内用冲头和冲模进行压制,得到基本形状和尺寸。每个刀片都使用12吨的冲压力,由机床执行冲压操作,并由操作人员控制。在这一阶段,刀片非常脆弱且易于断裂。


压制后,会对每一个刀片进行称重,操作工也会用放大镜进行观察控制,以确保合格的质量和精度。


烧结硬化

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


压制后接下来,刀片就要像孙大圣一样,在那炼丹炉烧上13个小时。这就是刀片的炼丹炉——烧结炉,它一次可以烧制数千块刀片。


刀片在1500摄氏度下进行13小时的热处理,使融化的钴与碳化钨颗粒粘结在一起,1500摄氏度的概念就像是钢管像巧克力一样迅速融化。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


经过这次的烧结,刀片中的聚乙二醇在烧结过程中消失,刀片体积会缩小大约50%左右,现在的刀片有初步的硬度了,但未达到可以交货的程度。


磨床磨削

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


烧结后,需再次送入质量检查实验室,对刀片进行表面、外围和切屑槽磨削,对刀刃进行珩磨,使刀片的顶部和底部都被磨削成正确的厚度。


经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料,几乎只能用磨削来进行加工。只有通过金刚石磨削,才能使硬质合金刀片实现精确的几何形状和尺寸。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


以硬质合金为例,硬质合金刀片非常坚硬,需要使用含有1.5亿颗微小的工业金刚石的砂轮对它打磨一番。光这个刀片制造过程的小环节使用的工具——金刚石砂轮就价值上万。


通常情况下,刀片还要再次打磨,以达到极其精确的槽型和尺寸。


对磨削工艺要求也是极高的,目前五轴或六轴磨刀磨床机制造商主要分布在国外,例如瑞典采用的是最先进的磨削工艺——6轴磨板,以满足其极为严格的公差要求,在山特的基默工厂还一直流传着这样一则笑话:“如果你打个喷嚏,公差马上就会发生变化”。


涂层


磨削完成后,就是需要清洁并喷涂刀片,也就是涂层。这里我只简单说一下,因为涂层的讲究太多了,我们下一期单独拿出来说。


现有的两种涂层方法是:化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD),选用何种方法取决于材料和加工方法。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

如果使用CVD方法来涂层,把刀片放入炉中。连同甲烷和氢气一起加入,达到1000摄氏度时这些气体相互作用,也作用于硬质合金表面,使刀片获得只有几千分之一毫米厚的均质涂层。


而PVD是基于材料的蒸发。但是无论采用何种加工方法,都必须检查最终结果。


最终检验

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?


经过层层加工程序,一遍遍检测后的刀具,最后包装前还要进行最后一遍检验,每片刀片都要经过显微镜检验外观是否合格,合格后的产品才可以进行贴标签、包装等工作,做完这些就可以把刀片配送给客户了。


走出误区,国产刀具大有可为


虽然,业内仍有不少人对于一把好刀具的出品存有误区,以为购买进口的原料、好的磨刀机、好的涂层,就能做成一把“好刀”。


但实际上要做好一把刀具,至少有20几个环节需要把控,每一个环节都是息息相关的,任何一个环节的缺失都会影响最终的成品。做成一把刀的外形是非常容易的,但要做到堪比国外刀具品牌的质量,就非常不易了。


“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

粉末制备 → 挤压成型 → 烧结 → 表面处理 → 检测


不过值得欣慰的是,虽然和国外相比,从刀具的精度、刀具材料、涂层技术、设计思路等诸多方面差距还很大,但是从20世纪80年代初国内数控刀具的研制开始,至今也不是说没有发展和突破的。

“九九八十一道工序”下来,唯独山特维克封神了?

随手拍的株钻产品


目前,我国如株洲钻石、厦门金鹭等切削刀具企业发展迅速,这些企业重视技术进步、人才培养,在发展现代高效刀具方面跨出了非常可喜的一步,总之,不管过去差距多大,总算也让我们看到了国产刀具崛起的新希望,期待早日结束国产机床配“洋刀”的那天。


分享到:


相關文章: