【锋锐&行业分享】刀片的新生和再生

栏目：【锋锐*行业资讯】发布时间：2018-07-13

几乎所有金属制品都用刀片加工而成。无论是航空工业或能源行业，还是消费品领域，均无例外。

刀片使用规模大、应用范围广，大型发动机缸体铣削，运动鞋制造商使用的模具，切削表盘加工……这些都离不开刀片的使用。

对刀片的要求也很多：高耐磨性、长刀具寿命、高金属去除率和高可靠性，甚至还要求在严酷条件（例如复杂的走刀和深型腔）下、干切或者湿切都具有高性能，保证工件尺寸的小公差且表面质量出色。

为了能够在极端受热和受力的情况下达到这种完美的性能，刀片采用世界上较为坚硬的材质制成。毫无疑问，不折不扣的精密度是成功的关键。

刀片的生产制作过程是一种艺术。山特维克可乐满的基默工厂是两座制造产品基体粉末的工厂之一。这种粉末被送到其它生产工厂或用于内部生产。

山特维克可乐满基默工厂

刀片的精准之旅

典型的刀片由80％碳化钨和金属基体制成，金属基体的作用是将坚硬的硬质合金粉末粘接在一起，其中钴较为常见。生产刀片的过程非常复杂，需要花两天以上的时间才能完成，会遇到大量的挑战。除了精密和可靠外，清洁度是一个先决条件。整个过程必须做好质量保证，容不得丝毫的马虎。

第一步是保证每种具体粉末的成分配比恰到好处。钨是一种有限的原材料，来源于山特维克位于奥地利的矿山或再生刀片。钴、钛及其它所有成分来自经过精心挑选的供应商，他们可以保证质量一致，从而不会影响成品的质量。尽管如此，为了安全，每个批次都要在实验室进行一丝不苟的测试。然后主要成分自动分配到沿称重线不同站点的容器中。对于某些刀片，需要手动添加少量特殊成分。经过所有不同站点后，满箱的重量将达数百千克。

下一步是研磨，将容器内的成分与乙醇、水和有机化合物混合，并将它们研磨至所需的粒度：通常直径为0.1～5微米。此过程耗时8～55小时，具体取决于成品的配方。合成物是一种灰色的浆料，其稠度与酸奶饮料差不多。然后将浆料泵入喷雾干燥器中，喷雾干燥器用热氮气蒸发乙醇和水的混合物。

当粉末干燥时，它由直径约100微米的球形颗粒组成。样品被送到实验室进行质量检查。然后，将现成的粉剂填充到较小的桶中，并使用压制机加工，由其中有机化合物充当粘接剂，在压制后将粉末粘接在一起。特定刀片的模具就位后，模具内腔就会充满粉末，机床在制造单个刀片时，可施加50吨的压力。即使整个过程的自动化很高，每张刀片仍会被称重，然后操作人员以一定的时间间隔进行外观控制，以确保较高的质量和精度。在此阶段，刀片仍然非常脆弱，所以下一步就是进入烧结炉。

烧结

烧结炉一次可烧结数千片刀片。刀片被加热到大约1,500℃，其中工艺过程耗时约13小时，并使压制的粉末熔化成硬质合金，这种合金是一种极其坚硬的材质。然而，这个过程会导致严重的收缩：烧结刀片的尺寸只有压制件尺寸的一半左右。在再次送往实验室进行质量检查后，将刀片的顶部和底部磨削至正确的厚度。因为硬质合金非常坚硬，要使用含有1.5亿颗工业金刚石小颗粒的砂轮，才能将其磨至正确厚度。通常情况下，刀片还要再次打磨，以达到其精确的槽型和尺寸。

这是制造过程中的关键一步，使用6轴磨床，可确保非常严格的公差，以至于在基默工厂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”。

刀片打磨好后，马上清洁并涂层。为了避免任何油脂或灰尘，拿取刀片时必须戴好手套。刀片涂层有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种不同的涂覆方式。在典型的CVD中，刀片基体接触一种或多种挥发性涂覆气体，涂覆气体在刀片基体表面上反应，以生成所需的沉积物。物理气相沉积工艺在低压炉中进行，将刀片放置在旋转式传送带上并进行涂覆，使刀片变得更加坚硬、更加强韧，甚至更加耐磨。

完成此工步后，刀片随时可包装和运输，但装运前还要进行一次彻底的质量检查。即使在整个过程中经过多次检验，但还是要用肉眼进行手动检查。另外，还要与蓝图和批次订单进行比较，用激光打上正确的材质标记。

基默工厂的生产线

重视环保

但是，这仅仅是刀片的开端。与此过程中使用的其他原材料一样，钨也是一种有限的资源，回收再利用是至关重要的。刀片的使用寿命期间，实际上刀片只有很少的一部分被磨损，大部分材料可再利用。回收有价值的天然资源的方式有多种，其选择取决于所使用的刀片组成成分：通过锌工艺的直接再循环，废旧硬质合金通过化学手段和/或物理手段分离成粉末而不改变其实际组成成分，较大限度地降低能耗和减少化学废弃物; 通过间接的化学回收，所有材料都溶解成原子组分，通过提纯、萃取和结晶工艺后，得到初制品，然后进行热粉末冶金工艺。