我國超硬材料制品從品種、規格上講可謂應有盡有,除報個別的產品因國內裝備條件等原因外,國外能制造的我們也能制造。但是為什么許多由國外引進的設備 配套用的超硬材料制品,不能國內供應呢?關鍵還是其質量上的差距較大。由于國內超硬材料制品水平較低,造成國內一些單位在引進國際上先進的裝備時,放棄一 流的配備超硬材料制品的設備而使用普通磨具配套的設備。95年5月筆者在訪問機械部的官員時,一位負責軸承行業的領導不客氣的說:由于懷疑國內CBN磨具 的質量水平,國內某軸承廠在引進日本20多臺套軸承磨削設備時都選擇了普通砂輪配套的設備,以求設備在引進后不會因砂輪問題而停擺。改革開放以來各行業從 國外引進了不少先進設備,其中不乏用金剛石或CBN制品的設備,到目前為止這些設備用的磨具或工具是否都已國產化了呢?恐怕還差得很遠。就我所知,至少金 剛石繩鋸、花崗巖板平用的銑磨輥、加工空調壓縮機鑄鐵部件用的CBN磨盤、汽車行業用的PCD和PCBN刀具、加工耐磨地磚用的各種磨輥、磨輪、倒邊輪 等,由于種種原因,國產品(試驗用)還未被大多數用戶所接受。
筆者認為提高超硬材料制品質量應從以下幾方面著手。
第一,提高磨粒質量(包括PCD及PCBN),增加品種,并做到按用途“對號入座”。制品質量好壞,磨粒是決定性因素。很難想象用MBD4金 剛石制出的鋸片除了價格便宜之外,會有多好的切割效果?因此要想解決石材、玻璃、陶瓷等硬脆非金屬材料加工難的問題只有努力提高高品級、粗顆粒金剛石的質 量才是真正的出路。用中、低檔金剛石去替代高檔金剛石的做法只能是權宜之計,對行業發展無補于事。為提高樹脂結合劑制品質量必須解決好RVD金剛石和 CBNI磨粒的質量問題,同時要發展微晶結構的磨粒,大力推進鍍敷磨粒的應用。國際上先進國家樹脂超硬磨粒磨具90%的磨粒是鍍金屬衣磨料,而我國恐怕還 不足10%。
第二,研制多種結合劑配方,以適應不同設備類型、加工對象、加工方法等的需要。國內普通存在的問題是結合劑配方少,因此對不同的加工要求很 難一一滿足。國外比較先進的超硬磨具制造商,如德國的winterco.是一個年產金剛石及CBN磨具1000多萬克拉的公司,其結合劑配方多達100多 個,根據不同加工對象、加工工藝方法、設備狀況而選用不同的配方,即使使用條件完全相同,還對用戶不同的使用習慣而作出專門的調整,此外該公司的樹脂結合 劑的每一種配方還有硬度等級之分,即分作J、N、R、T四級。舉例如下:“K—888JYA”這一組代號表示:K—888指加工硬質合金的樹脂結合劑金剛 石砂輪配方,J—指硬度為軟級,Y—用作濕磨,A—指用鋁合金作基體。無疑在這一點上我們有較大的差距。
結合劑的另一個問題是粘結劑的選用問題,仍以樹脂結合劑為例,國內外基本上都以酚醛樹脂為粘結劑,少量采用聚酰亞胺做粘結材料。但即使同為 酚醛樹脂,在性能上、粒度上也存在差異。例如winterco.所用樹脂都是與合成樹脂生產廠共同研究開發專用于超硬材料磨粒磨具的改性酚醛樹脂。我們曾 用同種磨粒、相同配方做了對比,用winterco.提供的樹脂與國內某廠所產樹脂做成同規格砂輪做磨削試驗,結果winterco.的樹脂做成的砂輪的 磨削比G值可高出50%~400%;在大刀的情況下更是無法相比,如當每行程進刀深度達0.08mm時,國產樹脂做的砂輪已無法繼續使用,而 winterco.樹脂所制砂輪卻毫無影響。據該公司邁也爾先生介紹,樹脂進廠后還要進行專門的加工處理,并特別重視粉碎技術。我們曾對其樣品進行了測 試,其結合劑的粒度均細于40μm,其中7~28μm占到90%以上。
對于金屬結合劑制品來說,發達國家結合劑特點是,磨具主要以銅基為主,而且是將各成分按配方比例熔煉制成合金,再加工成粉末,即所謂的預合 金粉末。這種結合劑合金成分均勻,配比準確,熱壓時合金化程度充分、均一。另外還發展了多種特色結合劑,如脆青銅結合劑、金屬陶瓷結合劑等等。國內預合金 粉末技術仍在開發試驗階段,還未大規模用于工業生產。結合劑種類也較單一,對于難度大的加工對象或要求很高的生產效率并兼顧工件精度時便力不從心。
石材建筑業用金剛石工具國外多以鈷基結合劑為主,輔之以碳化鎢基及鐵基,總的來說產品質量穩定可靠。國內出于資源及成本考慮已很少用鈷基結 合劑,而多以鐵基為主,由于其中的主要成分鐵粉還沒有專用于金剛石工具的牌號,即使是同一家廠的產品也往往質量難于穩定,更何況石材、建筑行業設備、工 裝、加工條件的不同,人員技術素質的差異以及行業自身的多樣性等,結合劑過份單一是很難滿足各方面要求的,配方的局限性讓用戶深感為難,因此因質量問題的 供需矛盾也尤為突出。
除應不斷研制各種用途的結合劑配方外,還應不斷研制開發新的結合劑品種,如新型陶瓷結合劑(多孔陶瓷結合劑、高耐磨結合劑)、橡膠結合劑、橡塑結合劑、新型電鍍金屬結合劑(適應于高速下使用)等等。
第三,提高工藝水平和產品標準水平是超硬材料制品質量提高的重要環節。在這方面除應不斷研究采用新的工藝方法外,還應不斷借鑒國外的先進工藝 方法為我所用。例如winterco.各種結合劑制造的砂輪、鋸片等普通采用制粒技術,以提高制品中磨粒分布的均勻性,并為自動投料創造條件;自動化配混 料系統是確保混料準確、混料均勻的工藝手段也已在大生產中獲得應用;磨具熱壓工藝采用溫度、壓力和時間的自動控制,保證了磨具的密度、熟化程度;磨具的整 形、修整和開刃工藝,使產品精度高、磨削鋒銳性好,減少了用戶使用中的麻煩。這些工藝方法和措施還是我們應該認真學習和采用的。
在標準方面,雖然我國超硬材料制品標準歷經修訂,等效采用了國際標準或國外先進的企業標準,但其關鍵的指標,如磨具的精度及動偏差比國外先 進企業的標準相差較多,現將winterco.企業標準中的關鍵指標列入下表。從表中可知,該公司標準中最有特色的是基體的尺寸精度及磨具的動偏差要求都 較高,這是我國標準中所缺乏的。