牧激岳國漢再談激光加工和PCD 超硬刀具
2022-06-18 13:44:38 閱讀次數(shù)：4086
PCD 超硬刀具已經有三十多年的發(fā)展歷史，這種刀具的發(fā)展源于歐美等工業(yè)發(fā)達國家，在長達30 年的時期內基本都是基于物理磨削與電蝕技術，激光加工的工藝不到10 年的發(fā)展史，并且發(fā)展非常緩慢，甚至是多年都沒有實質的進步。從2014 年開始，國內某集團內部成長出一種全新的激光加工理論，深圳市牧激科技有限公司（以下簡稱“ 牧激科技”）在此理念基礎上進行了研究，一套更加完整的激光加工理論因之誕生。該理論從多方面評價，均優(yōu)于現(xiàn)行的加工理論。今天，牧激科技總經理岳國漢先生帶著這套理論，再次登臨《刀具界》封面，與大家慷慨分享，惠及中國刀具企業(yè)。
530D 生產現(xiàn)場
牧激科技從PCD 材料的本質出發(fā)，推出了基于激光的全激光加工理論。岳總表示，這里要從原材料說起。凡是從事過PCD 刀具加工的人，都知道PCD 的一個主要特性便是它的導電性。而原本PCD 材料并不導電，為了服從加工需求，PCD 材料被改良成為一種類似金屬的材料，便于火花機加工。無論是線切割或銅輪放電都是火花機，通過導電電弧的熔化金屬結合劑的高溫使PCD 碳化， 達到對PCD 的精密加工。放電電流越大，產生的溫度也就越高，同樣加工效率就變高；溫度越高，PCD 碳化就越嚴重。為了降低刀口的碳化，提高刀具的切削性能，不得不調低電流，降低加工溫度， 加工效率直線下降。過去做一把PCD 刀具都是按小時計時，有的甚至多達數(shù)天才能完成一把刀具。
“除了效率低之外，還有刀口崩口和不鋒利等問題，約束了PCD 刀具的快速發(fā)展?！?岳總說，“再加上在PCD 材料中過多的考慮導電性，導致PCD材料的耐磨性嚴重降低。各種綜合因素加在一起，使PCD 刀具成為了超貴刀具的代表，便宜的幾百元一支，貴的幾萬元都有，整體硬質合金刀具的性能提升和價格一路下調，發(fā)展勢頭壓過超硬刀具。而在超硬刀具加工技術方面，歐、美、日一直都沒有一個更好的方案，直到2019 年?！?nbsp;2019 年，牧激科技回歸超硬刀具領域，帶來了全新的激光加工理論。岳總介紹道：“這套理論的第一條， 就是還原超硬本色。PCD 無須導電， PCD 材料從原料到刀具成品全過程都不接觸電，100% 去除電加工的影響。材料壓制成功后，第一道工序由激光平面磨床完成。2019 年牧激科技快速完成該技術研究，加工一片55mm 直徑的PCD，磨削0.5mm，用時不到10 分鐘，顯著降低了高性能PCD 材料的磨平成本?！?nbsp;2019 年，很多企業(yè)仍然購買一種非常落后的燈泵激光。其實早在2014 年，牧激科技在富士康內部用光纖激光代替了燈泵激光，一臺設備相當于8 臺燈泵設備，并且?guī)缀鯚o需維護。2019 年推出了更加先進的光纖切割機， 2021 年推出了軸閉環(huán)五軸激光切割機， 更便宜、更高效、更高品質、更強的專業(yè)針對性。“焊接是所有PCD 刀具都要面臨的問題。激光焊接技術可以精準的實施控溫焊接與換片，并且可以在五軸機上實現(xiàn)局部刀片換片，這一技術在大型刀具加工的應用上意義重大，可以實現(xiàn)一次裝夾一次校正多次加工，實現(xiàn)精密局部換片?！?岳總說。從PCD 原材料開始， 牧激科技的激光加工都在盡可能的保護材料原始特性，刀具加工上的保護更加關建。這一技術就與歐美存在明顯不同，岳總稱之為“精粗精工藝”?！熬志?分別代表：第一步精密激光加工，第二步大功率激光粗加工，第三步精密激光精加工。為什么要采用這種工藝？完全是從保護刀口出發(fā)，充分利用激光加工特性，追求高品質的同時，也要保證高效率。為什么第一步是精加工？這無疑顛覆了大家以往的加工認知。岳總為我們釋疑：“ 熟悉PCD 材料的人都知道，PCD 表面是PCD 層，其下是硬質合金的襯底。第一步采用大功率激光粗加工時，PCD 層直接受熱非常嚴重， 而PCD 層中絕大部分都是導熱性極佳的金剛石。PCD 層在粗切激光的作用下，熱損傷深度可達0.2mm 以上，并且粒度越大，熱損傷層越深?！?nbsp;于是， 加工PCD 層的時候， 牧激科技采用精密激光系統(tǒng)，并且采用超低損傷的加工參數(shù)，切割出一條約0.5mm 左右寬的溝槽。一定要切除所有PCD 層， 通常0.6mm 厚的PCD， 兩刀便能切除完成。
預切理論圖片
預切溝槽照片，可見刃口沒有燒傷
如何切割出一條寬度0.5mm 的溝槽？岳總答道：“我們采用了光刀方法， 讓激光高速旋轉切割，這種方法是我們2014 年發(fā)明的。截止目前，與國外技術已有兩處明顯的不同。PCD 層切割完成后，采用一套大功率激光，固定式切割頭切割PCD 槽內，大功率粗切激光不能切到PCD 層，激光直接將鎢鋼襯底切除，完成‘精粗精’ 中的第二步。”
粗切照片，粗切沒有切到PCD，
但是粗切的刀面并不光滑
那么，為什么一定要粗切這一刀呢？難道不能采用光刀一直向下切割嗎？“這個問題，我們在設計雙激光設備的時候專門進行了研究。如果采用光刀一直向下切，的確可以切除多余的材料，時間會比較長。當材料厚度較厚的時候，用光刀向下切割是十分困難的，因為排屑非常困難，并且還會在刀口處留下大量飛濺出來的鎢鋼顆粒。由于這些鎢鋼顆粒的溫度相當高，并且含有鈷，飛濺到PCD 表面后，與PCD 的結合劑熔合，非常牢固的粘在PCD 表面，無法用常規(guī)清潔手段清除。而這些留在刀口的異物，會嚴重影響刀具的切削性能?！?nbsp;
牧激科技創(chuàng)新地將兩套激光系統(tǒng)設計在同一臺設備中，方便隨時快速切換。粗切時角度比設計的后角要大一些，因為切割的面并不光滑，需要再用精切激光對后刀面進行精修，以保證后角的精度與后刀面的光滑度。由于有粗切激光切除掉鎢鋼襯底， 精切激光加工大后角時，鎢鋼顆粒全部向下飛出，PCD 表面及刀口沒有任何加工造成的異物，排屑順暢，沒有高溫鎢鋼顆粒再熔現(xiàn)象。加工中的刀具溫度也相對低了很多，通常加工完成后，可以用手直接摸刀具。同時， 因加工余量減少，精加工后刀面的時間也相對減少約50% 以上。以1.6mm 總厚的PCD 為例，整體加工效率提升約一倍。增加了一套大功率激光系統(tǒng)， 相當于增加了一倍的產出。
4K 開槽的視頻照片
談到此處，岳總歸納說：” 以上幾步都還沒有到修刃口。以往，進口設備都不采用激光進行以上加工，而是以線切割配合完成。激光只加工刃口幾個絲的余量，甚至要求不高的PCD 刀具，線切割便直接做好，這就是本質的差異。當初我們推出雙激光的時候，還有很多人不能理解，認為多加一個粗切，用途并不明顯。這種認知， 源于學習進口設備加工方法的慣性思維。而我們卻是從加工的本質出發(fā)， 研發(fā)出科學的方法實現(xiàn)高效生產?！?nbsp;“精粗精” 的第三步就是精修。包括精修大后角、小后角和刀口，這一點也與進口設備完全不同。而這也是令岳總頗為自豪的一點：“因為，這是我發(fā)明的反切反修方法。這個方法，2016 年成功完成了某大牌手機的高亮黑鋁合金外殼加工，全球只有中國人能做到。如今，我再一次將這種技術進行了升級， 不但能實現(xiàn)當年的功能，還增加了更多有利于提高刀具壽命的方法?！?nbsp;
反切刃口的優(yōu)點有三個：其一， 刀口非常鋒利；其二，刀口沒有燒傷；其三，第一后刀面非常光滑。對此，岳總特別進行了說明：“國外的公司宣傳用皮秒或飛秒激光來減少刃口燒傷，而牧激科技卻用納秒激光就解決了燒傷。不是沒有燒傷，而是我們把燒傷留在非刃口的位置。納秒激光不但比皮秒、飛秒激光更便宜， 加工效率還要高出數(shù)倍?！?nbsp;
某品牌正面有黑線照片
與牧激正面沒有黑線照片對比
說到這里，岳總回憶初衷：“當年， 我只是因為想提升刀具壽命。當時， 完全不懂PCD 刀具，只想把刀具做得更鋒利，卻不知太過鋒利的刃口，壽命更短。直到2021 年，我才找到原因?！?nbsp;2020 年， 岳總開始重新投入了PCD 刀具的研發(fā)。從理論上說服自己， 用實踐數(shù)據(jù)證實理論，在行業(yè)專家的指點下，岳總試著減少第一后角，發(fā)現(xiàn)壽命明顯改善，進一步研究出鈍化后角設計，壽命問題徹底解決，完成了第一版PCD 刀具的新理論。相比歐美先進的刀具技術，牧激科技更加推薦采用鋒利刃口設計。鋒利刃口更利于切削，同時采用的鈍化刃口設計， 滿足了鋒利與壽命的要求。鋒利刃口有效降低了切削阻力，使得PCD 刀具的直徑進一步變小，加工的壁厚也可以更小?！?nbsp;
某品牌45 度立體照片
與牧激45 度立體照片對比
現(xiàn)在，我們跟隨著岳總，對牧激科技的全新PCD 刀具理論進行一下總結：采用全激光技術，原材料不用導電，耐用性更好；采用“精粗精”加工，最大限度保護了PCD 刃口材料及刃口品質， 實現(xiàn)了高效加工；采用反切刃口技術， 實現(xiàn)了鋒利刃口和無燒傷的刃口，加工出鋒利卻又有鈍化功能的刃口，同時提升了刀具的性能與壽命。
采訪最后，岳總自信且堅定地說：“今時今日，在PCD 刀具的加工技術上，牧激科技已經領先一步，加上我們更加認真的超精密設備技術，精度做到了完全不亞于進口設備，效率高出數(shù)倍，配合國產專用材料，國產高性能PCD 刀具已成現(xiàn)實。我們不支持內卷，刀具越來越便宜，全部是技術進步的成果。”
