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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業區
運營：鄭州市明理路266號木華廣場
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
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聯系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉載：提高陶瓷固結磨具制造水平的幾個關鍵節點探究 |
提高陶瓷固結磨具制造水平的幾個關鍵節點探究
丁順利/山東雙立磨具有限公司
我于今年參觀了北京機床展，感受頗深。總的而言，磨床制造向自動化、智能化、高精度、高效率發展，估計按照目前制造業加速發展的形勢，未來五至十年內，全面實現磨加工的兩化兩高或將成為現實，而且大方向的國家政策導向和國際磨加工技術提升也會倒逼兩高兩化成為現實。
而作為對磨加工影響最直接的國內磨具企業，如何銜接并為兩高兩化磨床配套，成為擺在我們這些磨具技術人員面前最大的課題。傳統的成本最低化、重資本擴張清研發服務必將成為磨企發展的掣肘，我個人認為，一要重視研發與服務以及人才的引進和培養、二要踏踏實實制定計劃與目標并持之以恒的執行、三要實實在在做事而不是光喊口號，要練好內功、要外引內練、要吸收提高。
兩高兩化要求磨具產品在質量穩定性、磨削適應性方面要有極高的性能，進而延伸要求企業管理及技術工藝控制、以及設備工裝的自動化要有很高的保證，筆者結合多年來的技術市場經驗、與磨界專家和磨削專家以及一線磨加工職工的良好互動溝通，提出了一些觀點，希望與大家共同探討、共同成長。
一、實現為兩高兩化磨加工精準配套第一條，提供質量穩定的磨具產品。
質量穩定是磨具制造永遠的主題，有時甚至超過磨具產品本身的質量水平要求，行業有句話叫做“要么質量差的一致，要么質量好的一致，最怕忽好忽壞，質量水平忽高忽低”。兩高兩化要求配套磨具產品要有優異的質量穩定性，因為兩高兩化的目標是給定磨削參數后磨床系統自動裝夾、自動調集砂輪、自動修正、自動磨削，如果你的配套磨具產品做不到質量穩定、做不到物理指標穩定，那么反映到使用方面會頻繁跳機，嚴重影響客戶使用。
那么，如何實現產品質量的穩定、物理指標的穩定，我們試著從幾個方面去探討一下：
第一、原料要素管理控制，詳細一點就是原材輔料濕潤劑臨時粘結劑填料等組成產品的要素控制，包括穩定的進料渠道、程序化的進料檢驗技術分析、對批次差值的配方驗證調整（針對無法解決進料渠道質量符合磨企要求的情況），對原料要素管理的控制可以說是保證質量穩定性最基礎的環節，如果要素環節都控制不好，基本距離兩高兩化要求無緣了。
第二、工藝管理控制，現在大家都在談“工藝為王”，這個說法一點不過份，工藝是什么？工藝是配方設計得以嚴肅執行的必要管理手段。工藝要解決的是做的問題，做就要有程序、有方法，這些程序和方法最終是為了達成配方的設計要求，配方設計一定要考慮工藝手段能否具體實施，工藝管理一定要考慮配方目的能否實際完成，忽略了兩者的關系，對于兩高兩化配套而言，肯定是不行的。舉幾個例子：
一個是關于混料過程控制，混料是為壓制成型服務的（實際上每一個前道工序都是為后道工序服務的），我們希望得到松散的、成型能力好的、微觀結合劑包覆均勻的、最好每一批次都穩定的料性。當然料性也與結合劑性能、濕潤劑對于環境的變化、原材料的穩定性有關聯，結合劑組成中塑性材料的占比不同，配方設計之濕潤劑、臨時粘結劑的構成也要相應調整，具有良好可塑性的結合劑，需要相應調低濕潤劑、臨時粘結劑的使用量。而實際上，隨著磨具行業發展，大量瘠性材料和一價二價氧化物的使用，塑性材料使用比例逐步減少，在這樣的情況下，需要適量提高濕潤劑、臨時粘結劑的比例，最佳比例的確定一是靠試驗確定、二是靠大量的現場數據積累，如果做不到這些，那么很難保證配方設計目的實現，也會給后道工序造成很大的麻煩。
一個是關于成型過程控制，這一點是除混料外對于磨具產品質量穩定性影響最為關鍵的環節，成型主要控制稱量精度、尺寸精度（尤其是厚度尺寸精度）、墊鐵厚度、轉盤轉速、投料方法、攪刮料方法、壓制偏差幾個方面。其中前四種決定內在質量水平與穩定性，后三種決定產品物理指標是否達標與穩定。其實，掌控這7點并不復雜，主要是合理的工藝管理制度的制定與執行監督到位。隨著磨床配套向兩高兩化的發展，我們必須在制定工藝制度方面加碼加嚴，比如成型厚度控制，以前是控制于正負0.5mm,但這顯然不適合厚度較小的砂輪，也不符合磨具產品穩定性一致性的要求，我認為，在目前的設備條件下，實現控制+0mm--+0.3mm是完全能做到的，如果排除其他因素，達到這個要求，產品實現1/3小級級差供貨是能實現的。
執行與監督是非常重要的，制度的建立就是為了界定流程與標準。執行與監督是為了保證制度的有效穩定實施，缺乏執行與監督的制度也就沒有了意義，這一點我想大家都明白，但關鍵還是不潰余力的堅持。
一個是關于裝窯及燒成工藝控制，陶瓷磨具產品是依靠燒成從而達到物理化學及結構要求的，窯爐燒成是依靠熱的輻射對流傳導并借助一定的壓力進行的，同時，合理科學的升降溫曲線對產品質量的穩定提供了保障。目前大部分廠家已經實現使用清潔能源和自動化控制，這里只對影響產品穩定性的裝窯位置安排進行分析。窯爐壓力和溫度以及氣氛在窯爐內各個區域是不一致的，從熱歷史角度講，從點火到閉火在每一個時間點的區域燒成指標都是在變化的，但總的而言具體到每個區域的熱歷史規律大體一致，所以，對特定產品進行裝窯區域界定很有必要。
一個是關于加工工藝控制，陶瓷磨具產品的機加工目的是為了有效保證客戶的正常使用，我們有行業標準對具體的尺寸形位公差進行限定，而且，大多數企業機加工設備實現數控化和金剛石磨輪應用，因此各個企業的加工標準實際已經進行了不同程度的加嚴，這得益于技術與設備進步。這里只是強調一下特殊加工的情況，比如成組砂輪的機加工，成組砂輪顧名思義就是2片或者多片砂輪安裝于一個機臺對同一目標工件進行同時或分時磨削，要求嚴格按照圖紙要求進行加工，這種加工要比普通加工要求高得多，另外對每一批次的加工要求相符度也高得多。
另外，由于形位公差造成的動不平衡狀況已經引起足夠重視，兩高兩化磨削系統不僅要求較高的靜平衡指標，對于動平衡的要求也極其嚴格，檢測手段也越來越全面，動不平衡造成的危害是制約兩高兩化磨削系統正常工作的障礙。這就要求磨企一要配置檢測手段，二要進行加工技術提升和工藝控制手段提高，保證平行度、平直度、同心度、孔與平面垂直度、基準面確定等在原國標基礎上進行大幅度加嚴，自我加壓似的前瞻性解決動平衡問題。
第三、工作現場管理控制，現場管理實際上就是對人機物料等生產要素進行定置化管理，通過合理科學的設備布置、物資工具擺放、領用料及工具行為進行制度約束、定期生產廢物資處理、機臺場地清潔，最大程度的進行空間利用和節約冗余時間浪費以及盡量減輕勞動強度，同時對優化生產節拍和有序化車間管理具有重要意義。現場管理難點同樣是制度的有效執行與監督。
如果認為現場管理與產品穩定性沒有關聯那一定是錯誤的，試問：又臟又亂的原材料、結合劑管理現況是否會加大錯領用料的概率？無序的工具擺放導致錯用墊鐵是否會導致砂輪厚度方向組織不均硬度不一致從而影響穩定性？臟亂差的機臺、場地衛生狀況是否會導致成型料夾雜、影響成型機臺壓制誤差與偏差？
二、實現為兩高兩化磨加工精準配套第二條，提供適合的磨具產品。
磨削適應性也就是說產品一定要適應客戶磨削參數要求并能夠達到客戶磨削目的，為客戶提供定制化的產品和服務。不同的磨床系統，不同的加工工藝對磨具的指標要求是不一樣的：工件的材質、硬度、熱處理方式、加工方法、磨加工技術指標要求、加工余量、進刀量、修整方法、磨削液、機床本身剛性等決定了每一個客戶都會有他獨特的磨削要求，以前老的磨削產品選型的方法一般是進行基本砂輪信息對應選型，這對于普磨產品或許可行，對于專磨、特磨產品，僅有基本信息就不夠了。第一、競品信息存在虛標現象，競品在磨料構成、組織號、結合劑系統選型方面一般很難模仿，何況不同的原材料廠家性能也不一致；第二、有可能客戶老的選型本身就是錯的或者是有偏差的，所以需要精準選型、需要磨削提升就一定需要進行現場數據信息采集，需要明白最終客戶真正的提升要求、有條件的甚至要進行工廠小樣磨削試驗后最終確定方案。
為兩高兩化配套的磨具產品必須要有精準高效的性能，配方系統的設計和工藝措施的保障極其重要。前面說過，配方設計需要依靠精準的磨削參數、實際磨削數據采集、現場交流、同類型磨削案例參考、競品數據采集等，一般給定的磨床參數都有一定的大范圍歸類成分，因此真實的工件圖紙、磨削參數數據取得尤其重要，這一方面可以進行表格化歸類匯總；同類型磨削案例參考在實際配方設計時作用很大，它要依靠磨企進行大數據管理，需要企業有專人進行大量的歸類、整理工作；競品數據采集需要提取基本競品信息作為配方設計參考。總之，詳盡而具體完備的信息收集、處理、匹配是進行磨具選型的最基礎的工作。
前面說過“精準高效”四個字，信息的采集、處理、匹配是為了完成“精準”的要求，而“高效”是為了體現配方體系和結合劑體系的優異性。我們講的配方體系是包括2個層面的東西，一是某一具體配方之內各組成要素針對磨削課題進行的合理搭配；二是整個體系根據粒度、材質、硬度的區段不同對于適用結合劑體系的劃分。以下分開嘗試探討：
每一單個的配方都有五至六個元素，即原材料、結合劑、濕潤劑、臨時粘結劑、填充材料、成型密度，其中濕潤劑（除水玻璃外）、臨時粘結劑、部分填充材料是為了解決混料成型至烘干燒成過程的物理聚合作用，一旦高溫燒成后，這些材料經燃燒后，除留余氣道、氣孔外基本不參與反應從而基本不會對燒后產品指標造成影響（只是會對于工藝和干密度造成些微影響），實際上真正影響產品指標的是原材料、結合劑和成型密度。
（連載一）
根據不同的工件材質選擇不同的原材料這是個常識，這里就不展開敘述，只是對于難磨材料或特殊磨削而言，單獨的磨料組份使用有時會力不從心。目前適應各種特殊用途的特殊金屬材料層出不窮，要么加工硬化嚴重、要么材料有很大韌性、要么有極高的硬度、要么復合了幾種材料的共同性質，這些對于磨料的選擇都是挑戰。在目前國內基礎磨料體系沒有重大改變及發展的情況下最好的選擇是進行不同材質或者不同粒度的混合使用，以發揮各組分磨料的磨削優勢。以最簡單的已經普遍應用的軸承溝道內外圓磨為例，大量使用A/WA混合產品，A磨料韌性好、硬度略低，WA磨料脆性好，硬度高，兩者結合使用，既能體現韌性以保證磨具好的抗沖擊性能又能體現脆性以保證好的自銳性從而保證加工精度，當然，3種甚至更多種的混合磨料制作的砂輪產品隨著磨加工要求的提高越來越普遍使用。
適應磨削要求合理選擇結合劑品種是配方設計要考慮的重點內容，其中對于強度要求是第一要考慮的因素，重點是考慮抗拉強度，針對不同磨料粒度區段，針對磨床不同的轉速要求，需要選擇不同種類結合劑。如粗粒度軟級的砂輪、中等粒度高速砂輪需配比高強度結合劑，對于細粒度砂輪即使中等強度結合劑也可以滿足中等硬度及以上的高速使用要求，這是因為越粗的磨料組成的砂輪，其內部微裂紋擴展的可能性越大。對于結合劑熱穩定性要求近年來受到更多的重視，實際結合劑是在高溫下通過相變進行成瓷化和成玻化，從而在微觀上對磨料進行浸潤并通過形成結合劑橋進而形成不規則網絡化的磨具實體，這個過程既包含磨料的熱脹冷縮，也包括結合劑的熱脹冷縮，關鍵是兩種物質的膨脹系數必須適配，否則會影響成品強度。
還要充分考慮結合劑的反應能力，對于剛玉類產品而言，微觀上結合劑對磨料表面進行侵蝕一部分磨料表面的氧化鋁成份融入結合劑，從而強化了結合劑橋的強度，因而高強度結合機一般都是具有比較高的反應能力，有的甚至達到百分之百。但是我們都會遇到一個問題，過高的強度是否會影響到產品磨削的自銳性，從而影響到磨削效率的發揮和磨削精度粗燥度的保證，因為從修整角度講砂輪的修整過程既有磨粒基團的整體脫落也有磨粒本身的修銳，隨著硬度的變大，磨粒修銳的比例相較于磨粒基團脫落比例變大，自銳性差的結合劑會造成前者作用放大，對于磨削是很不力的。如何設計既有高的強度，又有好的自銳性和熱穩定性的結合劑需要對結合劑成份組成進行理論研究和相關試驗，有效途徑是加大一價二價氧化物的使用，替代部分傳統的自然礦物使用。這樣做既有提高產品質量的考慮也有提高產品穩定性的考慮。
成型密度的設計是根據磨削用途進行的，同時也要充分考慮結合劑系統的能力水平，還要考慮工藝是否能夠實現。對于切斷、外圓、內圓、平面等磨削而言執行疏松的組織號比較適宜，對于成型磨，無心磨，切入磨等執行緊密的組織號比較適宜，但也要考慮工件材質和熱處理狀況，比如難加工的材料即使成型磨削也要盡量執行松組織設計以降低磨削區溫度，降低燒傷情況發生。
從大的配方體系去進行分類是很有必要的，根據不同粒度的磨料，進行橫向分類；根據不同的硬度進行豎向分類，這都必須結合工藝實現來進行區分。這里不多敘述，只強調幾點，1、以有機濕潤劑全面替代水玻璃等無機濕潤劑，避免無機濕潤劑參與影響磨具產品結構及性能是很有必要的，這一是從產品質量實現提出的要求，另外也是保證產品質量穩定性的要求；2、高硬度區不適合使用高反應能力結合劑，一是高硬度區結合劑用量大，結合劑橋粗壯，成型密度大，一般結合機已經可以滿足要求，反應能力過大的結合劑往往會造成工藝變形與廢品；3、細粒度區不適合高反應能力結合劑，一是磨料粒度細到一定程度，由于微觀裂紋擴展很難進行，所以較之粗粒度產品有很好的成品強度，從另一個角度講，細粒度應用高反應能力結合劑反而容易破壞磨粒結構型面，從而不利于磨削。
以上林林總總對于陶瓷固結磨具的質量穩定性和適合磨削性進行了淺顯的分析，磨削是一門學問也是一門藝術，磨具工業一定是緊跟磨床制造加工業的發展而發展的，在緊跟的同時，也要有計劃的進行前瞻性的基礎研究。對于相近的陶瓷，玻璃工業進行技術工藝借鑒也非常有必要。 |
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