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鄭州晶品超硬工具有限公司
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聯(lián)系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉(zhuǎn)載：提高陶瓷固結(jié)磨具制造水平的幾個關(guān)鍵節(jié)點探究 |
提高陶瓷固結(jié)磨具制造水平的幾個關(guān)鍵節(jié)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(fā)展，估計按照目前制造業(yè)加速發(fā)展的形勢，未來五至十年內(nèi)，全面實現(xiàn)磨加工的兩化兩高或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實，而且大方向的國家政策導(dǎo)向和國際磨加工技術(shù)提升也會倒逼兩高兩化成為現(xiàn)實。
而作為對磨加工影響最直接的國內(nèi)磨具企業(yè)，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(shù)人員面前最大的課題。傳統(tǒng)的成本最低化、重資本擴張清研發(fā)服務(wù)必將成為磨企發(fā)展的掣肘，我個人認為，一要重視研發(fā)與服務(wù)以及人才的引進和培養(yǎng)、二要踏踏實實制定計劃與目標(biāo)并持之以恒的執(zhí)行、三要實實在在做事而不是光喊口號，要練好內(nèi)功、要外引內(nèi)練、要吸收提高。
兩高兩化要求磨具產(chǎn)品在質(zhì)量穩(wěn)定性、磨削適應(yīng)性方面要有極高的性能，進而延伸要求企業(yè)管理及技術(shù)工藝控制、以及設(shè)備工裝的自動化要有很高的保證，筆者結(jié)合多年來的技術(shù)市場經(jīng)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(xiàn)為兩高兩化磨加工精準(zhǔn)配套第一條，提供質(zhì)量穩(wěn)定的磨具產(chǎn)品。
質(zhì)量穩(wěn)定是磨具制造永遠的主題，有時甚至超過磨具產(chǎn)品本身的質(zhì)量水平要求，行業(yè)有句話叫做“要么質(zhì)量差的一致，要么質(zhì)量好的一致，最怕忽好忽壞，質(zhì)量水平忽高忽低”。兩高兩化要求配套磨具產(chǎn)品要有優(yōu)異的質(zhì)量穩(wěn)定性，因為兩高兩化的目標(biāo)是給定磨削參數(shù)后磨床系統(tǒng)自動裝夾、自動調(diào)集砂輪、自動修正、自動磨削，如果你的配套磨具產(chǎn)品做不到質(zhì)量穩(wěn)定、做不到物理指標(biāo)穩(wěn)定，那么反映到使用方面會頻繁跳機，嚴(yán)重影響客戶使用。
那么，如何實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定、物理指標(biāo)的穩(wěn)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(jié)劑填料等組成產(chǎn)品的要素控制，包括穩(wěn)定的進料渠道、程序化的進料檢驗技術(shù)分析、對批次差值的配方驗證調(diào)整（針對無法解決進料渠道質(zhì)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(zhì)量穩(wěn)定性最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，如果要素環(huán)節(jié)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(xiàn)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(shè)計得以嚴(yán)肅執(zhí)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(shè)計要求，配方設(shè)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(guān)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(guān)于混料過程控制，混料是為壓制成型服務(wù)的（實際上每一個前道工序都是為后道工序服務(wù)的），我們希望得到松散的、成型能力好的、微觀結(jié)合劑包覆均勻的、最好每一批次都穩(wěn)定的料性。當(dāng)然料性也與結(jié)合劑性能、濕潤劑對于環(huán)境的變化、原材料的穩(wěn)定性有關(guān)聯(lián)，結(jié)合劑組成中塑性材料的占比不同，配方設(shè)計之濕潤劑、臨時粘結(jié)劑的構(gòu)成也要相應(yīng)調(diào)整，具有良好可塑性的結(jié)合劑，需要相應(yīng)調(diào)低濕潤劑、臨時粘結(jié)劑的使用量。而實際上，隨著磨具行業(yè)發(fā)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(jié)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(xiàn)場數(shù)據(jù)積累，如果做不到這些，那么很難保證配方設(shè)計目的實現(xiàn)，也會給后道工序造成很大的麻煩。
一個是關(guān)于成型過程控制，這一點是除混料外對于磨具產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性影響最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，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(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)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(nèi)在質(zhì)量水平與穩(wěn)定性，后三種決定產(chǎn)品物理指標(biāo)是否達標(biāo)與穩(wěn)定。其實，掌控這7點并不復(fù)雜，主要是合理的工藝管理制度的制定與執(zhí)行監(jiān)督到位。隨著磨床配套向兩高兩化的發(fā)展，我們必須在制定工藝制度方面加碼加嚴(yán)，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(chǎn)品穩(wěn)定性一致性的要求，我認為，在目前的設(shè)備條件下，實現(xiàn)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(chǎn)品實現(xiàn)1/3小級級差供貨是能實現(xiàn)的。
執(zhí)行與監(jiān)督是非常重要的，制度的建立就是為了界定流程與標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行與監(jiān)督是為了保證制度的有效穩(wěn)定實施，缺乏執(zhí)行與監(jiān)督的制度也就沒有了意義，這一點我想大家都明白，但關(guān)鍵還是不潰余力的堅持。
一個是關(guān)于裝窯及燒成工藝控制，陶瓷磨具產(chǎn)品是依靠燒成從而達到物理化學(xué)及結(jié)構(gòu)要求的，窯爐燒成是依靠熱的輻射對流傳導(dǎo)并借助一定的壓力進行的，同時，合理科學(xué)的升降溫曲線對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提供了保障。目前大部分廠家已經(jīng)實現(xiàn)使用清潔能源和自動化控制，這里只對影響產(chǎn)品穩(wěn)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(nèi)各個區(qū)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(qū)域燒成指標(biāo)都是在變化的，但總的而言具體到每個區(qū)域的熱歷史規(guī)律大體一致，所以，對特定產(chǎn)品進行裝窯區(qū)域界定很有必要。
一個是關(guān)于加工工藝控制，陶瓷磨具產(chǎn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)對具體的尺寸形位公差進行限定，而且，大多數(shù)企業(yè)機加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)控化和金剛石磨輪應(yīng)用，因此各個企業(yè)的加工標(biāo)準(zhǔn)實際已經(jīng)進行了不同程度的加嚴(yán)，這得益于技術(shù)與設(shè)備進步。這里只是強調(diào)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(biāo)工件進行同時或分時磨削，要求嚴(yán)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(jīng)引起足夠重視，兩高兩化磨削系統(tǒng)不僅要求較高的靜平衡指標(biāo)，對于動平衡的要求也極其嚴(yán)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(tǒng)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(shù)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(zhǔn)面確定等在原國標(biāo)基礎(chǔ)上進行大幅度加嚴(yán)，自我加壓似的前瞻性解決動平衡問題。
第三、工作現(xiàn)場管理控制，現(xiàn)場管理實際上就是對人機物料等生產(chǎn)要素進行定置化管理，通過合理科學(xué)的設(shè)備布置、物資工具擺放、領(lǐng)用料及工具行為進行制度約束、定期生產(chǎn)廢物資處理、機臺場地清潔，最大程度的進行空間利用和節(jié)約冗余時間浪費以及盡量減輕勞動強度，同時對優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍和有序化車間管理具有重要意義。現(xiàn)場管理難點同樣是制度的有效執(zhí)行與監(jiān)督。
如果認為現(xiàn)場管理與產(chǎn)品穩(wěn)定性沒有關(guān)聯(lián)那一定是錯誤的，試問：又臟又亂的原材料、結(jié)合劑管理現(xiàn)況是否會加大錯領(lǐng)用料的概率？無序的工具擺放導(dǎo)致錯用墊鐵是否會導(dǎo)致砂輪厚度方向組織不均硬度不一致從而影響穩(wěn)定性？臟亂差的機臺、場地衛(wèi)生狀況是否會導(dǎo)致成型料夾雜、影響成型機臺壓制誤差與偏差？
二、實現(xiàn)為兩高兩化磨加工精準(zhǔn)配套第二條，提供適合的磨具產(chǎn)品。
磨削適應(yīng)性也就是說產(chǎn)品一定要適應(yīng)客戶磨削參數(shù)要求并能夠達到客戶磨削目的，為客戶提供定制化的產(chǎn)品和服務(wù)。不同的磨床系統(tǒng)，不同的加工工藝對磨具的指標(biāo)要求是不一樣的：工件的材質(zhì)、硬度、熱處理方式、加工方法、磨加工技術(shù)指標(biāo)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(chǎn)品選型的方法一般是進行基本砂輪信息對應(yīng)選型，這對于普磨產(chǎn)品或許可行，對于專磨、特磨產(chǎn)品，僅有基本信息就不夠了。第一、競品信息存在虛標(biāo)現(xiàn)象，競品在磨料構(gòu)成、組織號、結(jié)合劑系統(tǒng)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(zhǔn)選型、需要磨削提升就一定需要進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(chǎn)品必須要有精準(zhǔn)高效的性能，配方系統(tǒng)的設(shè)計和工藝措施的保障極其重要。前面說過，配方設(shè)計需要依靠精準(zhǔn)的磨削參數(shù)、實際磨削數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場交流、同類型磨削案例參考、競品數(shù)據(jù)采集等，一般給定的磨床參數(shù)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(shù)數(shù)據(jù)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(shè)計時作用很大，它要依靠磨企進行大數(shù)據(jù)管理，需要企業(yè)有專人進行大量的歸類、整理工作；競品數(shù)據(jù)采集需要提取基本競品信息作為配方設(shè)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(chǔ)的工作。
前面說過“精準(zhǔn)高效”四個字，信息的采集、處理、匹配是為了完成“精準(zhǔn)”的要求，而“高效”是為了體現(xiàn)配方體系和結(jié)合劑體系的優(yōu)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(nèi)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(jù)粒度、材質(zhì)、硬度的區(qū)段不同對于適用結(jié)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(jié)合劑、濕潤劑、臨時粘結(jié)劑、填充材料、成型密度，其中濕潤劑（除水玻璃外）、臨時粘結(jié)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?zé)珊螅@些材料經(jīng)燃燒后，除留余氣道、氣孔外基本不參與反應(yīng)從而基本不會對燒后產(chǎn)品指標(biāo)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(chǎn)品指標(biāo)的是原材料、結(jié)合劑和成型密度。
（連載一）
根據(jù)不同的工件材質(zhì)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(yīng)各種特殊用途的特殊金屬材料層出不窮，要么加工硬化嚴(yán)重、要么材料有很大韌性、要么有極高的硬度、要么復(fù)合了幾種材料的共同性質(zhì)，這些對于磨料的選擇都是挑戰(zhàn)。在目前國內(nèi)基礎(chǔ)磨料體系沒有重大改變及發(fā)展的情況下最好的選擇是進行不同材質(zhì)或者不同粒度的混合使用，以發(fā)揮各組分磨料的磨削優(yōu)勢。以最簡單的已經(jīng)普遍應(yīng)用的軸承溝道內(nèi)外圓磨為例，大量使用A/WA混合產(chǎn)品，A磨料韌性好、硬度略低，WA磨料脆性好，硬度高，兩者結(jié)合使用，既能體現(xiàn)韌性以保證磨具好的抗沖擊性能又能體現(xiàn)脆性以保證好的自銳性從而保證加工精度，當(dāng)然，3種甚至更多種的混合磨料制作的砂輪產(chǎn)品隨著磨加工要求的提高越來越普遍使用。
適應(yīng)磨削要求合理選擇結(jié)合劑品種是配方設(shè)計要考慮的重點內(nèi)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(qū)段，針對磨床不同的轉(zhuǎn)速要求，需要選擇不同種類結(jié)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(jié)合劑，對于細粒度砂輪即使中等強度結(jié)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(nèi)部微裂紋擴展的可能性越大。對于結(jié)合劑熱穩(wěn)定性要求近年來受到更多的重視，實際結(jié)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(jié)合劑橋進而形成不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)化的磨具實體，這個過程既包含磨料的熱脹冷縮，也包括結(jié)合劑的熱脹冷縮，關(guān)鍵是兩種物質(zhì)的膨脹系數(shù)必須適配，否則會影響成品強度。
還要充分考慮結(jié)合劑的反應(yīng)能力，對于剛玉類產(chǎn)品而言，微觀上結(jié)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(jié)合劑，從而強化了結(jié)合劑橋的強度，因而高強度結(jié)合機一般都是具有比較高的反應(yīng)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(chǎn)品磨削的自銳性，從而影響到磨削效率的發(fā)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(jié)合劑會造成前者作用放大，對于磨削是很不力的。如何設(shè)計既有高的強度，又有好的自銳性和熱穩(wěn)定性的結(jié)合劑需要對結(jié)合劑成份組成進行理論研究和相關(guān)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(tǒng)的自然礦物使用。這樣做既有提高產(chǎn)品質(zhì)量的考慮也有提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的考慮。
成型密度的設(shè)計是根據(jù)磨削用途進行的，同時也要充分考慮結(jié)合劑系統(tǒng)的能力水平，還要考慮工藝是否能夠?qū)崿F(xiàn)。對于切斷、外圓、內(nèi)圓、平面等磨削而言執(zhí)行疏松的組織號比較適宜，對于成型磨，無心磨，切入磨等執(zhí)行緊密的組織號比較適宜，但也要考慮工件材質(zhì)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(zhí)行松組織設(shè)計以降低磨削區(qū)溫度，降低燒傷情況發(fā)生。
從大的配方體系去進行分類是很有必要的，根據(jù)不同粒度的磨料，進行橫向分類；根據(jù)不同的硬度進行豎向分類，這都必須結(jié)合工藝實現(xiàn)來進行區(qū)分。這里不多敘述，只強調(diào)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能是很有必要的，這一是從產(chǎn)品質(zhì)量實現(xiàn)提出的要求，另外也是保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的要求；2、高硬度區(qū)不適合使用高反應(yīng)能力結(jié)合劑，一是高硬度區(qū)結(jié)合劑用量大，結(jié)合劑橋粗壯，成型密度大，一般結(jié)合機已經(jīng)可以滿足要求，反應(yīng)能力過大的結(jié)合劑往往會造成工藝變形與廢品；3、細粒度區(qū)不適合高反應(yīng)能力結(jié)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(chǎn)品有很好的成品強度，從另一個角度講，細粒度應(yīng)用高反應(yīng)能力結(jié)合劑反而容易破壞磨粒結(jié)構(gòu)型面，從而不利于磨削。
以上林林總總對于陶瓷固結(jié)磨具的質(zhì)量穩(wěn)定性和適合磨削性進行了淺顯的分析，磨削是一門學(xué)問也是一門藝術(shù)，磨具工業(yè)一定是緊跟磨床制造加工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，在緊跟的同時，也要有計劃的進行前瞻性的基礎(chǔ)研究。對于相近的陶瓷，玻璃工業(yè)進行技術(shù)工藝借鑒也非常有必要。 |
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