青島日報社/觀海新聞6月10日訊 超硬磨具被譽為先進制造領(lǐng)域不可或缺的“工業(yè)牙齒”。航空航天、國防軍工以及光伏與電子信息等領(lǐng)域里的各種高難材料加工難題，在它面前都能迎刃而解。然而，這一領(lǐng)域高端市場一直被進口產(chǎn)品壟斷，有些關(guān)鍵產(chǎn)品還對我國禁售禁運。國內(nèi)超硬磨具技術(shù)雖然一直在發(fā)展之中，但仍存在著在線修整困難，傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)合劑對磨料只能產(chǎn)生物理包埋作用、把持力不足的難題。而在青島高新區(qū)，一家成立于2016年的年輕企業(yè)——磐維科技（青島）有限公司通過自主研發(fā)，顛覆傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)工藝，走出了結(jié)合劑技術(shù)的一條創(chuàng)新之路，新一代金屬基多孔超硬磨具應(yīng)運而生，實現(xiàn)了這一領(lǐng)域的順利突破。近日，觀海新聞記者走進磐維科技，聽該公司總經(jīng)理李培亮講述他們的突圍故事。
三年研發(fā)攻克技術(shù)難關(guān)
“你看我們手機外殼的邊緣為什么這么光滑？這個弧度為什么會這么平滑？這都是用銑刀銑出來的，我們最先進入的就是硬質(zhì)合金銑刀鉆頭加工行業(yè)。”采訪伊始，在記者問到超硬磨具的作用時，李培亮先用手機做案例進行了簡單說明。“基礎(chǔ)加工制造業(yè)大體分為車、銑、磨三類，固結(jié)磨具不但承擔(dān)了磨削領(lǐng)域的工作，同時支撐了車和銑兩個行業(yè)基礎(chǔ)工具車刀和銑刀的生產(chǎn)加工，在制造業(yè)的重要性不言而喻。”他告訴記者，超硬磨具被譽為先進制造領(lǐng)域不可或缺的“工業(yè)牙齒”，是現(xiàn)代制造業(yè)實現(xiàn)精密加工、超精密加工最有效、應(yīng)用最廣的制造技術(shù)。
超硬磨具，簡單來講就是將金剛石和立方氮化硼兩種超硬磨料固結(jié)成型，制造成各種磨削工具。超硬磨具壽命是普磨磨具的300倍以上，工作效率是其6到8倍，優(yōu)勢突出。但因其難以在線修整，所以一直無法實現(xiàn)全部替代。
三年多時間，幾千次實驗，磐維科技成功研發(fā)出一種全新的合金體系，對金剛石和CBN兩種超硬磨料都有非常優(yōu)秀的浸潤性，因為是超硬磨料和結(jié)合劑之間的化學(xué)金冶金結(jié)合，顛覆了傳統(tǒng)工藝中結(jié)合劑對磨料的物理包埋，所以被稱為新一代金屬基多孔超硬磨具，徹底彌補了傳統(tǒng)超硬磨具無孔隙和無法在線修整的缺點。
李培亮告訴記者，超硬磨具的磨料、結(jié)合劑和孔隙率是固結(jié)磨具的三要素，決定其磨削性能的關(guān)鍵。“對于超硬磨具來說，磨料就是金剛石和CBN兩種超硬材料，結(jié)合劑和孔隙正是目前傳統(tǒng)超硬磨具面臨的難題。”據(jù)李培亮介紹，傳統(tǒng)磨具主要是樹脂、陶瓷、金屬等作為結(jié)合劑，全部都是通過物理方式將磨料包埋在結(jié)合劑中。但在加工過程中，結(jié)合劑對磨料的把持是有限的，不僅容易造成產(chǎn)品受損，更影響磨具壽命，同時傳統(tǒng)超硬產(chǎn)品無孔隙，易堵塞，冷卻差，最重要的是無法在線修整，難以滿足復(fù)雜形狀的成型磨削。
磐維科技所攻克的正是傳統(tǒng)超硬磨具技術(shù)“硬傷”。他們研發(fā)的新一代金屬基多孔超硬磨具，使超硬材料和結(jié)合劑金屬成份產(chǎn)生化學(xué)冶金反應(yīng)，形成合金過渡層，不但能大幅提高磨料把持度，使之壽命延長、不易脫落，并能在燒結(jié)過程中產(chǎn)生40%的孔隙率。這使磨具具備了重要的四個優(yōu)勢特點，一是在磨削過程中，孔隙賦予了產(chǎn)品超強的容屑能力，不易發(fā)生堵塞；二是冷卻液可以全部浸注在孔隙中，賦予產(chǎn)品超強的冷卻效果，不易燒傷工件；三是有賦予了產(chǎn)品超強的自銳性，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)磨具鈍化的問題。“第四個優(yōu)勢是具有里程碑意義的突破，可滿足各種在線修整方式，實現(xiàn)高效成型磨削，完全替代普磨磨具。”李培亮告訴記者，這一關(guān)鍵技術(shù)不僅獲得兩項發(fā)明專利，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，更是完全顛覆了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，填補了國內(nèi)高端磨具行業(yè)的一大空白。
打破國際壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)替代
李培亮告訴記者，新一代金屬基多孔超硬磨具多氣孔蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，匹配磨粒與金屬基體冶金結(jié)合帶來的超強把持力，產(chǎn)品具有獨一無二的容屑能力和冷卻效果，以及超出想象的鋒利度和自銳性，可廣泛應(yīng)用于各種硬脆和粘附性強的難加工材料磨削，包括航空發(fā)動機鈦合金和高溫合金等關(guān)鍵零部件的磨削、硬質(zhì)合金刀具和絲錐行業(yè)、金屬陶瓷刀具行業(yè)、高速鋼工具系列、汽車凸輪軸曲軸、精密軸承和齒輪以及藍寶石襯底和單晶硅等廣泛磨削加工行業(yè)，“其在線修整能力尤其適合傳統(tǒng)超硬磨具難以應(yīng)用的各種成型磨削。”
其中，硬質(zhì)合金銑刀和車刀是制造業(yè)基礎(chǔ)工具，應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量巨大，但恰恰在硬質(zhì)合金銑刀、鉆頭加工的強力開槽砂輪幾乎以進口品牌為主。而磐維科技的該系列產(chǎn)品不但可完全替代進口，在性能上還有大幅超越。如磐維強力開槽系列產(chǎn)品以其優(yōu)異效果、超高辨識度和良好的性價比在硬質(zhì)合金刀具行業(yè)已經(jīng)建立了廣泛的知名度，正在替代進口產(chǎn)品市場份額，改變了行業(yè)內(nèi)“國產(chǎn)強力開槽砂輪沒有好產(chǎn)品”的認(rèn)知，幾家進口產(chǎn)品代理商已逐步轉(zhuǎn)向代理磐維產(chǎn)品。
高速鋼刃具往往由于對砂輪需要在線修整成型的要求，無法采用高效的CBN超硬磨具，而是普遍采用附加值較低、易耗的低端剛玉類磨具。李培亮告訴記者，他們上海一客戶企業(yè)此前使用剛玉類磨具加工大尺寸高速鋼鉆頭，每加工一支就需要修整一次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，而使用磐維CBN產(chǎn)品后，每加工300支修整一次，磨床功率大大降低，冷卻液更換周期大幅延長，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升的同時還降低了一線工人勞動強度。據(jù)客戶評估，在磐維產(chǎn)品價格超過傳統(tǒng)產(chǎn)品價格十余倍的情況下，整體生產(chǎn)成本仍降低45%。
半導(dǎo)體晶圓行業(yè)的發(fā)展同樣離不開超硬磨具的助力。其精密磨削加工必須保證晶圓的光潔度和平行度，同時整個晶圓不得有任何細(xì)微的裂紋，這就對所使用的金剛石磨具提出了很高的要求。目前，該領(lǐng)域高端金屬結(jié)合劑產(chǎn)品市場主要被外國產(chǎn)品占據(jù)。磐維科技正利用自身結(jié)合劑優(yōu)勢，與青島、深圳幾家公司合作研發(fā)用于藍寶石芯片減薄拋光的金剛石磨盤。目前部分技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達到與進口產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃剑罄m(xù)研發(fā)仍在進行中，最終將突破半導(dǎo)體硅晶圓的磨削加工。
加大推廣力度，助力國家精密制造
雖然在技術(shù)上取得突圍，但要獲得市場認(rèn)同，并不容易。“畢竟高端市場一直以來都被國外壟斷，我們作為一家年輕的創(chuàng)業(yè)公司，還有很長的路要走。”李培亮告訴記者，就算他們的產(chǎn)品可以替代進口產(chǎn)品，且價格優(yōu)勢明顯；就算他們的技術(shù)獲得多項專利，還獲評2021年度全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽優(yōu)勝項目，“但很多用戶還是連測試的機會都不給我們。”不過，李培亮并沒有灰心，而是不斷去溝通、去爭取測試機會。在一次次測試中，相對進口產(chǎn)品的優(yōu)勢被充分驗證。如此前和歐洲一款進口強開產(chǎn)品的對比中，對方加工一支直徑20毫米成型銑刀產(chǎn)品需要45分鐘，磐維的強開產(chǎn)品只用了30分鐘；還有一次，用戶采用進口winter強開產(chǎn)品加工51支12毫米直徑銑刀產(chǎn)品就需停機修整，而磐維強開產(chǎn)品可以加工了1500多支不停機，工人都沒上過手……正是通過一次次產(chǎn)品測試的對比，展現(xiàn)出國產(chǎn)品牌的無限可能性，讓更多用戶了解到了磐維產(chǎn)品，市場在逐步打開、擴大。
在李培亮看來，產(chǎn)品的研發(fā)和銷售都非常重要，他們也一直在這兩個方向發(fā)力，“為了達到國際先進水平，不僅需要核心關(guān)鍵技術(shù)的突破，還需要不斷持續(xù)創(chuàng)新。”為此，磐維科技與中科院金屬所、東北大學(xué)、北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心、湖南大學(xué)國家高效磨削工程技術(shù)研究中心等相關(guān)領(lǐng)域的科研國家隊建立了緊密的產(chǎn)學(xué)研用一體化聯(lián)系。接下來，在不斷壯大研發(fā)團隊的同時，他們還將加大銷售團隊的建設(shè)，“擴大資源累積，讓國產(chǎn)超硬磨具真正廣泛地應(yīng)用于先進制造業(yè)。”
李培亮告訴記者，磐維，取自《舊五代史·唐書》，意為身負(fù)重任，拱衛(wèi)國家。“接下來，我們會繼續(xù)發(fā)揚工匠精神，不忘助力國家精密制造業(yè)的初心，為國家貢獻自己的一份力量。”（青島日報/觀海新聞記者 周偉 通訊員 肖玲玲）
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