硬質合金銑刀

   有一種切削刀具的威力非常大，無論是水上的航母還是天上的戰鬥機，還是最近發射的耗資100億美元的韋伯太空望遠鏡，都需要用它來加工。它是一種鎢鋼銑刀。鎢鋼非常堅硬，是手工大量生產的最硬的鋼種。它可以加工除碳鋼之外的幾乎所有鋼材。非鋼又稱硬質合金，主要由碳化物和鈷燒結而成。碳化鎢粉是由鎢礦冶煉而成。中國是全球最大的鎢礦開採國，佔探明鎢儲量的58%。

    如何生產鎢鋼銑刀？目前普遍採用粉末冶金技術。首先將鎢礦石製成鎢粉，然後用機器將粉末壓入設計的模具中。壓制採用重達近1000噸的磨床。鎢粉通常採用先進的等浸成型法成型。粉末與模壁間摩擦力小，坯料受力均勻，密度分佈均勻。產品性能大大提高。

  鎢鋼銑刀是圓柱形的，所以壓製出來的鎢鋼是圓柱體。此時的鎢鋼只是被塑化劑黏在一起的粉塊，然後需要進行燒結。

  這是一種大型燒結爐，將壓縮的鎢粉棒裝入並推動在一起，將其加熱至主要成分的熔點，將粉末顆粒的聚集體轉變為晶粒的崩解。

  具體而言，先進行低溫預燒後，移除成型劑，並進行中溫燒成結晶，完成高溫燒結過程。燒結體的密度增加，在冷卻過程中聚集能量以獲得材料所需的物理機械性質。燒結是粉末冶金中最重要的製程。

將已冷卻至室溫的鎢鋼合金取出，並進行下一步無心磨削。無心磨削是一種拋光工藝，鎢鋼的表面非常粗糙、堅硬。因此，可磨削的鑽石是透過兩個鑽石刷輪對材料表面進行連續磨削。該過程會產生大量熱量，需要對冷卻液進行連續的表面處理。完成後就是鎢鋼棒材質的成品。棒材的生產看似簡單，但實際上從鎢粉的最初製備到透過控制燒結形成優質晶粒，具有很高的技術含量。

  這時，工人們會對鎢鋼棒進行檢查，看看是否有缺角、破損、長度是否有偏差、是否有污點等，然後再包裝出售。鎢鋼的密度非常高，像這樣的盒子有一個成年男子的重量。它可以裝上卡車並運送到工具加工廠，將鎢鋼棒進一步加工成銑刀。

  當工具廠收到鎢鋼棒材料時，以我的株洲瓦特為例，第一步就是將鎢鋼露出來，檢查是否有不良品。所有有缺陷的產品將被淘汰並返回給製造商。鎢鋼銑刀的種類很多，對應不同的加工環境，因此刀具廠也負責刀具的研發。

  根據客戶提供的加工條件和材料，工程師將設計相應的刀具形狀，以滿足客戶的需求。為了方便銑刀的裝夾，我們將材料的尾部進行了倒角，可以明顯的看到倒角後的尾部呈現出梯形形狀。刀架是連接CNC工具機的橋樑，可以方便地安裝到刀架上。倒角後，我們將棒料切割插入，專業稱為高低平面垂直方向的水平差。

  在這裡，使用類似車削的方法加工棒材的粗略輪廓，並且切削過程還需要用冷卻液持續冷卻。

  切削刃是銑刀生產中的主要工序，切削機床是磨床，是刀具加工廠的主要設備。進口五軸數控磨床非常昂貴，每台機器的成本通常為數百萬美元。磨床的數量決定了刀具的產量，磨床的性能也影響刀具的質量

  例如，磨床的剛性強，加工時的振動就小，生產出來的銑刀精度高，所以精度對於磨床來說非常重要。磨床具有多種功能，可顯著提高工作效率。他們擁有齊全的加工機床，可以自動調整索道壓力、裝卸材料，並且可以實現一人監管多台機床，甚至無人監管。

  使用過程中，首先要檢查桿的跳動情況。通過跳躍測試後，用刷輪磨削桿體上的放電槽、切削刃以及銑刀切削刃的各個部分，這些部分均由磨床加工而成。同樣，也使用鑽石砂輪，並伴隨大量切削冷卻液。一把直徑4毫米的鎢鋼銑刀通常需要5-6分鐘才能完成。但這也是由磨床決定的。有些磨床多軸、效率高，可以同時加工多把鎢鋼銑刀。可以看出，經過加工後，一根鎢鋼棒就變成了銑刀，而銑刀仍然是半成品。根據客戶訂單，將刀具打托盤並送到超音波清洗室。切割後，首先將切削刀具清洗，除去刀片上的切削液和油污殘留物，以便於鈍化。

  如果不清洗的話，會對後續工序產生影響。接下來我們需要對其進行鈍化處理。鈍化，直譯為鈍化，目的是去除切割刃上的毛邊。切削刃上的毛邊會造成刀具磨損並使加工工件的表面粗糙。像這樣的噴砂鈍化是利用壓縮空氣作為動力，以高速噴射材料噴射到工具表面。經過鈍化處理後，切割刃變得非常光滑，大大降低了崩刃的風險。工件的表面光潔度也會提高，特別是塗層刀具，在塗層前必須對切削刃進行鈍化處理，使塗層更牢固地附著在刀具表面。 

  鈍化後還需要再次清洗，這次的目的是清洗工具本體上的殘留顆粒。經過這樣的反覆過程，工具的潤滑性、耐用性和使用壽命都提高了。有些工具廠沒有此工序。接下來，工具將被送往塗層。塗層也是一個非常重要的環節。首先，將工具安裝到吊墜上並露出要塗覆的邊緣。我們採用PVD物理氣相沉積，透過物理方法使塗層材料氣化，然後沉積在工具表面。具體來說，先將銑刀抽真空、烘烤加熱至所需溫度，用離子轟擊200V～1000V的電壓，負高壓離機5～30分鐘。然後調節電流，使鍍層材料可熔，使大量原子、分子汽化而離開液態鍍層材料或固態鍍層材料表面或昇華，最後沉積在物體表面。根據需要調節蒸發電流，直到沉積時間結束，等待冷卻後出爐。適當的塗層可以使刀具壽命提高數倍，並提高被加工工件的表面品質。

  刀具塗層完成後，基本上所有主要工序都已完成。這時就可以在機床上安裝鎢鋼銑刀了。我們把剛塗上塗層的銑刀拉進包裝間，包裝間會再次仔細檢查銑刀。透過動畫顯微鏡檢查切削刃是否破損以及精度是否符合要求，然後送去打標，用雷射在刀柄上雕刻刀具規格，然後將鎢鋼銑刀裝箱。我們的銑刀出貨量一般都是幾千噸，有時候是數萬噸，所以自動包裝機是不允許少量的，可以節省大量的人力和財力。智慧無人工廠是未來的趨勢。 

  防止鎢鋼銑刀從無到有，涉及到很多工序，近年來，隨著刀具行業的快速發展，許多刀具企業開始了國內尚未完全掌握的技術點的自主研發，例如隨著塗層技術和五軸精密磨床的發展，已逐漸呈現出替代進口的趨勢。