硬质合金铣刀

   有一种切削刀具的威力非常大，无论是水上的航母还是天上的战斗机，还是最近发射的耗资100亿美元的韦伯太空望远镜，都需要用它来加工。它是一种钨钢铣刀。钨钢非常坚硬，是手工批量生产的最硬的钢种。它可以加工除碳钢之外的几乎所有钢材。非钢又称硬质合金，主要由碳化物和钴烧结而成。碳化钨粉是由钨矿冶炼而成。中国是世界上最大的钨矿开采国，占探明钨储量的58%。

    如何生产钨钢铣刀？目前普遍采用粉末冶金技术。首先将钨矿石制成钨粉，然后用机器将粉末压入设计的模具中。压制采用重达近1000吨的磨床。钨粉通常采用先进的等浸成型法成型。粉末与模壁间摩擦力小，坯料受力均匀，密度分布均匀。产品性能大大提高。

  钨钢铣刀是圆柱形的，所以压制出来的钨钢是圆柱体。此时的钨钢只是被增塑剂粘在一起的粉块，然后需要进行烧结。

  这是一种大型烧结炉，将压缩的钨粉棒装入并推动在一起，将其加热至主要成分的熔点，将粉末颗粒的聚集体转变为晶粒的崩解。

  具体而言，首先进行低温预烧后，除去成型剂，并进行中温烧成结晶，完成高温烧结过程。烧结体的密度增加，在冷却过程中聚集能量以获得材料所需的物理机械性能。烧结是粉末冶金中最重要的工艺过程。

将已冷却至室温的钨钢合金取出，进行下一步无心磨削。无心磨削是一种抛光工艺，钨钢的表面非常粗糙、坚硬。因此，可磨削的金刚石是通过两个金刚石刷轮对材料表面进行连续磨削。该过程会产生大量热量，需要对冷却液进行连续的表面处理。完成后就是钨钢棒材料的成品。棒材的生产看似简单，但实际上从钨粉的最初制备到通过控制烧结形成优质晶粒，具有很高的技术含量。

  这时，工人们会对钨钢棒进行检查，看是否有缺角、破损、长度是否有偏差、是否有污点等，然后再包装出售。钨钢的密度非常高，像这样的盒子有一个成年男子的重量。它可以装上卡车并运输到工具加工厂，将钨钢棒进一步加工成铣刀。

  当工具厂收到钨钢棒材料时，以我的株洲瓦特为例，第一步就是将钨钢露出来，检查是否有不良品。所有有缺陷的产品将被淘汰并返回给制造商。钨钢铣刀的种类很多，对应不同的加工环境，因此刀具厂也负责刀具的研发。

  根据客户提供的加工条件和材料，工程师将设计相应的刀具形状，以满足客户的需求。为了方便铣刀装夹，我们将材料的尾部进行了倒角，可以明显看到倒角后的尾部呈现出梯形形状。刀架是连接数控机床的桥梁，可以方便地安装到刀架上。倒角后，我们将棒材切割插入，专业称为高低平面垂直方向的水平差。

  这里，使用类似于车削的方法加工棒材的粗略轮廓，并且切削过程还需要用冷却液持续冷却。

  切削刃是铣刀生产中的主要工序，切削机床是磨床，是刀具加工厂的主要设备。进口五轴数控磨床非常昂贵，每台机器的成本通常为数百万美元。磨床的数量决定了刀具的产量，磨床的性能也影响刀具的质量

  例如，磨床的刚性强，加工时的振动就小，生产出来的铣刀精度高，所以精度对于磨床来说非常重要。磨床具有多种功能，可以显着提高工作效率。他们拥有齐全的加工机床，可以自动调节索道压力、装卸材料，并且可以实现一人监管多台机床，甚至无人监管。

  使用过程中，首先要检查杆的跳动情况。通过跳跃试验后，用刷轮磨削杆体上的放电槽、切削刃以及铣刀切削刃的各个部分，这些部分均由磨床加工而成。同样，也使用金刚石砂轮，并伴有大量切削冷却液。一把直径4毫米的钨钢铣刀通常需要5-6分钟才能完成。但这也是由磨床决定的。有些磨床多轴、效率高，可以同时加工多把钨钢铣刀。可以看出，经过加工后，一根钨钢棒就变成了铣刀，而铣刀仍然是半成品。根据客户订单，将刀具打托盘并送往超声波清洗室。切割后，首先对切削刀具进行清洗，除去刀片上的切削液和油污残留物，以便于钝化。

  如果不清洗的话，会对后续工序产生影响。接下来我们需要对其进行钝化处理。钝化，直译为钝化，目的是去除切削刃上的毛刺。切削刃上的毛刺会造成刀具磨损并使加工工件的表面粗糙。像这样的喷砂钝化是利用压缩空气作为动力，以高速喷射材料喷射到工具表面。经过钝化处理后，切削刃变得非常光滑，大大降低了崩刃的风险。工件的表面光洁度也会得到提高，特别是涂层刀具，在涂层前必须对切削刃进行钝化处理，使涂层更牢固地附着在刀具表面。 

  钝化后还需要再次清洗，这次的目的是清洗工具本体上的残留颗粒。经过这样的反复过程，工具的润滑性、耐用性和使用寿命都得到了提高。有些工具厂没有此工序。接下来，工具将被送往涂层。涂层也是一个非常重要的环节。首先，将工具安装到吊坠上并露出要涂覆的边缘。我们采用PVD物理气相沉积，通过物理方法使涂层材料气化，然后沉积在工具表面。具体来说，首先将铣刀抽真空、烘烤加热至所需温度，用离子轰击200V～1000V的电压，负高压离机5～30分钟。然后调节电流，使镀层材料可熔，使大量原子、分子汽化而离开液态镀层材料或固态镀层材料表面或升华，最后沉积在物体表面。根据需要调节蒸发电流，直至沉积时间结束，等待冷却后出炉。适当的涂层可以使刀具寿命提高数倍，并提高被加工工件的表面质量。

  刀具涂层完成后，基本上所有主要工序都已完成。这时就可以在机床上安装钨钢铣刀了。我们把刚涂好涂层的铣刀拉进包装间，包装间会再次仔细检查铣刀。通过动漫显微镜检查切削刃是否破损以及精度是否符合要求，然后送去打标，用激光在刀柄上雕刻刀具规格，然后将钨钢铣刀装箱。我们的铣刀出货量一般都是几千吨，有时候是几万吨，所以自动包装机是不允许少量的，可以节省大量的人力和财力。智能无人工厂是未来的趋势。 

  防止钨钢铣刀从无到有，涉及到很多工序，近年来，随着刀具行业的快速发展，很多刀具企业开始了国内尚未完全掌握的技术点的自主研发，比如随着涂层技术和五轴精密磨床的发展，已经逐渐呈现出替代进口的趋势。