牧激岳国汉再谈激光加工和PCD 超硬刀具
2022-06-18 13:44:38 阅读次数：3471
PCD 超硬刀具已经有三十多年的发展历史，这种刀具的发展源于欧美等工业发达国家，在长达30 年的时期内基本都是基于物理磨削与电蚀技术，激光加工的工艺不到10 年的发展史，并且发展非常缓慢，甚至是多年都没有实质的进步。从2014 年开始，国内某集团内部成长出一种全新的激光加工理论，深圳市牧激科技有限公司（以下简称“ 牧激科技”）在此理念基础上进行了研究，一套更加完整的激光加工理论因之诞生。该理论从多方面评价，均优于现行的加工理论。今天，牧激科技总经理岳国汉先生带着这套理论，再次登临《刀具界》封面，与大家慷慨分享，惠及中国刀具企业。
530D 生产现场
牧激科技从PCD 材料的本质出发，推出了基于激光的全激光加工理论。岳总表示，这里要从原材料说起。凡是从事过PCD 刀具加工的人，都知道PCD 的一个主要特性便是它的导电性。而原本PCD 材料并不导电，为了服从加工需求，PCD 材料被改良成为一种类似金属的材料，便于火花机加工。无论是线切割或铜轮放电都是火花机，通过导电电弧的熔化金属结合剂的高温使PCD 碳化， 达到对PCD 的精密加工。放电电流越大，产生的温度也就越高，同样加工效率就变高；温度越高，PCD 碳化就越严重。为了降低刀口的碳化，提高刀具的切削性能，不得不调低电流，降低加工温度， 加工效率直线下降。过去做一把PCD 刀具都是按小时计时，有的甚至多达数天才能完成一把刀具。
“除了效率低之外，还有刀口崩口和不锋利等问题，约束了PCD 刀具的快速发展。” 岳总说，“再加上在PCD 材料中过多的考虑导电性，导致PCD材料的耐磨性严重降低。各种综合因素加在一起，使PCD 刀具成为了超贵刀具的代表，便宜的几百元一支，贵的几万元都有，整体硬质合金刀具的性能提升和价格一路下调，发展势头压过超硬刀具。而在超硬刀具加工技术方面，欧、美、日一直都没有一个更好的方案，直到2019 年。” 2019 年，牧激科技回归超硬刀具领域，带来了全新的激光加工理论。岳总介绍道：“这套理论的第一条， 就是还原超硬本色。PCD 无须导电， PCD 材料从原料到刀具成品全过程都不接触电，100% 去除电加工的影响。材料压制成功后，第一道工序由激光平面磨床完成。2019 年牧激科技快速完成该技术研究，加工一片55mm 直径的PCD，磨削0.5mm，用时不到10 分钟，显著降低了高性能PCD 材料的磨平成本。” 2019 年，很多企业仍然购买一种非常落后的灯泵激光。其实早在2014 年，牧激科技在富士康内部用光纤激光代替了灯泵激光，一台设备相当于8 台灯泵设备，并且几乎无需维护。2019 年推出了更加先进的光纤切割机， 2021 年推出了轴闭环五轴激光切割机， 更便宜、更高效、更高品质、更强的专业针对性。“焊接是所有PCD 刀具都要面临的问题。激光焊接技术可以精准的实施控温焊接与换片，并且可以在五轴机上实现局部刀片换片，这一技术在大型刀具加工的应用上意义重大，可以实现一次装夹一次校正多次加工，实现精密局部换片。” 岳总说。从PCD 原材料开始， 牧激科技的激光加工都在尽可能的保护材料原始特性，刀具加工上的保护更加关建。这一技术就与欧美存在明显不同，岳总称之为“精粗精工艺”。“精粗精” 分别代表：第一步精密激光加工，第二步大功率激光粗加工，第三步精密激光精加工。为什么要采用这种工艺？完全是从保护刀口出发，充分利用激光加工特性，追求高品质的同时，也要保证高效率。为什么第一步是精加工？这无疑颠覆了大家以往的加工认知。岳总为我们释疑：“ 熟悉PCD 材料的人都知道，PCD 表面是PCD 层，其下是硬质合金的衬底。第一步采用大功率激光粗加工时，PCD 层直接受热非常严重， 而PCD 层中绝大部分都是导热性极佳的金刚石。PCD 层在粗切激光的作用下，热损伤深度可达0.2mm 以上，并且粒度越大，热损伤层越深。” 于是， 加工PCD 层的时候， 牧激科技采用精密激光系统，并且采用超低损伤的加工参数，切割出一条约0.5mm 左右宽的沟槽。一定要切除所有PCD 层， 通常0.6mm 厚的PCD， 两刀便能切除完成。
预切理论图片
预切沟槽照片，可见刃口没有烧伤
如何切割出一条宽度0.5mm 的沟槽？岳总答道：“我们采用了光刀方法， 让激光高速旋转切割，这种方法是我们2014 年发明的。截止目前，与国外技术已有两处明显的不同。PCD 层切割完成后，采用一套大功率激光，固定式切割头切割PCD 槽内，大功率粗切激光不能切到PCD 层，激光直接将钨钢衬底切除，完成‘精粗精’ 中的第二步。”
粗切照片，粗切没有切到PCD，
但是粗切的刀面并不光滑
那么，为什么一定要粗切这一刀呢？难道不能采用光刀一直向下切割吗？“这个问题，我们在设计双激光设备的时候专门进行了研究。如果采用光刀一直向下切，的确可以切除多余的材料，时间会比较长。当材料厚度较厚的时候，用光刀向下切割是十分困难的，因为排屑非常困难，并且还会在刀口处留下大量飞溅出来的钨钢颗粒。由于这些钨钢颗粒的温度相当高，并且含有钴，飞溅到PCD 表面后，与PCD 的结合剂熔合，非常牢固的粘在PCD 表面，无法用常规清洁手段清除。而这些留在刀口的异物，会严重影响刀具的切削性能。”
牧激科技创新地将两套激光系统设计在同一台设备中，方便随时快速切换。粗切时角度比设计的后角要大一些，因为切割的面并不光滑，需要再用精切激光对后刀面进行精修，以保证后角的精度与后刀面的光滑度。由于有粗切激光切除掉钨钢衬底， 精切激光加工大后角时，钨钢颗粒全部向下飞出，PCD 表面及刀口没有任何加工造成的异物，排屑顺畅，没有高温钨钢颗粒再熔现象。加工中的刀具温度也相对低了很多，通常加工完成后，可以用手直接摸刀具。同时， 因加工余量减少，精加工后刀面的时间也相对减少约50% 以上。以1.6mm 总厚的PCD 为例，整体加工效率提升约一倍。增加了一套大功率激光系统， 相当于增加了一倍的产出。
4K 开槽的视频照片
谈到此处，岳总归纳说：” 以上几步都还没有到修刃口。以往，进口设备都不采用激光进行以上加工，而是以线切割配合完成。激光只加工刃口几个丝的余量，甚至要求不高的PCD 刀具，线切割便直接做好，这就是本质的差异。当初我们推出双激光的时候，还有很多人不能理解，认为多加一个粗切，用途并不明显。这种认知， 源于学习进口设备加工方法的惯性思维。而我们却是从加工的本质出发， 研发出科学的方法实现高效生产。” “精粗精” 的第三步就是精修。包括精修大后角、小后角和刀口，这一点也与进口设备完全不同。而这也是令岳总颇为自豪的一点：“因为，这是我发明的反切反修方法。这个方法，2016 年成功完成了某大牌手机的高亮黑铝合金外壳加工，全球只有中国人能做到。如今，我再一次将这种技术进行了升级， 不但能实现当年的功能，还增加了更多有利于提高刀具寿命的方法。”
反切刃口的优点有三个：其一， 刀口非常锋利；其二，刀口没有烧伤；其三，第一后刀面非常光滑。对此，岳总特别进行了说明：“国外的公司宣传用皮秒或飞秒激光来减少刃口烧伤，而牧激科技却用纳秒激光就解决了烧伤。不是没有烧伤，而是我们把烧伤留在非刃口的位置。纳秒激光不但比皮秒、飞秒激光更便宜， 加工效率还要高出数倍。”
某品牌正面有黑线照片
与牧激正面没有黑线照片对比
说到这里，岳总回忆初衷：“当年， 我只是因为想提升刀具寿命。当时， 完全不懂PCD 刀具，只想把刀具做得更锋利，却不知太过锋利的刃口，寿命更短。直到2021 年，我才找到原因。” 2020 年， 岳总开始重新投入了PCD 刀具的研发。从理论上说服自己， 用实践数据证实理论，在行业专家的指点下，岳总试着减少第一后角，发现寿命明显改善，进一步研究出钝化后角设计，寿命问题彻底解决，完成了第一版PCD 刀具的新理论。相比欧美先进的刀具技术，牧激科技更加推荐采用锋利刃口设计。锋利刃口更利于切削，同时采用的钝化刃口设计， 满足了锋利与寿命的要求。锋利刃口有效降低了切削阻力，使得PCD 刀具的直径进一步变小，加工的壁厚也可以更小。”
某品牌45 度立体照片
与牧激45 度立体照片对比
现在，我们跟随着岳总，对牧激科技的全新PCD 刀具理论进行一下总结：采用全激光技术，原材料不用导电，耐用性更好；采用“精粗精”加工，最大限度保护了PCD 刃口材料及刃口品质， 实现了高效加工；采用反切刃口技术， 实现了锋利刃口和无烧伤的刃口，加工出锋利却又有钝化功能的刃口，同时提升了刀具的性能与寿命。
采访最后，岳总自信且坚定地说：“今时今日，在PCD 刀具的加工技术上，牧激科技已经领先一步，加上我们更加认真的超精密设备技术，精度做到了完全不亚于进口设备，效率高出数倍，配合国产专用材料，国产高性能PCD 刀具已成现实。我们不支持内卷，刀具越来越便宜，全部是技术进步的成果。”
