打破垄断,青岛高新区这家企业“硬核”助力精密制造

2022-06-10 16:38 大众报业·半岛网阅读 (31691) 扫描到手机

半岛网6月10日讯(记者 徐圆  通讯员 肖玲玲)在青岛高新区,一家成立于2016年的年轻企业——磐维科技(青岛)有限公司通过自主研发,颠覆传统热压烧结工艺,走出了结合剂技术的一条创新之路,新一代金属基多孔超硬磨具应运而生,实现了这一领域的顺利突破。近日,记者走进磐维科技,听该公司总经理李培亮讲述他们的突围故事。

三年研发攻克技术难关

“你看我们手机外壳的边缘为什么这么光滑?这个弧度为什么会这么平滑?这都是用铣刀铣出来的,我们最先进入的就是硬质合金铣刀钻头加工行业。”采访伊始,在记者问到超硬磨具的作用时,李培亮先用手机做案例进行了简单说明。“基础加工制造业大体分为车、铣、磨三类,固结磨具不但承担了磨削领域的工作,同时支撑了车和铣两个行业基础工具车刀和铣刀的生产加工,在制造业的重要性不言而喻。”他告诉记者,超硬磨具被誉为先进制造领域不可或缺的“工业牙齿”,是现代制造业实现精密加工、超精密加工最有效、应用最广的制造技术。

超硬磨具,简单来讲就是将金刚石和立方氮化硼两种超硬磨料固结成型,制造成各种磨削工具。超硬磨具寿命是普磨磨具的300倍以上,工作效率是其6到8倍,优势突出。但因其难以在线修整,所以一直无法实现全部替代。

三年多时间,几千次实验,磐维科技成功研发出一种全新的合金体系,对金刚石和CBN两种超硬磨料都有非常优秀的浸润性,因为是超硬磨料和结合剂之间的化学金冶金结合,颠覆了传统工艺中结合剂对磨料的物理包埋,所以被称为新一代金属基多孔超硬磨具,彻底弥补了传统超硬磨具无孔隙和无法在线修整的缺点。

李培亮告诉记者,超硬磨具的磨料、结合剂和孔隙率是固结磨具的三要素,决定其磨削性能的关键。“对于超硬磨具来说,磨料就是金刚石和CBN两种超硬材料,结合剂和孔隙正是目前传统超硬磨具面临的难题。”据李培亮介绍,传统磨具主要是树脂、陶瓷、金属等作为结合剂,全部都是通过物理方式将磨料包埋在结合剂中。但在加工过程中,结合剂对磨料的把持是有限的,不仅容易造成产品受损,更影响磨具寿命,同时传统超硬产品无孔隙,易堵塞,冷却差,最重要的是无法在线修整,难以满足复杂形状的成型磨削。

磐维科技所攻克的正是传统超硬磨具技术“硬伤”。他们研发的新一代金属基多孔超硬磨具,使超硬材料和结合剂金属成份产生化学冶金反应,形成合金过渡层,不但能大幅提高磨料把持度,使之寿命延长、不易脱落,并能在烧结过程中产生40%的孔隙率。这使磨具具备了重要的四个优势特点,一是在磨削过程中,孔隙赋予了产品超强的容屑能力,不易发生堵塞;二是冷却液可以全部浸注在孔隙中,赋予产品超强的冷却效果,不易烧伤工件;三是有赋予了产品超强的自锐性,避免出现传统磨具钝化的问题。“第四个优势是具有里程碑意义的突破,可满足各种在线修整方式,实现高效成型磨削,完全替代普磨磨具。”李培亮告诉记者,这一关键技术不仅获得两项发明专利,拥有完全自主知识产权,更是完全颠覆了传统的生产工艺,填补了国内高端磨具行业的一大空白。

打破国际垄断,实现国产替代

李培亮告诉记者,新一代金属基多孔超硬磨具多气孔蜂窝状的结构,匹配磨粒与金属基体冶金结合带来的超强把持力,产品具有独一无二的容屑能力和冷却效果,以及超出想象的锋利度和自锐性,可广泛应用于各种硬脆和粘附性强的难加工材料磨削,包括航空发动机钛合金和高温合金等关键零部件的磨削、硬质合金刀具和丝锥行业、金属陶瓷刀具行业、高速钢工具系列、汽车凸轮轴曲轴、精密轴承和齿轮以及蓝宝石衬底和单晶硅等广泛磨削加工行业,“其在线修整能力尤其适合传统超硬磨具难以应用的各种成型磨削。”

其中,硬质合金铣刀和车刀是制造业基础工具,应用广泛,产量巨大,但恰恰在硬质合金铣刀、钻头加工的强力开槽砂轮几乎以进口品牌为主。而磐维科技的该系列产品不但可完全替代进口,在性能上还有大幅超越。如磐维强力开槽系列产品以其优异效果、超高辨识度和良好的性价比在硬质合金刀具行业已经建立了广泛的知名度,正在替代进口产品市场份额,改变了行业内“国产强力开槽砂轮没有好产品”的认知,几家进口产品代理商已逐步转向代理磐维产品。

高速钢刃具往往由于对砂轮需要在线修整成型的要求,无法采用高效的CBN超硬磨具,而是普遍采用附加值较低、易耗的低端刚玉类磨具。李培亮告诉记者,他们上海一客户企业此前使用刚玉类磨具加工大尺寸高速钢钻头,每加工一支就需要修整一次,严重影响生产效率,而使用磐维CBN产品后,每加工300支修整一次,磨床功率大大降低,冷却液更换周期大幅延长,产品质量得到提升的同时还降低了一线工人劳动强度。据客户评估,在磐维产品价格超过传统产品价格十余倍的情况下,整体生产成本仍降低45%。

半导体晶圆行业的发展同样离不开超硬磨具的助力。其精密磨削加工必须保证晶圆的光洁度和平行度,同时整个晶圆不得有任何细微的裂纹,这就对所使用的金刚石磨具提出了很高的要求。目前,该领域高端金属结合剂产品市场主要被外国产品占据。磐维科技正利用自身结合剂优势,与青岛、深圳几家公司合作研发用于蓝宝石芯片减薄抛光的金刚石磨盘。目前部分技术指标已经达到与进口产品相当的水平,后续研发仍在进行中,最终将突破半导体硅晶圆的磨削加工。

加大推广力度,助力国家精密制造

虽然在技术上取得突围,但要获得市场认同,并不容易。“毕竟高端市场一直以来都被国外垄断,我们作为一家年轻的创业公司,还有很长的路要走。”李培亮告诉记者,就算他们的产品可以替代进口产品,且价格优势明显;就算他们的技术获得多项专利,还获评2021年度全国颠覆性技术创新大赛优胜项目,“但很多用户还是连测试的机会都不给我们。”不过,李培亮并没有灰心,而是不断去沟通、去争取测试机会。在一次次测试中,相对进口产品的优势被充分验证。如此前和欧洲一款进口强开产品的对比中,对方加工一支直径20毫米成型铣刀产品需要45分钟,磐维的强开产品只用了30分钟;还有一次,用户采用进口winter强开产品加工51支12毫米直径铣刀产品就需停机修整,而磐维强开产品可以加工了1500多支不停机,工人都没上过手……正是通过一次次产品测试的对比,展现出国产品牌的无限可能性,让更多用户了解到了磐维产品,市场在逐步打开、扩大。

在李培亮看来,产品的研发和销售都非常重要,他们也一直在这两个方向发力,“为了达到国际先进水平,不仅需要核心关键技术的突破,还需要不断持续创新。”为此,磐维科技与中科院金属所、东北大学、北京理工大学重庆创新中心、湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心等相关领域的科研国家队建立了紧密的产学研用一体化联系。接下来,在不断壮大研发团队的同时,他们还将加大销售团队的建设,“扩大资源累积,让国产超硬磨具真正广泛地应用于先进制造业。”

李培亮告诉记者,磐维,取自《旧五代史·唐书》,意为身负重任,拱卫国家。“接下来,我们会继续发扬工匠精神,不忘助力国家精密制造业的初心,为国家贡献自己的一份力量。”