原标题:打破垄断，南京高新区这家企业“硬核”助力精密制造
来源:中国南京网
中国网-感知南京6月10日讯超硬磨具被誉为先进制造领域不可或缺的“工业牙齿”。航空航天、国防军工、光伏、电子信息等领域的各种材料加工难题，在它面前都能迎刃而解。但该领域的高端市场一直被进口产品垄断，部分关键产品在国内屡禁不止。虽然国产超硬磨具的技术一直在发展，但在线修整仍存在一些困难。传统的产品结合剂只能对磨料产生物理包埋作用，握持力不足。在南京高新区，2016年成立的一家年轻企业——匠工精密(南京)有限公司，通过自主研发，颠覆传统热压烧结工艺，走出了一条粘结剂技术的创新之路。新一代金属基多孔超硬磨具应运而生，实现了该领域的顺利突破。近日，记者走进工匠精密，听公司总经理工匠精密讲述他们的突破故事。
三年研发攻克技术难关
“你看我们手机壳的边缘为什么这么光滑？为什么这个弧线这么平滑？这些都是用铣刀铣削的，我们最早进入硬质合金铣刀钻头加工行业。”采访一开始，当记者问及超硬磨具的作用时，匠人精密首先以一部手机为案例做了简单的解释。“基础加工制造业大致可以分为车、铣、磨三大类。粘结磨具不仅承担磨削领域的工作，还支持车铣行业车刀和铣刀的生产加工。在制造业中的重要性不言而喻。”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、super 精密加工最有效、应用最广泛的制造技术。
超硬磨具，简单来说就是将金刚石和立方氮化硼固结成型为各种磨具。超硬磨具的使用寿命是常规磨具的300倍以上，工作效率是常规磨具的6至8倍，优势突出。但由于在线修整困难，一直无法实现全部更换。
经过三年多的时间，上千次的实验，匠人成功研发出一种全新的合金体系，对金刚石和CBN超硬磨料都具有极佳的润湿性。被称为新一代金属基多孔超硬磨料，因为它是超硬磨料与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，完全弥补了传统超硬磨料无气孔、不在线修整等缺点。
工匠精密告诉记者，超硬磨具的磨料、结合剂和孔隙率是固结磨具的三大要素，是决定其磨削性能的关键。“对于超硬磨具来说，磨料是金刚石和CBN，结合剂和气孔是目前传统超硬磨具面临的问题。”据工匠的精确介绍，传统磨具主要有树脂、陶瓷、金属等。作为键合剂，所有这些都是通过物理方法包埋在键合剂中的。但在加工过程中，结合剂对磨料的握持力有限，不仅容易损坏产品，而且影响磨具的使用寿命。同时，传统的超硬产品没有气孔，容易堵塞，冷却性差，最重要的是不能在线修整，很难满足复杂形状的成型和磨削需要。
匠精所克服的是传统超硬磨具技术的“硬伤”。他们研制的新一代金属基多孔超硬磨具，能使超硬材料与结合剂的金属成分发生化学冶金反应，形成合金过渡层，不仅能大大提高磨料的握持度，延长其使用寿命，使其不易脱落，而且在烧结过程中还能产生40%的孔隙率。这使得磨具具有四个重要的优点。一是在研磨过程中，孔隙赋予产品超强的容屑能力，不易堵塞；其次，冷却液可以完全浸没在孔隙中，赋予产品超强的冷却效果，不容易灼伤工件；第三，它赋予了产品超强的自锐性，避免了传统磨具的钝化。“第四个优点是里程碑式的突破，可以满足各种在线修整方式，实现高效成形磨削，完全替代普通磨具。”工匠精密告诉记者，这项关键技术不仅获得了两项发明专利，还拥有完全自主的知识产权，彻底颠覆了传统生产工艺，填补了国内高端磨料行业的一大空白。
打破国际垄断，实现国内替代
工匠精密告诉记者，新一代金属基多孔超硬磨具的多孔蜂窝结构，匹配磨粒与金属基体冶金结合带来的超强握持力，产品具有独特的持屑能力和冷却效果，以及超乎想象的锋利和自锐性，可广泛应用于磨削各种附着力强的难加工材料。包括航空发动机钛合金及高温合金、硬质合金刀具及丝锥行业、金属陶瓷刀具行业、高速钢刀具系列、汽车凸轮轴曲轴、精密轴承及齿轮、蓝宝石衬底、单晶硅等关键零部件的磨削。“其在线修整能力特别适用于传统超硬磨具难以适用的各种成形磨削。”
其中，硬质合金铣刀和车刀是制造业的基础工具，应用广泛，产量巨大。而硬质合金铣刀和钻头加工的强力槽型砂轮多为进口品牌。工匠制作的这一系列产品不仅可以完全替代进口产品，而且在性能上也大大超越。如潘蔚强力切槽系列产品以其优异的效果、超高的认知度和良好的性价比，在硬质合金工具行业建立了广泛的口碑，正在取代进口产品的市场份额，改变了业内“国产强力切槽砂轮没有好产品”的认知。几家进口产品代理商已逐渐转向代理潘蔚产品。
高速钢刀具由于砂轮在线修整整形的要求，不能使用高效CBN超硬磨具，一般使用附加值低、易消耗的低端刚玉磨具。工匠精密告诉记者，他们在上海的一个客户，之前用刚玉磨具加工大尺寸高速钢钻头，每加工一个钻头都需要修整，严重影响了生产效率。但使用潘蔚CBN产品后，每300个钻头修整一次，磨床功率大大降低，冷却液更换周期大大延长，产品质量提高，一线工人的劳动强度也降低了。据客户评价，在潘蔚产品价格超过传统产品十倍以上的情况下，整体生产成本仍降低了45%。
半导体工业的发展也离不开超硬磨具的帮助。精密磨削过程必须保证晶片的光洁度和平行度，整个晶片不能有任何细小裂纹，这对所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国外产品占据。工匠精密正在利用自身结合剂的优势，与南京、深圳的几家公司合作，开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达到进口产品水平，后续研发仍在进行中，最终将突破半导体硅片研磨。
加大推广力度助力国家精密制造
虽然在技术上取得了突破，但要获得市场认可并不容易。“毕竟高端市场一直被国外垄断。作为一家年轻的创业公司，我们还有很长的路要走。”工匠精密告诉记者，即使他们的产品可以替代进口产品，而且价格优势明显；即使他们的技术获得了多项专利，也获得了2021年全国颠覆性技术创新大赛的获奖项目。“但许多用户仍然连测试的机会都不给我们。”但匠精并没有灰心，而是不断沟通，争取测试机会。在一次又一次的测试中，相对于进口产品的优势得到了充分的验证。这样，相对于一个欧洲进口的强开产品，对方加工一个20 mm直径的成型铣刀产品需要45分钟，而潘蔚的强开产品只需要30分钟；还有一次，用户使用进口冬季强制开口产品加工51个12mm直径铣刀产品，需要停机修整。然而，潘蔚的强制打开产品可以在不停机的情况下处理超过1500件，而且从来没有工人在上面工作过...正是通过一次又一次的产品测试对比，展示了国产品牌的无限可能，让更多的用户了解了潘蔚的产品，市场也在逐步打开和扩大。
在匠人精密看来，产品研发和销售很重要，一直在这两个方向努力。“要达到国际先进水平，不仅需要核心关键技术的突破，还需要持续创新。”正因如此，匠人精密与中国科学院冶金研究所、东北大学、北京理工大学重庆创新中心、湖南大学高效磨削工程与技术国家研究中心等相关领域的国家科研团队建立了紧密的集成连接。接下来，在不断扩充R&D团队的同时，他们还将加大销售团队的建设，“扩大资源的积累，让国产超硬磨具真正在先进制造业得到广泛应用。”
工匠精密告诉记者，潘蔚，取自《旧五代史·唐书》，意为重任在肩，保家卫国。“接下来，我们将继续发扬工匠精神，不忘助力国家精密制造行业的初心，为国家贡献自己的一份力量。”
