【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 1000 噸 /年高性能超細(xì)晶硬質(zhì)合金生產(chǎn)技術(shù) 研究 主要目標(biāo) ： 在充分利用一期建設(shè)的基礎(chǔ)上，增加超細(xì)晶粉末制備、高效球磨、精加工、涂層、包裝以及少量輔助生產(chǎn)設(shè)施，并通過(guò)關(guān)鍵設(shè)備和工藝技術(shù)的改進(jìn)與 研究 ，在現(xiàn)有成品率 75%基礎(chǔ)上提高到 95%以上， 形成 1000 噸 /年 生產(chǎn)規(guī)模；通過(guò)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備、 14 工藝?yán)鋮s水的循環(huán)利用、凈化空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、先進(jìn)的節(jié)電設(shè)備和技術(shù)等手段，降低硬質(zhì)合金產(chǎn)品的能源單耗，使硬質(zhì)合金產(chǎn)品單位耗電量從現(xiàn)有每噸 萬(wàn)度降至 萬(wàn)度以下 ；通過(guò)對(duì)超細(xì)晶粉末制備、高效球磨、高精度全自動(dòng)成形、壓力燒結(jié)及研磨涂層的研究，形成一套載體支撐超細(xì)晶粉末制備、機(jī)械合金化、先進(jìn)成形技術(shù)、先進(jìn)壓力燒結(jié)技術(shù)、高精度研磨涂層等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能超細(xì)晶硬質(zhì)合金生產(chǎn)技術(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，替代進(jìn)口，并出口創(chuàng)匯。 研發(fā)的任務(wù)與內(nèi)容 ： ⑴超細(xì)晶粉末制備工藝技術(shù)的研究。針對(duì)國(guó)內(nèi)大部分硬質(zhì)合金生產(chǎn)企業(yè)使用藍(lán)鎢作原料，難以獲得穩(wěn)定的超細(xì)晶粉末的現(xiàn)狀，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的 技術(shù)， 采用紫鎢作原料，進(jìn)行超細(xì)晶粉末制備工藝技術(shù)的研究，以獲得穩(wěn)定的超 細(xì)晶粉末。⑵高效球磨生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究。針對(duì)硬質(zhì)合金行業(yè)普遍采用滾動(dòng)球磨工藝進(jìn)行濕磨，存在投資大，濕磨周期長(zhǎng)等缺陷。本 項(xiàng)目 將對(duì)高效球磨生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行研究，采用攪拌球磨，將使研磨效率提高，并采用機(jī)械活性化方式將普通碳化鎢粉生產(chǎn)超細(xì)晶混合料，形成一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超細(xì)晶混合料生產(chǎn)新工藝。⑶成形生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究。針對(duì)國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金成形生產(chǎn)技術(shù)比較落后的現(xiàn)狀，進(jìn)行高精度全自動(dòng)模壓系統(tǒng)、擠壓成型系統(tǒng)、干袋成形系統(tǒng)、等靜壓成形系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等方面的研究，以提高國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金成形工藝技術(shù)水平，提高制品成品率。⑷燒 結(jié)生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究。針對(duì)超細(xì)晶硬質(zhì)合金產(chǎn)品致密度低等現(xiàn)狀，進(jìn)行低壓燒結(jié)系統(tǒng)、燒結(jié)溫度控制系統(tǒng)、燒結(jié)壓力控制系統(tǒng)等方面的研究，以提高超細(xì)晶硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝技術(shù)水平，提高制品成品率。⑸研磨涂層生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究。針對(duì)高精度、高性能超 15 細(xì)晶硬質(zhì)合金產(chǎn)品提出的高要求，進(jìn)行硬質(zhì)合金研磨系統(tǒng)、物理涂層系統(tǒng)、化學(xué)涂層系統(tǒng)等方面的研究，以提高超細(xì)晶硬質(zhì)合金研磨涂層工藝技術(shù)水平，提高制品附加值和競(jìng)爭(zhēng)力。⑹節(jié)能降耗研究。節(jié)能降耗是國(guó)家產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，本 項(xiàng)目 將采取以下措施進(jìn)行節(jié)能降耗：引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和 設(shè)備降低高性能超細(xì)晶硬質(zhì)合全產(chǎn)品單耗；重復(fù)使用工藝?yán)鋮s水進(jìn)行再生，力求廢水零排放；凈化空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)改為變頻電機(jī)，使凈化空調(diào)系統(tǒng)成為能根據(jù)系統(tǒng)阻力變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)；對(duì)兩段 10KV 進(jìn)線采用有源濾波裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理，使功率因數(shù)達(dá)到 以上；縮短變壓器與用電設(shè)備之間的距離，采用就近供電方式，減少短網(wǎng)損耗；選用高效節(jié)能的低損節(jié)能變壓器、高效節(jié)能型光源及燈具、節(jié)能技術(shù)先進(jìn)的風(fēng)機(jī)和水泵、水泵的吸入側(cè)安裝水泵流量調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要對(duì)泵輸出液流量實(shí)行調(diào)節(jié)。 技術(shù)關(guān)鍵、難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn) ： 技術(shù)關(guān) 鍵： ⑴高效球磨工藝的研究；⑵模壓、擠壓、 干袋壓、 等靜壓成形工藝的研究；⑶低壓燒結(jié)工藝的研究；⑷研磨技術(shù)的研究； ⑸ 物理涂層化學(xué)涂層工藝的研究。 技術(shù)難點(diǎn)： ⑴高效球磨的介質(zhì)、抑制劑和分散劑的選擇；⑵多螺旋棒材的擠壓成形技術(shù)；⑶硬質(zhì)合金制品研磨精度控制；⑷硬質(zhì)合金制品物理涂層技術(shù)；⑸硬質(zhì)合金制品化學(xué)涂層技術(shù)。 創(chuàng)新點(diǎn)： ⑴自主研發(fā)超細(xì)晶粉未制備；⑵自主研發(fā)超細(xì)晶混合料制備；⑶自主研發(fā)超細(xì)晶硬質(zhì)合金制品。 16 高性能高精度涂層數(shù)控刀具產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究 主要目標(biāo) ： 以碳化鎢粉為主要原料，結(jié)合硬質(zhì)合金制品生產(chǎn)的技術(shù)和管 理優(yōu)勢(shì)以及在涂層基體、斷屑槽型開發(fā)、涂層技術(shù)、切削試驗(yàn)等方面取得重要的研究成果，通過(guò)采用國(guó)內(nèi)外近年來(lái)硬質(zhì)合金生產(chǎn)方面的先進(jìn)科研成果、生產(chǎn)技術(shù)和裝備以及自身技改 研究 ，新建一條生產(chǎn)高性能、高精度硬質(zhì)合金涂層刀片生產(chǎn)線，形成 1000 噸 /年規(guī)模。擬通過(guò)研究開發(fā)，生產(chǎn)出一些特殊品種涂層刀片，形成一套涂層基體、槽型開發(fā)、基體表面處理、多層 /多元 /納米涂層技術(shù)等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的刀具生產(chǎn)技術(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，替代進(jìn)口，并出口創(chuàng)匯。 研發(fā)的任務(wù)與內(nèi)容 ： 針對(duì)切削 不銹鋼用、高溫合金用和淬硬鋼用高性能高精度涂層數(shù)控刀 片和刀具， 主要開展如下研究工作： ⑴ 梯度涂層基體的研究。結(jié)合數(shù)控刀片的上述三種切削用途，針對(duì)每種用途選擇合理的數(shù)控刀片基體硬質(zhì)合金基體材料成分體系，根據(jù)不同材料不同切削性能的要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的所需的成分范圍。并采用熱力學(xué)模型，運(yùn)用 Thermocalc軟件計(jì)算其基體材料體系在相應(yīng)成分范圍的合金相，以及合金相在平衡條件下和非平衡條件下合金相的演變規(guī)律，并設(shè)計(jì)或選擇適宜的燒結(jié)工藝條件和步驟，得到更為精確的成分范圍。結(jié)合各種被切削材料的特點(diǎn)，了解其被切削時(shí)產(chǎn)生的載荷和熱大致傳遞情況，設(shè)計(jì)出較為合理的基體（晶粒度、成分 或顯微組織）梯度結(jié)構(gòu)。針對(duì)基體材料不同的成分體系和梯度結(jié)構(gòu)，進(jìn)行燒結(jié)工藝條件（燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)時(shí)間等）和步驟（加熱方式、冷卻方式等）的精確控制研究。通 17 過(guò)燒結(jié)制品的性能（強(qiáng)度、硬度、韌性等）的檢測(cè)，得到基體組織結(jié)構(gòu)和性能與其成分體系、燒結(jié)工藝和步驟之間相關(guān)性的基本規(guī)律，為基體材料優(yōu)化成分和梯度結(jié)構(gòu)奠定翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。針對(duì)基體材料不同成分和制備工藝條件，研究刀片基體材料在不同階段的形狀和尺寸收縮情況，通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)，得到其控制高精度刀片基體的基本規(guī)律。 利用 在納米硬質(zhì)合金粉末和硬質(zhì)合金研究上的技術(shù)積累， 采用晶粒長(zhǎng)大抑制技術(shù)，自主開發(fā)出具有納米或者納米晶梯度結(jié)構(gòu)的新型硬質(zhì)合金數(shù)控刀片基體材料。 ⑵ 槽型開發(fā)技術(shù) 。 基于 ANSYS 有限元分析軟件 , 建立硬質(zhì)合金數(shù)控刀片的有限元模型 , 通過(guò) ANSYS 加載求解 ,進(jìn)行位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析 , 計(jì)算出刀具的最大位移、應(yīng)力、應(yīng)變等 , 利用 ANSYS 的有限元分析和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)結(jié)合功能 , 顯示三維應(yīng)力等值線 (面 )、位移等值線 (面 )，為硬質(zhì)合金數(shù)控刀片的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)理論。研究槽型的幾何尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)，采用窄的前刀面棱帶、前刀面設(shè)置突起物、采用曲線切削刃、采用曲面前刀面以及后壁升高等手段 ，設(shè)計(jì)出符合斷屑要求的槽型。針對(duì)每類被切削材料和不同的加工精度要求，研究最適應(yīng)的槽型與之匹配，并按被加工材料和加工參數(shù)的細(xì)分，建立專用化的槽型數(shù)據(jù)庫(kù)。針對(duì)每種數(shù)控刀片基體，研究其刃口強(qiáng)化技術(shù)和鈍化加工技術(shù)，建立刃口強(qiáng)化和鈍化的數(shù)據(jù)庫(kù)。 ⑶ 涂層技術(shù) 。 采用 CVD、 PVD 或 PCVD 制備方法，研究 TiN/AlN/SiNX、 TiN/SiNX、TiN/AlN、 TiN/BN 等多層涂層技術(shù)。研究涂層與基體材料、涂層層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度，應(yīng)力分布情況，元素的相互擴(kuò)散情況，得到涂層厚 度 結(jié) 構(gòu) 和 性 能 控 制 規(guī) 律 。 研 究 第 三 組 元 或 者 多 組 元 對(duì)TiN/AlN/SiNX、 TiN/SiNX、 TiN/AlN、 TiN/BN 等多層涂層的組織結(jié)構(gòu) 18 影響規(guī)律，制造出更為合理和更高性能的涂層。研究對(duì)涂層晶體類型（非晶態(tài)、柱狀晶、等軸晶）對(duì)涂層性能的影響規(guī)律，特別是研究具有納米結(jié)構(gòu)或者納米晶的納米涂層制備工藝，以及研究納米涂層在隨后處理和使用過(guò)程中的穩(wěn)定性規(guī)律。 ⑷ 切削實(shí)驗(yàn)技術(shù) 。 研究切屑在切削加工過(guò)程中的形成規(guī)律、切屑的組織和力學(xué)性能演變規(guī)律。研究切屑的切削流向和卷曲規(guī)律，以及切屑碰到障礙物而被折斷和切屑被甩斷的機(jī)理。選擇合適的切削用量、切削深度和切削速度，使設(shè)計(jì)的 斷屑槽性能得到充分發(fā)揮。同時(shí)根據(jù)切屑的情況，優(yōu)化斷屑槽的設(shè)計(jì)。根據(jù)刀具的切削情況，總結(jié)刀片角度、斷屑槽幾何參數(shù)以及工件材料性能對(duì)工件加工精度的影響規(guī)律。分析在切削過(guò)程中應(yīng)力和熱傳遞的基本數(shù)據(jù)，研究刀片的破損機(jī)制，優(yōu)化數(shù)控刀片基體材料和涂層的結(jié)構(gòu)和性能。 ⑸ 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 研究數(shù)控刀片在切削不銹鋼、高溫合金和淬硬鋼等不同材質(zhì)以及不同切削方式（車、銑、刨、鉆、鏜等）時(shí)的切削行為，結(jié)合數(shù)控刀片的幾何形狀和性能，設(shè)計(jì)出具有一系列專用化的刀具結(jié)構(gòu)。 技術(shù)關(guān)鍵、技術(shù)難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn) ： 技術(shù)關(guān)鍵： ⑴ 梯度硬質(zhì)合金成分和性能設(shè)計(jì) ；⑵ 梯度硬質(zhì)合金的制備技術(shù)； ⑶ 斷屑槽的設(shè)計(jì)； ⑷ 涂層合金成分、結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì)及多層涂層的制備技術(shù)； ⑸ 納米硬質(zhì)合金和納米涂層的控制技術(shù)； ⑹ 切削過(guò)程切削用量、切削深度和切削速度的選擇 。 技術(shù)難點(diǎn)： ⑴ 梯度硬質(zhì)合金梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制； ⑵ 梯度硬質(zhì)合金與涂層結(jié)合界面的結(jié)合強(qiáng)度，熱膨脹和塑性變形協(xié)調(diào)性； ⑶ 數(shù)控刀片幾何參數(shù)的精度控制； ⑷ 刃口強(qiáng)化和鈍化技術(shù)； ⑸ 斷屑槽的幾何設(shè)計(jì)； ⑹ 納米顆粒抑制長(zhǎng)大技術(shù)。 19 創(chuàng)新點(diǎn)： ⑴ 自主開發(fā)具有高強(qiáng)超硬納米組織的數(shù)控刀片； ⑵ 自主開發(fā)具有梯度結(jié)構(gòu)的涂層刀片基體材料； ⑶ 自主建立刀片和槽型的專用化數(shù)據(jù)庫(kù) 。 三、相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ) 鎢礦資源高效綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究 國(guó) 內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀、專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)及 情況分析 以黑鎢為主的重選廠，其選礦工藝原則流程是：手選丟廢、早丟多丟，三級(jí)跳汰，多級(jí)搖床，階段磨礦、貧富分選，細(xì)泥歸隊(duì)、集中選別，毛砂精選、綜合回收。這些選礦原則流程是 我國(guó)鎢礦生產(chǎn)多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，它對(duì)鎢選礦技術(shù)指標(biāo)的提高 起著重大的作用。 黑鎢礦重選的流程結(jié)構(gòu)多年來(lái)基本沒什么變化，但是如動(dòng)篩跳汰機(jī)和螺旋溜槽等效率高、節(jié)能的設(shè)備應(yīng)用于重選有所發(fā)展。這些設(shè)備若能在現(xiàn)有黑鎢重 選廠得到大面積推廣應(yīng)用，對(duì)降低重選成本，提高經(jīng)濟(jì)效益是不言而喻的，改進(jìn)新建鎢礦重選流程設(shè)計(jì)都具有積極的指導(dǎo)作用。 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)微細(xì)粒的礦物選礦的研究成果，在黑鎢浮選方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，最新研制成的苯甲羥肟酸螯合捕收劑、亞硝酸基苯胲銨鹽、對(duì)羥肟酸類捕收劑實(shí)現(xiàn)了黑鎢細(xì)泥浮選和 黑、白鎢混合浮選。如 北京礦冶研究總院采用亞硝酸基苯胲銨鹽系列捕收劑，對(duì)柿竹園礦采用常溫浮選，一次粗選五次精選二次掃選的閉路浮選流程，獲得黑白鎢混合精礦含 WO3≥ %，鎢的回收率為 %。廣州有色金屬研究院采用苯甲羥肟酸 螯合捕收劑對(duì)黑鎢細(xì)泥進(jìn)行浮選，當(dāng)鎢細(xì)泥給礦品位為 %時(shí)，獲得鎢精礦品位 %，鎢的回收率 20 為 %的工業(yè)試驗(yàn)指標(biāo)。 高梯度磁選機(jī) 是黑鎢細(xì)泥 粗選值得推廣和重視的高效設(shè)備。贛州有色冶金研究所研制的 Slon 立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)分選通風(fēng)防塵收集的細(xì)粒鎢礦粉獲得較好的效果。此試料細(xì)度為－ 200 目占 80%,黑鎢占 74%，白鎢占 26%，當(dāng)給礦品位為 %時(shí)，可獲得鎢精礦品位 %，鎢的回收率為 %，其中黑鎢回收率達(dá)到 %。中南大學(xué)對(duì)鎢細(xì)泥進(jìn)行高梯度磁選機(jī)的研究工作，對(duì)湖南瑤崗仙鎢礦 的鎢細(xì)泥采用高梯度磁選機(jī)一次粗選一次精選二次掃選的磁選流程試驗(yàn)。當(dāng)給礦品位為 %時(shí)，獲得精礦品位 %，鎢回收率為 %。上述研究成果說(shuō)明，高梯度磁選機(jī)用于黑鎢細(xì)泥選別是可行的。 離心選礦機(jī) 也是 鎢細(xì)泥粗選值得推廣和重視的高效設(shè)備。鐵山垅楊坑山選廠 和大吉山鎢礦 鎢細(xì)泥回收工藝方面，采用離心選礦機(jī)進(jìn)行鎢細(xì)泥粗選，通過(guò)多年的改進(jìn)與生產(chǎn)實(shí)踐，回收水平在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中達(dá)到領(lǐng)先水平，離心選礦機(jī)給礦品位 %左右時(shí)，一次粗選可得品位 %的粗精礦，作業(yè)回收率 %。 粗精礦用離心選礦機(jī)精選，作業(yè)回 收率 %，精礦品位 %， 2021 年鎢細(xì)泥作業(yè)回收率達(dá)到%。 兩個(gè)礦山均在離心機(jī)選別鎢細(xì)泥生產(chǎn)工藝流程中成功地應(yīng)用了自動(dòng)控制設(shè)備和技術(shù)，得到了良好的應(yīng)用效果。 快速微細(xì)泥搖床應(yīng)用于鎢細(xì)泥精選，提高鎢精礦品位。大吉山鉭鈮鎢礦選冶工業(yè)試驗(yàn)中，細(xì)泥鉭鈮鎢選別采用浮選粗選、快速微細(xì)泥搖床精選流程。浮選采用一粗二掃二精工藝，細(xì)泥原礦鎢品位 %，浮選精礦品位 %，鎢的回收率 %。浮選精礦細(xì)度 占97%， 占 55%，快速微細(xì)泥搖床精選，獲得精礦品位 %，快速微細(xì)泥搖床作業(yè)回收率 %。目前大吉山選廠對(duì)鎢細(xì)泥選別 21 工藝采用離心選礦機(jī)一粗一精，精礦進(jìn)行硫化礦浮選、黑白鎢混合浮選，浮白鎢黑白鎢分離，尾礦快速微細(xì)泥搖床回收黑鎢礦。