明柏機械工具、靭性と耐摩耗性を両立させた「勾配複合材基板」スリッターせん断刃の開発に成功

最近、明柏機械工具科技有限公司の研究開発センターは、重要な技術的ブレークスルーを発表しました。約1年間の試行錯誤とプロセス最適化を経て、同社は、 スリッターシャーブレード 今回、少量生産に入った「勾配複合基板」構造を採用したスリッターシャーブレード。この技術は、同一ブレード内で芯部から表面にかけて組成と微細構造を勾配状に変化させることで、高靭性の芯部と耐摩耗性に優れた作業層を同時に実現します。これにより、従来の均質材料ブレードが抱えていた「高硬度は脆性につながり、高靭性は耐摩耗性の低下につながる」という長年の矛盾を完全に解消します。社内試験および顧客による試用結果によると、高強度ステンレス鋼やケイ素鋼のスリット加工において、勾配複合基板スリッターシャーブレードは従来ブレードに比べて耐用年数が120%向上し、耐衝撃性も3倍以上向上しています。

「単一素材」から「グラデーション複合材」へ

伝統的 スリッターシャーブレード 刃は通常、単一グレードの工具鋼または高速度鋼から作られます。耐摩耗性を高めるために材料の硬度を上げることが多いのですが、靭性が低下するため、厚板をスリットしたり、硬い部分に遭遇したりすると、チッピングが発生します。硬度を下げて靭性を優先すると、刃先がすぐに摩耗してしまいます。単一材料の考え方を超えて、明白の研究開発チームは「勾配複合材」設計コンセプトを提案しました。刃の芯には高靭性材料を使用して耐衝撃性を確保し、表面と刃先には耐摩耗性の高い材料を使用して耐用年数を保証します。その間に、組成と微細構造が徐々に変化する勾配遷移層を設けることで、特性の急激な変化によって生じる界面応力を排除します。

粉末冶金＋拡散焼結による傾斜構造の実現

この技術の中核は、特殊な粉末冶金拡散焼結プロセスにあります。研究開発チームは、低炭素高靭性合金粉末を芯材に、高炭素高耐摩耗性合金粉末を表面に、2種類の異なる金属粉末を層状に充填します。高温高圧拡散焼結後、2つの層の間には、鋭い界面ではなく、連続的に組成が変化し、微細構造がシームレスに遷移する勾配層が形成されます。得られた材料は、鍛造、圧延、熱処理、精密研削を経て、完成品のブレードとなります。試験結果によると、この勾配複合ブレードは、芯材の硬度が48～52 HRC、衝撃靭性が80 J/cm²を超えています。表面硬度は62～65 HRCに達し、高合金工具鋼と同等の硬度です。勾配遷移層の厚さは約2～3 mmで、亀裂や剥離などの欠陥は見られません。

印象的なテストデータ：ハードかつタフ

社内ベンチテストでは、勾配複合スリッターせん断刃は厚さ6mmの304ステンレス鋼板を8時間連続で切断しても刃こぼれがなく、摩耗量は従来の高硬度刃のわずか60%でした。衝撃荷重テストでは、従来の刃の3倍の衝撃エネルギーにも破損することなく耐えることができました。さらに、顧客による試用結果は期待以上のものでした。ある変圧器コア加工企業は、勾配複合ケイ素鋼せん断刃を使用して高級方向性ケイ素鋼を切断しました。刃は2週間連続で刃こぼれがなく、以前使用していた輸入刃は平均5日ごとに刃こぼれしていました。顧客の生産マネージャーは、「明白の刃はまさに私たちの悩みを解決してくれました。刃の交換頻度が大幅に減り、生産効率が著しく向上しました」と述べています。

コスト管理が容易で、大量生産にも対応可能

従来の粉末冶金による均質高速度鋼ブレードと比較して、勾配複合基板ブレードは、表面層にのみ高価な耐摩耗合金粉末を使用し、コア部分には低コストの高靭性合金粉末を使用しています。これにより、材料費を約20～30%削減できます。さらに、このプロセスは、スリッターせん断ブレード、円形ナイフ、およびさまざまな仕様のカスタム形状ブレードに適用でき、優れた拡張性を提供します。明白は、この技術について国家発明特許を出願しており、年内に量産化を実現し、金属加工、変圧器コア製造、新エネルギー電池電極スリット加工などの産業に普及させる計画です。

継続的なイノベーション、最先端の材料技術のアップグレード

同社の研究開発部長は、「勾配複合基板は、明白が刃物材料技術において独自に開拓した重要な成果です。もはや単一の鋼種を選択する必要はなく、お客様の作業条件に応じて刃物の内部微細構造分布を『カスタマイズ』できるようになりました。今後、明白は材料科学の研究を続け、高性能かつ高コスト効率の刃物製品をお客様に提供していきます」と述べました。同社の総経理は、明白は技術主導型開発を堅持し、独自のイノベーションを通じて中国の精密刃物産業をより高いレベルに引き上げていくと強調しました。

ウェブサイト：www.mingbaiblade.com