切削和刀具技術作為機械加工工藝環節中最活躍的因素,成為提高生產效率、提高加工質量和降低制造成本的關鍵技術之一。近年來,汽車及其零部件制造特別是新工廠、新項目的制造過程越來越多地向著高速、高效加工的方向發展。隨著高效加工的深入,人們對其認識也不斷深化。
以系統觀點看待高效加工
不少人往往有一種習慣性的做法,切削加工中一出問題,就認為是刀具出了問題,大量的工作和解決措施都圍繞著刀具進行。其實,高效加工是一個系統問題,刀具只是這個系統中的一個部分,在切削加工中,工件毛坯、設備、刀具、夾具、切削液等組成了一個大系統,而且對于不少企業而言,這個“系統”可能并不僅僅表現為一臺機床,而是整條生產線;而刀具自身又是其中的一個子系統,包括刀具結構、幾何形狀、刀體材料、切削刃材料、刀具涂層等等多個方面,所有的這些因素綜合在一起,影響和決定著產品的尺寸、形狀、位置、表面形貌、加工精度等,整個系統中的任何一個因素發生變化,都會對系統的輸出即加工效率和加工結果發生影響。所以要實現真正的高效加工就必須用系統的觀點和系統的方法來分析和解決加工過程中出現的問題,采取相應的措施。
比如,過去人們雖然感覺到切削液有用,但往往也只是將其作為生產加工中的一般輔助材料處理,但現在的生產實踐卻告訴人們:作為整個切削加工系統一部分的切削液已重要到如此程度——如果切削液選擇不合適或管理不妥當甚至會造成無法正常生產,刀具則無法正常使用。
曾有過這樣一個例子,某生產線采用擠壓絲錐加工發動機零件時,突然頻頻出現悶刀現象,嚴重影響加工效率,甚至造成加工廢品。按照常規思路解決此問題時,更換不同的刀具但沒有明顯效果,再請維修人員調整設備,問題還是依然存在。后來提出從整個系統進行考慮,看看整個系統中存在哪些變量、發生過什么變化,結果發現最近更換過切削液,于是立即檢查切削液,發現切削液濃度偏低,終于在兩次提高切削液濃度而刀具等其他因素未做任何改變的情況下生產又恢復了正常。
還有一例也是說明系統中一個變量的變化可能產生的對整個系統的影響,某生產線的加工工位突然發生加工的工件表面粗糙度達不到規范要求的情況,按照習慣性理念,在設備、工件毛坯等因素未有過改變的情況下,表面粗糙度不合格很可能是刀具出了問題,但多次更換刀具,所加工工件的表面粗糙度并沒有改善,刀具檢測的結果也表明刀具本身并沒有發生過變化,最后發現系統中惟一發生過改變的就是切削液換了牌號,換回原牌號之后,一切恢復正常,為了確認,又再次將那種牌號的切削液放入機床進行加工試驗,結果原先的問題又出現,而這種切削液在別的加工工序中使用卻效果良好。
結論十分明顯,切削加工是一個完整的系統,更是一個多變量多輸入的系統,其內在各部分緊密相連,并有交互作用,分析和處理切削加工問題時,不能孤立地、靜止地去觀察和分析,必須從整個系統的角度,以系統的觀點和方法去分析和處理。
刀具應用技術需要創新
以系統觀點來看待高效加工可以說是從橫向來考慮問題,縱向上,加工工藝和刀具應用技術也需要不斷創新。創新是一個企業永恒的話題,墨守陳規肯定要落后,只有不斷創新,才會不斷地解決生產中出現的新問題,才會不斷有新的進展,企業的核心競爭力才會不斷得到提升。
市場競爭的激烈使各企業都把降本增效作為一項非常重要而緊迫的任務,而降本增效顯然也需要刀具制造者和刀具使用者在應用技術上不斷創新。一些大的刀具制造商由于發展歷史長、生產規模大、技術水平領先,使人很愿意相信甚至依賴他們,但是一味的迷信則難以實現工藝創新,長期的依賴也容易受制于某些處于壟斷地位的刀具供應商,從而導致自身效率始終無法提高,成本也不易下降。
#p#分頁標題#e#比如對汽車行業來說就有某些十分著名的刀具企業,技術水平很高,產品性能目前也很少有與之匹敵者,但由于缺少競爭對手,刀具價格始終高高在上,對用戶來說進行降本增效工作十分困難。要打破這種壟斷,一方面是要培養其競爭對手,另一方面則必須自身有所創新,通過其他手段實現加工目的,當然這需要在基本原理和工藝上同時實現突破,難度很大,需要花時間、下功夫并投入資源,扎扎實實地開展工作。
另外,某些高精度加工刀具,如帶導條的精密鏜刀等刀具雖然具有高精度等別的刀具難以匹敵的優點,但它對加工系統中別的要素的要求卻特別高,這無形中又增加了生產制造成本,這也正是它的一個很大的缺點,如能通過改進和創新,獲得它的優點并克服它的缺點,那么將會顯然有利于企業降本增效。但這首先需要理解它的工作原理和掌握某些關鍵技術,如對于某些帶導條的刀具,其導向并不是導條直接接觸工件,而是通過導條與工件表面之間形成的一層油膜來進行,而這層油膜如何形成、油膜剛度怎樣、導條的分布與角度怎樣設計、系統中相應的其他參數應如何設置,都需要深入研究,但在了解和學習別人的同時,始終不能忘記創新,只有這樣才能在競爭中處于有利的地位。
產學研合作是應用技術創新的一條途徑,如上海通用與上海交大、同濟大學等高校都有交流或合作,也收到了一定的效果,我們今后還會在技術創新和管理創新的道路上繼續走下去。
數字化制造下的刀具管理
數字化制造已經逐漸滲透到了產品設計、制造工程、物流安排、生產過程和企業管理等各個方面,是一個大的背景和趨勢,在這一前提下,我們也開始調研和探討刀具管理的數字化。
上海通用在刀具管理方面作了很多的研究和探討性的工作,做了一些探索性的事情,包括刀具一體化外包管理等等。刀具管理的數字化或信息化是一種更高要求的管理,要適應數字化制造下的管理,就必須要有完善的系統。當前管理方面有企業資源規劃(ERP)、客戶關系管理(CRM)、供應鏈管理(SCM)、產品生命周期管理(PLM)等系統,但具體到刀具管理方面,至今還沒有能很好滿足先進刀具管理要求的完善的專業的軟件系統。
SAP和ORACLE等公司開發有很好的ERP系統,但還主要是針對財務、物流等方面,而刀具管理不僅包含物流、商務等方面管理需求,也包括了技術方面的需求,如對現有的ERP系統增加模塊或修改模塊,作為用戶的投入會很大,而且有些方面可能仍難以達到理想的要求。一些刀具制造企業如TDM、Kennametal、Zoller等公司開發過一些針對性較強的刀具管理的軟件系統,相對來說了解了一些刀具用戶的需求,但在很多方面還不能滿足用戶特別是大型汽車制造企業的先進刀具管理的需求,仍需要進一步做很多工作。
要適應數字化制造的潮流,有關刀具的各種信息需要準確、及時有效地在刀具管理者和刀具使用者之間、在刀具與調刀設備之間、在刀具與機床之間進行傳遞和交換,這將有利于高速、高效加工的應用和實現生產效率的進一步提高。
還需要建立起包括有關刀具的技術信息、應用信息、商務信息和管理信息等在內的完整、準確的刀具管理信息系統,特別是要高度重視和做好相應的數據庫的建立和更新及維護控制工作。
刀具國產化
作為汽車制造企業,本身柔性化、大批量的加工特點決定其需要大量的高效刀具,盡管我們已經做了大量的刀具國產化工作,但目前很多刀具仍不得不進口。作為用戶,我們十分希望國內刀具企業能很快發展起來,也希望國際著名的刀具企業能進行刀具本土化工作,通過本土化、國產化來不斷提高刀具性能價格比、縮短供貨響應時間和提升服務質量,也促進刀具行業更好地發展。
近年來株州鉆石、上海工具廠等國內刀具企業發展很快,在刀具國產化過程中發揮了不小的作用,但筆者感到國內刀具企業很多還只是在做較低層次的刀具,距離滿足汽車制造企業所需要的高速、高效、高精度加工的刀具,特別是一些專用、非標刀具的需求還有很遠。
#p#分頁標題#e#在重要的OEM配刀領域,國內刀具廠家基本沒有進入,一個新的發動機或變速箱項目,需要大量的各類設備及其相應刀具,如果原始配刀進不去,國內刀具企業在開始時就失掉了市場中的一個重大機會,因為汽車生產的大批量特點,正式生產中的刀具使用及其采購往往都是在原始配刀基礎上進行的,以后盡管要不斷進行刀具優化和刀具本土化的工作,但都要經過更加嚴格的試驗和更改控制流程,此時進入需要付出很大的努力,困難也更多。國內企業如能參加OEM配刀,對于市場開拓是很有意義的,其中一個問題則是,國內刀具企業如何能走出國門,與一些國際著名的設備制造商建立合作,并能提供相應的刀具整體解決方案,關鍵是轉變機制,樹立一種以客戶為導向的理念,完善服務,消除質量控制中的薄弱環節,不斷創新,提高企業的核心競爭力。