見“微”知著！奇石樂助力廈門金鷺高端刀具研發

縱觀近十多年來的工業制造智能變遷過程，加工中心（機床）的自動化升級帶來了諸多益處。結合數字控制、傳感器輔助以及各類精密傳動技術，現代化的加工中心得以發揮出在準度、速度、質量保障等多個位面上的全面高效生產，并真正意義上地幫助制造商一線工程師“解放雙手”。在這種種的變化背后，作為耗材端的切削刀具則一直是加工中心核心部件的關鍵存在—刀具的質量，如果具體拆分來說的話包含刀具的精度、耐用度、穩定性及行業適用性—將會直接影響到加工件的最終效果和客戶的成本效益，無論在任何行業都是如此。地處福建廈門市的金鷺特種合金有限公司是中外合資的國家級高新技術企業，下屬的切削工具事業部為了躋身國內領先的刀具產品供應商，從2004年至今，始終深耕各類切削加工刀具的研發與實際應用，在航空航天、能源重工、新能源汽車、3C電子等多個前沿行業的各類高端應用領域，為國產刀具研發的技術積累和創新打下堅實基礎。

廈門金鷺特種合金成立于1989年，是廈門鎢業股份有限公司的骨干成員，在中國廈門、巴西、日本、德國及泰國等不同地區設有多個生產基地及銷售技術中心，全球員工總計3200多人。2021年度，廈門金鷺在疫情影響的大環境下逆勢而行，做到整體營收人民幣41億元，創下歷史最好的成績。其中，和鎢粉末事業部、合金事業一部、合金事業二部并稱為四大事業部的切削工具事業部自身擁有員工1100多人，從2009年的同安精密刀具工業園落地開始，在這十多年的發展下一躍成為整個公司的支柱業務。“刀具研發是一個擁有著較高學習門檻和技術壁壘的行業，”林亮亮，切削工具事業部研發總監，自畢業后加入廈門金鷺以來自始至終都工作在研發相關的崗位上，參與了包括材料機理研究、硬質合金到硬質涂層的多個研究課題。目前，他負責切削工具事業部的研發團隊管理與業務開發，“而中國市場約占全球切削刀具總額的20%到30%左右的體量，是一個群雄割據，兵家必爭之地。”

相比來自瑞典、日本和美國地區的刀具技術頭部集團，中國企業的起步較晚，在一些傳統行業的切削應用和技術沉淀都有著不小的差距。不同于一些其他工業產品的閉環研發思路，刀具本身既是機械加工中心的“牙齒”，又是一種講究單片成本的耗材，評價一類刀具的性能好壞都需要緊密結合到下游客戶的實際加工場景中去。“我們說刀具的研發滲透著兩種截然相反的思路在里面：一. 我們需要有自己的核心技術，像是涂層、材料、結構等等；二. 應用端的使用需求如何匹配--一個復雜成品的加工方案（如工藝順序、用刀邏輯）、客戶關注點在精度還是壽命、如何更好地控制住成本。這幾年我們憑借廈鎢IPD產品經營體系，把這兩種思路下的研發工作進行剝離和分裝，最后迭代出合適的產品。”刀具的研發和優化需要大量的實操數據做支撐，既然在技術厚度上短期內無法看齊進口廠商的百年積累，金鷺選擇了從客戶端打開機會。

得益于在全中國六個大區的應用服務團隊近百人的布局，如今廈門金鷺可以很方便地駐扎在一些國內新興重點行業的客戶現場進行“零距離貼近”服務—近五年如火如荼的航空航天、能源重工事業以及世界范圍內領先的新能源汽車領域。“例如中西部地區的航空企業客戶受益于國內航空制造業的飛速發展，所以訂單量猛增。在他們近期的整個供應鏈體系中，我們在航空發動機、葉片等生產線上的刀具和整體的加工方案被高度認可，目前已經開始大批量使用；而新能源汽車制造業里，車體輕量化的命題驅使著鋁材的大量使用，我們會委派大量的專業人員到一線實地調研、解決問題、收集數據，確保和廠家的協同開發，讓客戶在新材料的加工上完全受惠于整個正向的研發到應用的流程。”

正向的產品研發流程需要配置能夠采集動態切削力的監測系統，來對刀具和加工材料的性能和狀態做數據支撐，廈門金鷺在這方面選擇信任來自瑞士的奇石樂動態測量技術。產品測試與分析部經理趙彪春有著八年的行業研發經驗，他對雙方歷時已久的合作稱贊有加：“由于和類似華僑大學、上海交大這樣的高校始終保持技術共享，金鷺實際上從09年前后就已經在高校教授、業內專家的建議下慢慢開始接觸奇石樂的產品。我們在研發中和測力儀打交道的時間不少于15年。”廈門金鷺產品研發的大類可分為整體立銑刀、可轉位刀具和孔加工刀具，所有的產品在樣品落地時都需要經過刀具性能測試、工況探索和耐久度試驗，以尋求交付時可以完善地給到客戶該款刀具最適合的應用場景建議。“使用奇石樂測力儀，改善了原本刀具狀態評估標準不夠客觀的隱患，這點在鉆頭類產品中非常明顯。”區別于車削和銑削，鉆頭在工作狀態下的排屑情況*（正常鉆孔時，刀具會把目標位置的金屬廢料/尾料打出，即為業內俗稱的排屑）因為處于刀具內部，所以很難被觀察到。鉆頭的廢料排屑是否順暢，刀體設計時的預設通道能否發揮正常作用，對于鉆頭的實際表現都有影響。早前，有經驗的技術人員會根據機床噪聲和機床的負載的狀態來判斷排屑情況，不過該種方法帶有很大的主觀性和不確定度。借助測力儀，如今工程師可以精確地測量鉆頭加工過程中力的指數，觀察到其中的細微變化。“總體來看作為奇石樂主打產品的測力儀，測量精度高、范圍廣。這是我們長期合作的一個重要原因，產品質量過硬。”

“與奇石樂的合作對于我們金鷺來說有一個非常大的價值點在于，

我們可以借助奇石樂的產品去嘗試一些預先性的研究，比如在加工過程中不停機的狀態監測與刀具磨損在線評估。”

有了精準的數據采集方法之后，研發工作的推進會變得更加游刃有余。在航空鋁合金薄壁件加工場景內，若采用常規麻花鉆（圖1）打孔，就容易造成薄壁件的變形，進一步導致孔的尺寸精度不佳以及孔壁出口的質量下降，從而影響重要部件的裝配精度，危及整體結構的性能穩定性及壽命。研發團隊經過對薄壁件打孔精度誤差理論分析后得知，薄壁件打孔時懸臂變形量的影響因素與切削力有直接的關系--即切削力越小，變形量越小，孔的尺寸精度越高。而反觀另一種套料鉆（圖2）則會具有兩個先天優勢：加工中的切屑不會與刀具刃口發生較多干涉，且切削力較小。因此，為了比較兩種不同的鉆削工具在薄壁件處理中的性能，團隊進行了相應的切削測試，對奇石樂測力儀抓取的切削力數據進行了重點分析（圖3）。從結果上驗證了套料鉆的切削力值明顯小于麻花鉆，加工出的薄壁件表面質量也大大優于麻花鉆。

同時，奇石樂測力儀不僅可以被用于工藝的開發及優化，也利于研發團隊與競品做出橫向的切削性能比較。譬如，同樣的工況參數下，金鷺GUMD皇冠鉆與市面競品的皇冠鉆產品相比，會有何種不同的表現？通過測試可以輕易發現：該款金鷺產品的Z向切削力明顯低于其他品牌，且在XY軸雙向的載荷波動上，金鷺GUMD的切削曲線起伏最小，性能最穩定。

此外，金鷺研發團隊也在今年成為了奇石樂全新壓電式無線旋轉測力儀（WL-RCD）的全球首批試用客戶。基于無線通訊技術的運用，奇石樂旨在幫助測量人員使用無線信號接收器，將測得的切削力數據直接傳輸至計算機，擺脫機床內部署錯綜復雜的電纜布置。同樣地，該產品繼承了旋轉式測力儀一貫的優異性能：如高固有頻率、寬測量范圍，并且可在旋轉刀具上測量實時的切削力數據，徑直輸出Fx，Fy，Fz及Mz的數值，接著通過軟件無縫計算給出切向力Ft和法向力Fr。“我們甚至可以將測得的數值直接對應到該把刀具的單個切削刃上，”陳工，是廈門金鷺實驗中心的測試工程師，從18年加入金鷺開始就長期使用奇石樂9255C和9129AA測力儀 ，“這樣的話，我們能很方便地了解到每個刃的受力大小，更加易用。”

2022年行將過半，受到意料之外的疫情影響，國內刀具業迄今為止的年度市場表現低于預期。“目前雖說有一些業績數字上的下調，但我們依舊保持樂觀。”對于下半年乃至今后的行業發展，林總監有著自己積極的看法--廈門金鷺正是順著2016年到2021年這段時間刀具技術的快速變化，加上研產銷團隊和產業鏈的上下協同抓住了此次機會，做到了年增長、出貨率都高于行業整體水平的現狀。“回看過去兩年，疫情的反復在短期內可能會降低市場的活躍度，但長遠來看并不能阻礙中國加工制造業成長的大趨勢。”未來，金鷺刀具事業部將繼續秉承“從終端而來，為終端而去”的服務理念，充實自身的技術能力，為打通整個國產刀具產業供應鏈的目標持續加碼。