精密加工世界紀錄:最“精致的工業牙齒”可以(yǐ)在頭發上刻字母
09-15-2022

世界紀錄(lù):最精致的工(gōng)業牙齒”可以在頭(tóu)發上刻字母。

被譽為“最精致的工業齒”。

高精度銑刀是精密加工領(lǐng)域不可缺少的工具。由於基礎材(cái)料和加工(gōng)工藝的限製,我國在這(zhè)一領域長(zhǎng)期處於受製於人的局(jú)麵。

麵對迫切的需求,中國五礦集團公司下屬中鎢高科(000657)錦州地區公司的技術團隊,在職業欲望和提升核心競爭力的(de)內在驅動下(xià),走出(chū)了一條令(lìng)人矚目的自主創新之路。他們克服重重困難(nán),終於創(chuàng)下(xià)了世界最精細銑刀的紀(jì)錄,突破了製造領域關鍵技術的“卡脖子”難題。

創新不是炫耀技能,而(ér)是有效服(fú)務客戶,占領市場份(fèn)額,才能保證企業(yè)立於不敗之地。在爭(zhēng)取盡快進入世(shì)界一流陣營的同時,他們把未來錨定在高附加值產品上。

精密刀具的加工極限能(néng)達到哪裏(lǐ)?

世界上最精細的銑刀,直徑隻有0.01毫米(mǐ),可以在米粒上刻(kè)出56個漢字(zì),在一根頭發上刻出7個字母。該產品誕生於中(zhōng)國五(wǔ)礦集團旗下中鎢高科錦州地(dì)區公司,被譽為“最(zuì)精致的工業牙齒”。如此極致的精細,不僅代表了公司的創新(xīn)R&D能力,也突破了製造領域關鍵技(jì)術的“瓶頸”問題。

銑刀是一種帶有(yǒu)一(yī)個或多個齒的旋轉(zhuǎn)刀具,主要用於加工(gōng)鋁合金、不鏽(xiù)鋼(gāng)、模具鋼、樹脂、玻璃纖維等各種工業(yè)材料。其精度(dù)是(shì)製造業和加工業的重要(yào)參考指標。尤其是高精度銑刀,是精(jīng)密加工不可缺少的工具。一旦斷供,很多產業鏈都會被關停(tíng)。

2021年10月,我國首次實現0.01 mm直徑(jìng)銑刀的加工實(shí)驗(yàn)。據了解,金州區公司在(zài)研製過程中,突破傳統(tǒng)工藝設計,開創了微型刀具磨削新工藝,解決(jué)了結構設計難、製造狀態難監控、磨削力難控製、刀片(piàn)直徑小、易斷裂等一係列問題。

專注於精密微型刀具(jù)研發的錦州地區公司(sī),是國內著名的“隱形(xíng)冠軍”,目前(qián)擁有330多項發明和(hé)實用新型(xíng)專利。在一個競爭激烈(liè)、產(chǎn)品更新(xīn)換代極快的市場中(zhōng),金州區公司的主要產品PCB微鑽不斷(duàn)被進口替代,市(shì)場份額居世(shì)界第(dì)一(yī)。2018年至2021年,公司淨利率從15%增長到19%,也處於同行前列(liè)。

"每三部手機中就有一部(bù)是由我們錦州地區公司的產品加工的."中鎢高科董事長李忠澤近日在接受《中國企業家》專訪時表示。近年來,由於市場變化迅速,許多歐洲和日本公(gōng)司已經退出。在他看來,市場起伏很正常,關鍵是要不斷進取。“我們不以價格競(jìng)爭為手段,必須保證成本領(lǐng)先。”

2016年(nián),經曆了重組的中鎢高科,以科技創新為先導,製定了一(yī)係列新的發展戰略。據了解,中鎢高科每年新產品貢獻率超過30%,技術研發投(tóu)入(rù)也超過公司總收入(rù)的5%。“金州區投資多”。此外,公司每年為科技(jì)人員(yuán)的創新成果獎(jiǎng)勵2000多萬(wàn)元。

高精度(dù)加(jiā)工時代已經到來,精密工具(jù)可以(yǐ)成為破壁人。一把小小的銑刀,就能改變設備(bèi),提升產品性(xìng)能,推(tuī)動行業發展,直至影響產業鏈,催生高精度加工的全麵需(xū)求。“歸根結底,真(zhēn)正的競爭要靠領先的技術,技術創新能力是我們的核心競(jìng)爭力。”李中澤說。

打破圍牆:實現“米粒上刻字”

眼看第一個打靶工具就(jiù)要磨出來了,李學光興衝衝地跑回辦公室,喊來同事們一起看。那天晚上,隊員們一起吃飯慶祝。100多天後,“痛苦、緊張和疲勞的感覺終於煙消雲散,仿佛我們來到了一個美麗的新世界”。他形容自己擁有“發現新大陸(lù)(000997)和成功(gōng)攀登珠穆朗瑪峰的雙重喜悅(yuè),以及改變(biàn)未來的想象力”。

42歲的(de)李學光是0.01毫米極小直徑銑刀項目的R&D負(fù)責人。最初的R&D機會來自客(kè)戶投訴。2020年底,一個客戶告訴李學(xué)光,有些刀買不到了。“既然你(nǐ)是錦州地(dì)區的微縮刀,你能這樣做嗎?”在他的印象中,當時市麵上的銑(xǐ)刀直(zhí)徑更小,為(wéi)0.1mm。

2021年初,經過與客戶的幾次討論,李學光意識到(dào)高端精密工具“卡脖子”問題的嚴(yán)重性。經過(guò)多年的發展,精密加(jiā)工的水平已經和過去不一樣了。隨著(zhe)通信等現代技術對小(xiǎo)尺寸、低功耗、多功能、高效率的要求,市(shì)場對精密(mì)加工的(de)需求不僅僅局限於1mm、0.1mm、0.01mm、0.02mm,而是實實在在的需求。10微米的精密加工時代已經到來。此外,這(zhè)種工具(jù)涉及關鍵(jiàn)行業,因此非(fēi)常(cháng)小直徑精密工具的供應成為重點。在這種環境下,錦(jǐn)州地區的精密刀具不能停留在(zài)概念階段(duàn),技(jì)術不能隻作為儲備,而應該轉化為產品,在這些關鍵(jiàn)領域(yù)實際應用,發揮作用。

還有(yǒu)一個原因就(jiù)是日本雖然(rán)也有類似的產(chǎn)品,但是因為人家不願(yuàn)意賣,或者(zhě)因為(wéi)送貨(huò)時間長,價格很高,幾乎沒有技術(shù)服務,所以隻能望而卻步。“乞討賣刀的人真的很痛苦。既然他們發現了我們(men),我想我們必須(xū)這麽做,這是切割者的責任。”李學(xué)光(guāng)說道(dào)。

在構思初(chū)步方案的時候,他先在(zài)腦(nǎo)子裏花上(shàng)三(sān)五天,找到核心點,畫圖,模擬,驗證。後來做夢的時候有了新(xīn)的想法(fǎ)。“最小的技術變革也能改變大事情,這是一種職業抱負。當我醒來時,我(wǒ)覺得這是必須(xū)要做的。”現(xiàn)在回想起(qǐ)來,他(tā)把之前(qián)的決心歸為真誠和激情。

同事口中的李學光有個(gè)名字:阿光。弘從小(xiǎo)就想成(chéng)為一名科學家。2004年,作為一名機械工程專業的本科生,他從遼寧來到深圳,通過校招加入錦州地區(qū)公司。2013年,基於工作需要,李(lǐ)學光(guāng)去讀了光學工程碩士。研發的想法讓他興奮不已,直到後來,他發現困難重重。

2021年5月(yuè),李學光開始研發0.01~0.04毫米的極小直徑銑刀..第一個困(kùn)難是沒有設備加工這麽精密(mì)的工具。怎麽找加工(gōng)設備?他(tā)的答(dá)案是“改變”。“我們以前有一些進口的高精設備,可以做一些改裝,發揮優勢,克服劣勢。比如精度會提高,磨削力會降低。軸的磨削運動也要調(diào)整,通過修改消除一些波動。”

除了硬件,決心和信念也是一大考驗。“你怎麽讓大家有信心和你合(hé)作?”李學光有自(zì)己的方法。首先是消除大家的顧慮。他(tā)對團(tuán)隊說:“做一個項目,就是要用科學理論指導(dǎo)實踐。在沒有人能證明這個技術和產品不能成功之前,我們一定要堅定的走下去。發現不可克服的問題或理論錯誤是一件幸運的事情,這是我們應該重點關注的難點。”

二是(shì)引導團隊展望未來。“如(rú)果製造出比頭發絲還要細很多倍的銑刀,打破目前銑刀的極限,真的可以銑出0.01毫米和0.02毫米寬的槽,讓生物醫學芯片和通信(xìn)的關鍵部件(jiàn)達到前所未(wèi)有的性能,改變行(háng)業現狀,解決供(gòng)應鏈受製於人的問題,讓精密製造騰飛。你願意為此努力嗎?這是你們肩上使命(mìng)的重量。”

做好心理準備之後,接下來0.01mm小直徑銑刀的技術研究就(jiù)是一(yī)個反複實驗的過程。李學光說,技術難度首先體現在“特別容易破”。

0.01mm銑刀與0.1mm的頭發相比,直徑是(shì)其直徑的1/10,截麵積是其1/100,強度(dù)降為0.1mm銑刀的1/1000,吹振(zhèn)即可折斷。李學光認為,銑刀必須應用到這種程度才(cái)有其價(jià)值。“太薄了,但不代表不能用。隻要給它穩定準確的加工和(hé)使用條件就行了。”

0.01mm極小直徑銑刀因其結構複雜,是(shì)設計(jì)和磨削難度(dù)最大的刀具。為了實現既切削外周刃又切(qiē)削端齒(chǐ)的完整銑刀功能,必須使刀體具有(yǒu)完整的(de)結構。磨削時,刀體不能附著,隻能懸掛。另一方(fāng)麵,磨削(xuē)時砂輪的線速度與汽車的線速度相(xiàng)等,衝擊大,容易折斷(duàn)。

目前,0.01mm銑刀作為精度要求最高的刀具,讓很多R&D技術人員不敢接手。當直徑縮(suō)小到普通刀具的1/10和1/100時,精度也(yě)要求縮(suō)小到1/10和1/100,這樣0.01mm銑刀典型結構的精度(dù)要求達到0.0005mm,難度極大。“我們的要求不(bú)僅是要做成,還要到位。”

李學光堅信,做應用工程不同於做科研,結果一定藏在大(dà)量的實驗中,要有耐心。單(dān)就結構而言,團隊來(lái)回試了兩個多月,重複實驗近200次。2021年9月,第一代樣品實現產出。2021年10月,第一代0.01mm銑刀成功加工頭發和米粒。

銑削字符用0.01mm銑刀。來源(yuán):受訪者

2019年底,錦州地區公司成功研發出直(zhí)徑0.01mm的超細微型鑽頭,打破了我國在該領(lǐng)域長期受製於人的局麵。僅用一年半時間,金州區公司就(jiù)實現了直徑(jìng)0.01mm超細微型鑽(zuàn)頭和直徑0.01mm極小銑刀鑽銑“雙劍合璧”。

“這個(gè)成績絕對不是一蹴而就的(de),而是之前十年的不斷(duàn)研究和積累。”李學光(guāng)說,很多事情,第一(yī)個階段,往往會很順利;第二階段,有點困難,但我努力克服了,以為自己覺得自信了。第三階段(duàn),困難解決不了,困難突(tū)破不了;第四階段,軍心動搖,很多有挑戰性的項目和創業公司基本都死在這個階段。“那麽理性複盤的問題(tí)在哪裏?不迷信不消極是很重要的。通常(cháng),有韌性、科學、客觀、理性的團隊能夠生存下來,做得更好,能力更(gèng)強,涅槃重生。”

落地:快速“市場第一”。

多年前,中鎢(wū)高新金州區公司總經理羅對此深有感觸(chù)。那是在2016年前後的多個行業展(zhǎn)會上,他被一個日(rì)本競爭對手的高管問到“為什麽(me)同一個客戶,從捕(bǔ)捉客戶需求到R&D再到實地測試(shì),在同樣的時間裏,能夠比我們多測試兩到(dào)三倍?”

“我們的策略是:以快打(dǎ)快。”羅這(zhè)樣總結“中國企業家”。“金州區的市場占有率是最高的,不僅是mainland China,全世界(jiè)隻要有PCB製造的地方,金州區都是最高的。”

這是一個產(chǎn)品(pǐn)更新非常快的領域。盡(jìn)管全球經濟因新冠肺炎疫情而麵臨壓力,但疫情催(cuī)生了(le)在線活動,並(bìng)增加了對電子產品的需求。同時,隨著5G基礎設施的推進,全球(qiú)對PCB產品的需求呈現出較為強勁(jìn)的增(zēng)長。未來(lái)5G,汽車電子,工業4.0,雲服(fú)務器等。將成為拉動PCB需(xū)求增長的新方向。

在羅的(de)親身經曆中,競爭變得越來越激烈。作為錦州地(dì)區的龍頭(tóu)公司,團隊的危機感一直如(rú)影隨形。

“我們總是提醒自己是否能更(gèng)快地開發和更新產品。行業也反推我們,產品(pǐn)的開(kāi)發必須貼(tiē)近市場需求。”他說。錦(jǐn)州(zhōu)地區擁有專利330多項(xiàng),其中發明100多項。R&D投資方麵,“前(qián)年是營收的(de)5%,去年是6%,今(jīn)年的目標是7%”。

用0.02毫米銑刀加(jiā)工不鏽鋼。來源:受訪者

2006年,從中南(nán)大(dà)學材料科學專業讀完(wán)本科和研究(jiū)生的羅,一畢業就進入金州區公司,從事技術研發工(gōng)作已有6年。直到一個機會,讓他與市場“接軌”。“我主導的塗料產(chǎn)品(pǐn)項目研發(fā)成功後,市場推不動了。當時的總經理找到我說,要不你自己去市場(chǎng)推廣吧(ba)?”

2012年,羅“轉戰”營銷管理。那一年(nián),金州區晉級細分(fèn)市場第三名(míng)。2015年,金州地區主要產品市場占有率達到韓(hán)國第一。2019年,東南亞市場也取得重大突破,市場份額達到第一。羅的塗料(liào)產品在市場上處於領(lǐng)先地位,成為公司業績貢獻(xiàn)的“金州區法寶”之一。

2017年,中鎢(wū)高新在錦州地區(qū)公司啟動了第一批職業經理人管理試點,明確了職業經理人的“責(zé)、權、利”,嚴格實行任期目標考核,根據業(yè)績考核兌現(xiàn)薪酬,建立市場化退出機製。2018年起,羅擔任金州(zhōu)區(qū)公司總經理(lǐ)。他希望通過拓展國際市場,“所有地區都能做到第二第一”。

“沒想到(dào)產能翻倍(bèi)了。”談及金州區公(gōng)司改革(gé)五年間的變化,李忠澤感(gǎn)慨道。據其透(tòu)露,在整個(gè)中鎢高科集團中,金州區公司營收占1/6,利潤占1/3。相比一般製(zhì)造業6%~7%的利潤率,錦州地區公司的銷售利潤率接近20%。

未(wèi)來:製造高附加值產品

“我擔心的是我們不夠快。我們需要更快。”李忠澤向金州(zhōu)區公司提出了要求(qiú)。中鎢高科的(de)營收水平已經躋身全球前四,他希(xī)望在(zài)“十四五”內躋身全球前三,進入世界一流陣營。“再造一個新(xīn)錦州,不能靠堆砌(qì)產能的多少,而要靠高(gāo)附加值。”李中澤說。

新冠肺炎(yán)疫情和國際形勢已成為影響經濟和產業發展的(de)重要(yào)因素。李中澤認為,對於中鎢高科這樣的全產業(yè)鏈公司來說,最大的(de)機會是中國發展新格局的構建,但公司(sī)缺少的是更貼近用戶的機會。“我(wǒ)們的用戶進入門檻(kǎn)很高,中國的(精(jīng)密(mì))刀具以前一直被外國壟斷(duàn)。”

“小到0.1mm的微鑽產品,目前全球能批量供貨的PCB工具公司(sī)隻有三家,中國隻有一家。”羅對說(shuō)道。錦州地(dì)區雖然處於行(háng)業領先地位,但外部危機也無處不在。一方麵是老對手的實力;另一方麵,新的(de)挑戰(zhàn)者正在施加壓力。

在羅眼裏,目前(qián)大致有三類競爭對手:

一是日本公司,市場份(fèn)額落後於錦(jǐn)州,技術和品控(kòng)排名第一,長期是錦州地區的標杆(gǎn)公司;第二類是(shì)台資企業,強調成本領先,不願意為R&D和未(wèi)來花錢;第三(sān)類是來自內地(dì)的民營企業,他們在成本(běn)控製方麵做(zuò)得很(hěn)好(hǎo),但他們在R&D的投資也很低。

“恒大確實是行業的發(fā)展格局(jú),隻是每個企業的路徑選擇不一樣。”羅對說道。

他(tā)總(zǒng)結了金州區成長的兩大引擎:一是科技創新能力,意(yì)在(zài)“開源”;另一種是精益產能,“追求(qiú)成(chéng)本控(kòng)製,也就是節流(liú)”。“對手也很關心我們的R&D投資是(shì)如何(hé)實現的,資產周轉率是如何提高的,雙方(fāng)的差距在哪(nǎ)裏。”羅對說道。

據羅介(jiè)紹,金州區還(hái)在體係上下(xià)功夫,通過設置不同層級,實現不同領域、不同體量的創新。第一個是公司級的R&D項目,由R&D副總裁主持,爭取(qǔ)跨部門突破(pò);第(dì)二(èr)個是部門R&D項目。“前兩個主要是R&D隊(duì);第三種是技術員主導,追求R&D,突破生產線。”

最近三年,公司的自動化建設已經提上日程(chéng)。2019年5月,金州區公司建(jiàn)成了業內唯一具(jù)有國際先進(jìn)水平的自動化車間(jiān)。2022年3月,自動化車間二期完工,與上一(yī)台機(jī)組形成工業互聯生產體(tǐ)係。

現在(zài)在錦州地區公司的自動化車間,工人數(shù)量比傳統工藝減少了一半,清洗、打字工序也實(shí)現了無人化。車間在製品從7天減(jiǎn)少到2天,減少(shǎo)了71.4%。

一些(xiē)意(yì)想不到(dào)的市場機會也來(lái)了。2020年新冠肺炎爆發疫情時,口罩產(chǎn)能僅為需求的1/30。其(qí)中熔噴布是口罩的核心材料,需要噴(pēn)絲頭來生產(chǎn)。製造噴絲板最難的部分是加工微孔,需要一個能加工模具(jù)鋼和不(bú)鏽鋼的0.2~0.35 mm微鑽。

生產口罩用熔噴布需要噴絲板,而(ér)製造噴絲板最難的(de)部分就是微孔的加工,需(xū)要能夠(gòu)加工模具鋼和不鏽鋼的0.2 mm和(hé)0.3mm微型鑽頭。來源:受訪者

口罩需求的激增帶來了噴絲頭模具和鑽頭需求的激增,形勢(shì)緊迫。當年3月,金(jīn)州區公司接到市(shì)場需求,開始研發鑽頭。在相關儲備技術的支持和多部門的高效協作下,一(yī)周研發成功。4月初,第(dì)一批產品配送(sòng)下線,一直(zhí)到5月中下旬,以滿足市場需(xū)求。該係列產品廣泛應用於口罩噴絲板模具行業,一個半月銷售收入約1000萬元。

市場增長是羅最大的KPI。從2019年開始,金州地區公(gōng)司(sī)市(shì)場份額開始排名第一。“業界關注(zhù)我們,現在國際形勢複雜。如(rú)何突破,實現既定目標,更穩健的發展,是我們要(yào)思考的。壓力疊加,經營效率不能低,人均年產量要不斷提高,要向日本和歐美先進製造企業看齊。”

" 0.01毫米銑刀目前還沒有工業化應用."羅對說道。在成功R&D之後,公司也在努力尋找相關的機會和應(yīng)用場景,比(bǐ)如醫療領域。去年年底,一家海(hǎi)外公司(sī)與錦州地區聯係,商(shāng)談合作的可能性。“這一年,我們(men)一直在想這件事。現在(zài)這種能力已(yǐ)經體現出來了,就要努(nǔ)力推進商業(yè)化。”羅對說道。

去(qù)年10月以(yǐ)後,李學光帶(dài)領技術R&D團(tuán)隊接連做了幾項工作。一方麵保證了產(chǎn)品的穩定性和量產性,另一方麵更貼近(jìn)應用需求。“我們(men)去和行業專家聊聊,他們(men)的需求是什麽,我們有沒有(yǒu)可能快速把握。大技術方向何去何從,研究的效益如何(hé)最大化。”

目(mù)前0.01mm銑刀的技術研發能(néng)力為錦州地區公司開拓了更廣(guǎng)闊的知名度(dù)和市場(chǎng)空間。目前,金洲極地小直(zhí)徑銑刀被(bèi)列為直徑為0.02毫米及以上的應用級刀具。羅表示,0.01毫米銑刀的問世直接拉(lā)動了0.02毫米(mǐ)及類似規格產品的出貨量。“許多不知道我們的芯片封裝和測試以及精密醫療設備的公司已經找到了他們”。

羅(luó)還表示,在金州地區,現在大量出(chū)貨的都是直徑極小的0.1mm微鑽,比市麵上0.2mm ~ 0.5mm的常規產品(pǐn)要小很多。月出貨量已經達到400多萬片,用於加(jiā)工芯片匹配的封載板。“這是對PCB工具技術(shù)要求最高,附加值最高(gāo)的產(chǎn)品”。

 

原文鏈接:精密加工http://www.xjssy.cn/cn/info_15.aspx?itemid=644

 

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