趙炳楨:男,1938年生,原成都工具研究所所長、總工程師,曾任中國刀協副理事長、常務理事,及中國機床工具工業協會工具分會理事長、技術委員會主任委員。曾參與了自動線和數控刀具的研發、重型刀具的攻關及切削機理的研究等科研工作,以及行政和科研的管理工作,經歷了這一時期我國切削技術和刀具行業的發展過程。根據20世紀末以來世界切削技術的快速發展提出了現代切削技術發展的方向和特點,從而探討了我國工具行業的發展和轉型升級的途徑;參與了新形勢下切削技術和刀具對制造業發展重要性的宣傳,為中國刀協提出了“發展切削技術建設制造強國”的口號以及轎車刀具國產化和中國刀協刀具應用技術研討班的學員培訓工作。
切削技術和刀具是裝備制造業的基礎工藝和和關鍵技術,不僅決定了零件加工效率的高低和加工質量的好壞,而且對降低加工成本起到舉足輕重的作用。本刊就我國刀具行業發展歷程、現狀和發展方向等問題采訪了在這個行業深耕幾十年的原成都工具研究所所長、總工程師趙炳楨先生。
1、我國刀具行業的發展歷程
我國刀具行業發展的歷程可從上世紀五六十年代的計劃經濟時期說起,那時刀具行業由兩部分組成:一部分是專業的工具廠,批量生產通用標準刀具如麻花鉆、立銑刀、絲錐和精密復雜刀具等高速鋼刀具;另一部分是附屬于各機械工廠的工具車間或工具分廠,承擔著工廠自用的非標刀具以及焊接式的硬質合金車刀、銑刀的制造。同時,決定刀具性能最重要的刀具材料由冶金部管轄的鋼鐵廠和硬質合金廠生產,而大多數工具廠和機械加工廠屬于機械部或機械行業。這種計劃體制的模式在建國初期起到了積極作用,但是后期出現了一些問題:專業工具廠的產品比較雷同,產品經五金公司銷售給用戶,工具廠與刀具用戶之間較少發生聯系,專業刀具廠沒有起到提高切削加工水平應有的作用,因此其在制造業中的重要性也被嚴重低估;由于受條塊分割和利益機制的限制,刀具行業對發展刀具材料的強烈愿望得不到這些刀具材料生產廠的有力支持,制約了刀具性能的提高和切削技術的進步。
直到改革開放以后,在國企改革中原來的工具車間消失了,工具分廠被分離出來成立專業的刀具企業,成為工具行業的一員;后來在政府體制改革中冶金部和機械部都精簡了。在刀具材料深加工巨大市場的吸引下,我國原冶金部等系統的硬質合金企業改制為刀具公司,如株洲硬質合金集團把硬質合金刀具材料和刀具業務分離出來成立了株洲鉆石切削刀具股份有限公司,也都成為工具行業的一員。這樣,一個統一的工具行業共同挑起發展我國切削技術提高切削加工水平的重擔,至今已取得了顯著的成績。
2、從國內外一些刀具企業的發展所得到的啟迪
從世界范圍分析當代刀具行業的組成,可以明顯看到由兩類企業組成,可稱為二元結構:(1)一類是少數具有強大綜合實力的以研發和生產硬質合金刀具為主的公司,它們具有研發硬質合金材料的優勢、先進的裝備條件、強大的人才隊伍和營銷網絡,開發和銷售高性能的刀具品種。產品主要是車刀、銑刀和孔加工刀具(片)等,由于這部分刀具需求量大、應用面廣,因此這類公司對提高制造業切削加工整體水平和引領切削技術發展發揮很大的作用,現在很多進入中國市場的國外著名刀具大公司均屬這一類。(2)行業中的另一類企業是眾多專業化的中小刀具企業,它們以各自的專有技術和特色產品提高了加工效率或革新了加工工藝,填補了大型刀具企業產品和技術的空白。它們就做一種或一類刀具甚至只做刀具的夾頭,精益求精,創出了品牌,與大型刀具企業分享著刀具的市場,在中國的刀具市場上國外專業化的刀具名牌公司也有不少。這兩類刀具公司共同促進切削加工水平的提高,使刀具行業為制造業提高加工效率、開發新產品、新工藝和建立創新體系發揮著重要的作用。
從上世紀80年代開始,隨著國企改革的進展和政府機構的調整,我國工具行業逐步形成了統一的二元結構的工具行業,實現了工具行業結構的重大調整。
首先,在大型的硬質合金刀具公司方面有了株洲鉆石切削刀具股份有限公司,其綜合實力處在國內領先地位,在國際上也處于較先進的水平,有望在高端刀具國產化的進程中發揮重要作用。然而從工業發達國家的刀具行業結構看,像中國這樣的制造業大國,只有一家株洲鉆石這樣的公司是不夠的,至少要有三家四家,才能滿足制造業對先進刀具的需求。像廈門金鷺特種材料有限公司、江西幾家有硬質合金材料優勢的大公司有望成為第二家、第三家。
與此同時,在工具行業內也出現了一批有顯著專業特色的中小刀具公司,其中多數是民營企業,如鄭州市鉆石精密制造有限公司,該公司以PCD為主的刀具不僅在國內有廣大用戶而且還得到日本用戶的信賴;又如鄭州富耐克超硬材料有限公司研發的PCBN刀片已廣泛應用在淬硬材料的切削加工中,并開發了可用于斷續切削和粗加工的PCBN刀片,其性能得到外商的關注。還有如:以生產數控刀具和工具系統為主的成都千木數控刀具有限公司、森泰英格數控刀具有限公司等專業化的數控刀具公司;以生產精密復雜齒輪刀具、拉刀為主的恒鋒工具股份有限公司;以研發硬質合金螺紋刀具、轎車曲軸加工刀具等非標硬質合金刀具為主的成都工具所有限公司,等等。這些中小規模的刀具專業公司,其產品已可部分取代進口刀具,但在整體上缺少創新,都處在努力把產品“做精”的發展階段,而創新是專業化中小企業發展壯大和創品牌的前提。必須長期堅持對加工工藝的深入研究,才能從加工實踐中做到有所發現、有所創新。
3、我國刀具行業亟待解決的關鍵問題
(1)轉變經營理念加快轉型升級的步伐?刀具行業的轉型升級怎么做,國外的工具公司已經為我們做出了榜樣。今天外國工具公司在“刀具消費第一大國”的市場上所處的強勢地位與它們的轉型密切相關。轉型后的刀具企業不再是一個單純的刀具制造商和供應商,而是一個切削加工技術和切削加工效率的制造商、供應商和服務商,從而使刀具制造商所具備的專業技術優勢和產品功能轉變為刀具用戶的效益,并帶動用戶切削加工水平的提高。這種轉型在為用戶帶來效益的同時,也為刀具行業的發展提供了商機并從中獲得了刀具創新的靈感,加快了刀具行業發展的速度;近幾年國外刀具公司新產品推出的速度大大加快,就是行業轉型的直接結果。因此,這種轉型產生了雙贏的效果,具有強大的生命力。轉型后的刀具企業將面向制造業,了解制造業各重要工業部門零件的特點、生產的方式、被加工的主要材料和未來的發展對刀具的需求等第一手信息,及時開發出適用對路的刀具和服務,實現“提供成套刀具”、“提供解決問題的方案”的經營目標。可以看到,我國的刀具行業中已有不少企業在轉型和服務方面取得了顯著的進展,開發了不同工業部門需要的“加工汽車零件的刀具”、“加工模具的刀具”、“航空航天工業加工難加工材料的刀具”,但就整個行業來看還要繼續推進,還有許多基礎工作要做。
(2)要重視專業人才隊伍的建設?現代切削技術是在材料科學、裝備制造技術和信息技術等學科和技術發展的基礎上形成的,其覆蓋的專業領域已遠遠超出了傳統切削技術專業的范疇,專業人才的結構也相應有較大的變化。尤其是硬質合金、超硬刀具材料和涂層工藝在現代切削技術中具有的重要地位,必須引進新的專業人才。此外,由于在大學本科的專業設置中已沒有金屬切削和刀具專業,大量新進的本科大學生普遍缺乏切削技術和刀具的專業基礎知識,而切削技術和刀具的基礎知識是刀具行業的看家本領,不只是搞刀具設計和開發的人員需要,而且搞材料開發的、搞涂層牌號開發的、甚至搞營銷的都要具備,要能用切削技術和刀具的基礎知識從刀具的切削效果中分析出存在的問題、改進的方向和創新的切入點。因此,能否建立一支復合型的人才隊伍對刀具行業的發展十分重要。伴隨著企業的轉型,還要培養一支具有切削加工工藝系統知識的現場服務工程師隊伍,做營銷人員的技術支撐。
(3)提高創新能力 現代切削技術的一個顯著特點是創新速度大大加快,不斷有新的材料牌號、涂層牌號、刀具(片)結構和加工工藝推出。與國外的刀具公司相比我國刀具企業的創新能力明顯不足,要實現向創新驅動型行業轉型,必須提高創新能力和意識。切削技術和刀具專業的核心技術包括刀具材料、涂層、結構和應用是創新的主要領域。近些年我們基本上跟隨國外的創新進行研發,如細顆粒、超細顆硬質合金、富鈷層、中溫涂層、α三氧化二鋁涂層、大進給小切深銑刀、插銑刀、模塊式刀具以及各種新型刀柄刀夾等,自己原創的很少。材料和涂層的創新要加強基礎的研究,要跨學科、跨部門進行合作,并發揮大型的硬質合金刀具公司在這兩個領域的優勢。與此同時,大型企業還要發揮材料、涂層、結構三者綜合的優勢,創新刀片的牌號。刀具(片)結構的創新必須有的放矢,針對具體的加工對象或加工工藝進行研發,起到對癥下藥的效果。中小型的專業刀具公司在明確專業方向的基礎上深入了解相關的加工工藝,從中發現問題,改進現有刀具結構或創新加工方法。因此明確專業方向是前提,然后長期堅持和創新,企業首先是成為該加工工藝(序)的“專家”,此后才能開發出有特色的刀具并創出名牌。
4、未來刀具技術發展方向的探討
(1)重視超硬材料刀具的研發和應用 切削技術和刀具的重大進步都與刀具材料的更新換代密切相關。目前,切削技術處于全面應用硬質合金刀具的時代,與此前的高速鋼為主的時期相比,切削技術發生了質的飛躍,切削加工效率提高了幾倍、十幾倍,開發了高速切削、高效切削加工技術,切削技術的內涵更加擴大。近些年來,超硬材料刀具中的PCD刀具已在其特長的應用領域如有色金屬、非金屬材料的加工中替代硬質合金刀具,加工效率有很大的提高。另一種超硬材料PCBN由于韌性提高,在黑色金屬加工領域,PCBN刀具除了高效精加工淬硬材料和灰鑄鐵外已開始用于半精加工、斷續加工,部分替代硬質合金刀具,有的已用于流水生產線的零件加工中。已有個別刀具公司驚呼“超硬刀具時代”來了,山特維克可樂滿收購美國通用電氣公司的超硬材料部似乎也在告訴業界,這樣的時代在悄悄來臨。
(2)重視涂層技術和裝備的研發 以高速高效為標志的現代切削技術的出現,涂層技術功不可沒,涂層技術的重要性和它巨大的發展潛力已成為行業的共識;目前正在研發的CBN涂層將對刀具性能的提高帶來革命性的影響。涂層技術和涂層刀具已在我國得到較普遍的應用,但多數的涂層設備和技術都是引進的,盡管做了大量國產化的工作,并未彌補技術上的差距。如果這種狀況不加改變,我國切削技術水平的提高將受制與人,最終受到傷害的是我國的裝備制造業。
此外,像環保切削、智能切削、難加工材料和新材料的加工技術、以銑代攻(絲)、以銑代鏜(鉆)、以銑代車、以車代磨等新加工工藝的未來走向都是值得關注的。
趙總最后總結到,我國刀具行業已經有了較大發展,但是當前我國與國外刀具產品還存在差距,主要集中在高端應用領域的刀具,技術上的差距主要表現在缺少材料和涂層的基礎研究。此外,在經營理念和專業人才隊伍上也存在差距。綜上所述,要在技術上趕超國外刀具產品,在完善行業結構、加快行業轉型和更新經營理念等方面還有很多工作需要做。
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