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刀具厂力推全价值链数位转型
结合切削加工专业知识管理

【作者: 陳念舜】2021年06月03日 星期四

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由於在这波疫情逆袭亚洲之前,国际原物料、运费已先涨一波,甚至隐见通膨疑虑。台湾机械加工业之前最担心的,便是上游钢铁及铝、铜等有色金属价格居高不下,必须从加工前选择适当刀具/刀把、材料、加工中提升效率而减少废料及不良品、加工後的回收再生等全价值链,都能满足国际对於制造业达成净零碳排的永续性要求。


2021年Q1钢铁盘价及国际有色金属期货行情已联袂高涨30~40%以上,浮现通膨隐??,不利於制造加工业者短期赶工抢单;加上目前全球已有128国及区域联盟宣示欲在2050年达成净零碳排目标,长远来看,若各国纷纷为此筑起碳关税壁垒,或有国际大厂要求供应链减排时,都将对於台湾的出囗导向产业竞争力,甚至整体经济造成冲击。


根据联合国(UN)最新制定的17个全球永续发展目标中,便要求制造业者必须持续且尽可能降低制造对环境的影响,而不仅仅是优化能源利用率。联合国还对此提出了两大主要解决方法:首先是技术挑战,诸如导入虚实融合系统(Cyber Physical systems;CPS)、大数据运算和物联网(IoT)等工业4.0概念,以协助制造业减少产生废料及不良品,但这方面必须顾及大多数金属切削加工业者可能都尚未完全普及引进现代化的CNC数控工具机。


虽然金属切削制程的本质就是各种能源及材料消耗,大多数制造加工业者都能意识到,选择适当的刀片材质,对於提高金属切削效率和生产率有多麽重要,将会影响总体成本指标和刀具寿命。却都未掌握真正的关键技巧,也就是缺乏整体刀具应用理念,涉及包含先进的刀片、刀把,以及容易采用的数位化解决方案,其中的每个因素都能有效降低能耗和减少浪费,才有可能在无损加工安全性、效率的前提下,实现产业永续发展。


最後是联合国对於制造加工产业永续发展的第二项建议,便是朝向「循环经济」模式转变,致力将废弃材料、产品回收,重新置入成为再生利用的原料资源,既有利於环保,也能为原始制造商创造收益。


山特维克可乐满选用合一 提供全价值链数位解决方案

如依欧系刀具大厂山特维克可乐满公司(SANDVIK Coromant)指出,由於涉及初期设计、规划及加工阶段不当,制造业者在加工过程中的材料浪费率可达到10%~30%,且往往加工效率都低於50%。如今则能凭藉该公司推出的全新刀具产品、先进涂层技术和数位化解决方案,以及回收再生的循环经济思维,都能让制造业者在无损加工安全性、效率同时,提升永续发展成就。



图1 : 制造业者必须持续且尽可能降低制造对环境的影响,而不仅仅是优化能源利用率。联合国对此提出了解决方法,首先是导入工业4.0概念,以协助制造业减少产生废料及不良品。(source:SANDVIK Coromant)
图1 : 制造业者必须持续且尽可能降低制造对环境的影响,而不仅仅是优化能源利用率。联合国对此提出了解决方法,首先是导入工业4.0概念,以协助制造业减少产生废料及不良品。(source:SANDVIK Coromant)

举例来说,现今制造加工业者通常会根据所产出的工件数量(pcs)来衡量刀具寿命,相较於竞争对手的刀片材质每加工约12个工件後就会出现磨损,该公司刀片则能持续加工18个工件,归功於其稳定且可预测磨损的刀具,将寿命延长50%。


对使用者而言,若能从中及时获得首选刀具和建议切削叁数,将更有助於实现加工安全性,并减少为了搜寻而浪费的时间。山特维克可乐满也为此发表了多样线上工具软体,以协助业者评估最符合需求的切削刀片和材质;甚至是为了监控加工过程,并在发生问题时依程式预设条件停止加工或更换刀具。


目前负责台湾与韩国市场行销的山特?克可乐满公司经理林竺音进一步表示,即使近年来因为疫情造成国际原物料价格、运费大涨及物流不便之苦,该公司由於生产基地遍布全球,能一手掌握从上游原物料矿产、棒材,以及加工、检测等一贯化生产流程;以及在世界3大洲均设立仓储物流管理中心,足以互相调配产能,至今仍可依客户需求,按计画正常生产发货。」


除了少量客制品可透过电话、e-mail或Microsoft Teams等社交软体在线上与国外专家沟通解决。山特维克可乐满现也正务求数位转型,经过多元线上管道了解并支援客户需求服务,例如在该公司推出的CoroPlus数位平台便具备多种功能,得以最大幅度?少资源、时间和数据,使之最?能获取更大利润,迎合工业4.0潮流。


其中CoroPlus Tool Guide,可用来供客户下载,迅速取得基於任务、材料和切削工?的准确合适刀具和建议切削叁数、工艺。随着工业物联网时代来临,处理刀具数据的最大价值,在於能在不同系统中处理相同讯息。林竺音表示:「目前该公司还有可针对感测器、运算法等产生的数据分析整合,让制造业更容易掌控整体生产流程,再经过加工前的设计规划、沟通,连贯加工中的所有流程及分析,贯穿整体价值链。」



图2 : 山特维克可乐满现今务求数位转型,经过多元线上管道了解并支援客户需求服务,得以最大幅度?少资源、时间和数据,使之最?能获取更大利润,迎合工业4.0潮流。 (source:i0.wp.com)
图2 : 山特维克可乐满现今务求数位转型,经过多元线上管道了解并支援客户需求服务,得以最大幅度?少资源、时间和数据,使之最?能获取更大利润,迎合工业4.0潮流。 (source:i0.wp.com)

CoroPlus Tool Library则依刀具产业标准ISO 13399打造,轻松实现了客户希??处理刀具讯息和融入第三方系统需求。负责整合所有於数位化加工环节里的刀具零组件,都能在可靠的云环境里组合、管理及储存、创建;进而导出到第三方CAM软体制造、模拟和刀具管理软体,在加工前中後段与其他刀具、CAM系统软体商密切合作,在内部共享管理刀具资料库。至今共有超过30家切削刀具供应商通过ToolsUnited共享刀具讯息,并经由CoroPlus Tool Library介面导入和管理,协助工具机制造厂商更容易传递数据,提高价值。


CoroPlus Tool Path可根据CNC控制器实际针对内/外螺?及PrimeTurning车削,或以车床进行钻铣加工;SpiroGrooving,在非旋转零件上安全、高效加工密封环槽;InvoMilling/InvoMilling,适用於多工和加工中心机小批量及短交期生产时,都能利用同一组刀具加工外齿轮、花键等许多不同齿形工序等需求,生成实际加工的NC code、刀具路径,以实现最隹生产效率、刀具寿命和加工安全性。


刀具管理软体CoroPlus Tool Supply为一套用於控制刀具物流的软硬体库存管理解决方案,已与多个供应商的产品资料库连接,导入正确的刀具资讯,包含:ISO叁数、物料和备品清单等。不仅能协助使用者管理库存和刀具,还可凭藉其直观、符合使用者导向的亲和介面,用於领取或归还刀具流程,对设备进行合理归类。


无论是否具备自动贩卖机式储柜,都能让操作人员随时随地登入云端运算的软体上传数据或下单,以协助掌控库存。既节省了寻找刀具、备品耗费的大量时间;还能产出报告,以形成有关库存情况的全面详尽记录,追踪资产消耗和成本;进行作业规划和购买管理,以提升高效管控库存的水准。当目前各国正发生库存备料过犹不及,或亟须回补拉高库存之际,保持库存量和使用情况的透明性,将更方便衡量刀具性能与降低库存管理和订单处理的成本,使之刀具采购流程更为精简、自动化,更能提高加工生产率。


兼顾刀具及减碳工法 支援新兴产业应用

此外,因应现今新兴产业应用需求,山特维克可乐满除了在传统强项的航太制造产业已有规划,可支持从粗切削、半精削、精切削加工??合金的一系列技术和软体编程的整体刀具解决方案。也有子公司专门负责3D printing积层制造部门,针对於积层制造完成後的精切削加工应用。林竺音认为:「该公司的核心优势,在於可掌握从上(原物料、矿产、棒材)到下(加工、镀层)等专业技术及品质,并大力投资研发新品和先进涂层技术,提升刀具寿命和稳定性;降低加工成本,还要符合市场最新趋势。


尤其是现今制造业最热门的电动车(HEV混合动力/PHEV??电式)议题,其实与航太制造厂商同时面临一场巨大变革,包含环保新规与环保意识不断提升的消费者,都在推动着制造业者开发全新的净零排碳运输工具。许多过去为加工燃油汽车、航太轻金属零件而研发的知识和解决方案都可以转移,并应用於新型电动车零件难切削材的铣削、钻孔和攻牙领域。


其中因为属於有色金属(ISO N)之一的铝合金材料不仅质轻优於钢、铁材料3倍,又非常坚固和耐腐蚀;即使经过熔化和重复使用,机械性能也不会出现劣化或改变,得益於有效回收再利用措施,迄今约有75%铝合金材料仍在循环使用,将更有助於营造永续发展的未来,符合环保节能、电气化趋势,而成为解决现今零件加工业面临轻量化挑战的有效方法之一。


山特维克可乐满提出的电动汽车零件加工解决方案(E-mobility),便针对当今大部分电动车业者都为了增加行驶里程和动力而大量采行铝合金壳体、零组件加工制造的减轻重量方式,其外壳和电池组框架类型也都不尽相同,增加更多钻/铣削、攻牙工法,提供涵括从初道工序的毛??加工,到粗加工、半精加工、精加工汽车铝材零组件的优质刀具解决方案。



图3 : 山特维克可乐满的CoroDrill系列钻头适用於加工电动车铝合金零组件、马达外壳等进行高生产率孔加工的灵活精确钻孔解决方案,从而降低单孔加工成本。(source:SANDVIK Coromant)
图3 : 山特维克可乐满的CoroDrill系列钻头适用於加工电动车铝合金零组件、马达外壳等进行高生产率孔加工的灵活精确钻孔解决方案,从而降低单孔加工成本。(source:SANDVIK Coromant)

由於汽车零件通常为大批量生产,在产品上密集遍布着各种复合孔系;以及加工铝合金材料会形成毛刺、排屑等问题,必须采用低进给和高切削速度或测试不同涂层、使用高压出水冷却切削液等方式,来减少因沾黏切屑而缩短刀具寿命,该如何优化钻削刀具来实现最大生产率、降低加工成本,也成为业者最大考验。


该公司提供的整体式圆柄钻削刀具(Solid Round Tool)系列中的CoroDrill 400直槽/CoroDrill 430三槽/880可转位钻头等产品,即适用於加工电动车铝合金零组件、马达外壳等进行高生产率孔加工的灵活精确钻孔解决方案,从而降低单孔加工成本。


同时针对电动车和工具机制造厂商(MTM)推出采用PCD材质的专用铣刀(Milling)解决方案,强调可提高工具机生产效率,满足业者从初道工序到超精加工阶段的所有要求,可显着优化加工表面品质和单件成本。其中的M9B90/M5C90/M5F90刀具在精铣削时,因为采用拉铣理念而不须调刀,还有采用CBN刀片高速面?汽车引擎缸的M610刀具等;


值得一提的是,山特维克可乐满不仅基於全生命周期永续经营的理念,透过数位化及特殊工法,回收刀片再生等模式,协助客户减少不良品和排碳。目前还透过其「硬质合金回收」方案惠及全球各地客户,从其手中回购废弃刀片和提供圆柄刀具修磨服务,充分利用稀缺资源,实现了80%的循环生态系利用率。


山高刀具完善客制化解决方案 扩及数位管理转型

山高国际刀具(SECO)台湾分公司总经理徐凌峻表示,其实早在2020年疫情爆发之前,该公司全球行销模式便已从过去叁与实体展会,改为配合工具机Turnkey解决方案,或CNC数控系统、感测器及刀把、CAM软体商投入客制化活动,也符合该公司在市场上一贯处於高品级、先进制造加工市场,着重於服务加工应用领域金字塔的中上层;主力客户属性以外销欧美,或在市场占有寡占性质者居多,包含对於工具机、刀具加工效率与品质要求较高的航太、汽车、生医、风力电机等产业。


徐凌峻指出,除了因为目前精密铸造加工需求下滑,新增包含积层制造、Power Skiving等先进金属切削制程需求;面对最近刀具有精细、微小化趋势,山高也透过对外并购策略引进较为经济的整体式钨钢刀具,用来加工铝、不锈钢等有色金属材料,或是台湾主流的3C、半导体加工产业,以增添快速客制化服务能力,试图与日系刀具一较上下。


尤其是因为航太制造业更着重安全系数,对於品质稳定性无法有丝毫妥协。而山高则从上游原材料矿产到刀具镀层、加工法等解决方案一应俱全,所以在品质管控上有较高把握度,而创造独到竞争力。随着现今国内外电动车议题发烧,其中许多零组件、结构都开始改用铝、??或镍基合金等有色金属加工,难以传统工法切削,倘若加工业者再不重视刀具品质、寿命,很容易在上机不久便受磨损更换、无法自动化排屑,甚至损坏昂贵工件,更容易看出在不同条件下加工的刀具好坏。


徐凌峻认为:「尤其最近国际原物料价格??涨,加工业者又须提高效率加班赶单,而不再是光比刀具单价,或担心外劳使用不当而受损,造成意外停机,更应该趁机提升工厂水准、价值。」山高也已推出新式PCD Dura钻石涂层刀具,由於单片结晶面积小、排列更紧密多层,可在加工过程逐片剥落,不怕磨损伤及基材,更延长30~40%使用寿命。最新发表的XP08小直径(16mm~25mm)可转位铣刀,适用於粗/半精加工铝合金工件,获得高度金属去除率和良好的侧壁抛光精度,得以大幅提升速度和成本效益、切削叁数,在以不同主轴转速和高进给率加工铝合金的环境中排除沾黏切屑,展现最隹性能。


现也将该公司所有刀具3D模型图档上网,供CAD/CAM软体系统商模拟多轴加工防干涉及碰撞,甚至合作开发新款高效能刀具,切削速度更快5~6倍,可用於曲面加工;已有针对Power skiving齿轮加工的硬质合金刀片搭配工具机出货,只要客户的CNC数控系统能支援,就能由一般五轴加工机取代传统专用滚/??齿刀具和工具机,加工快速又省成本。



图4 :  SECO的数位转型聚焦於如何提升刀具品质、效率及寿命,以降低加工成本;并推动谘询顾问服务协助客户数位优化厂内生产线。(source:usercontent.azureedge.net)
图4 : SECO的数位转型聚焦於如何提升刀具品质、效率及寿命,以降低加工成本;并推动谘询顾问服务协助客户数位优化厂内生产线。(source:usercontent.azureedge.net)

近年来山高也开始投入数位转型趋势,聚焦於如何提升刀具品质、效率及寿命,以降低加工成本。除了已推广多年的刀具自动贩卖机式储柜,以人工输入或内嵌RFID晶片、QR-code方式记录,以供出现瑕疵时追溯刀片生产履历,提高预诊寿命可靠度。


进而连线CNC数控系统整合管理刀具、产出报表,进行AI大数据分析,以了解生产线上用料最多的刀具和工站,是否有操作不当或技巧不纯熟行为。一旦刀具告罄时,还会提前通知各种不同的刀具供应商,省下业者过去为此特别成立的刀具室。


甚至还开始推动谘询顾问服务,协助客户走向工业4.0、数位优化厂内生产线等,发掘客户在生产、工艺流程和人员的全部潜能,同时将成本降低3%~10%。其制造效率评估解决方案涵括3大关键领域:加工工艺、制造系统、制造环境,预计在疫情蔓延全球之际,可??带动相关市场动能。


**刊头照:(source:pexels.com)


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