见“微”知著！奇石乐助力厦门金鹭高端刀具研发

纵观近十多年来的工业制造智能变迁过程，加工中心（机床）的自动化升级带来了诸多益处。结合数字控制、传感器辅助以及各类精密传动技术，现代化的加工中心得以发挥出在准度、速度、质量保障等多个位面上的全面高效生产，并真正意义上地帮助制造商一线工程师“解放双手”。在这种种的变化背后，作为耗材端的切削刀具则一直是加工中心核心部件的关键存在—刀具的质量，如果具体拆分来说的话包含刀具的精度、耐用度、稳定性及行业适用性—将会直接影响到加工件的最终效果和客户的成本效益，无论在任何行业都是如此。地处福建厦门市的金鹭特种合金有限公司是中外合资的国家级高新技术企业，下属的切削工具事业部为了跻身国内领先的刀具产品供应商，从2004年至今，始终深耕各类切削加工刀具的研发与实际应用，在航空航天、能源重工、新能源汽车、3C电子等多个前沿行业的各类高端应用领域，为国产刀具研发的技术积累和创新打下坚实基础。

纵观近十多年来的工业制造智能变迁过程，加工中心（机床）的自动化升级带来了诸多益处。结合数字控制、传感器辅助以及各类精密传动技术，现代化的加工中心得以发挥出在准度、速度、质量保障等多个位面上的全面高效生产，并真正意义上地帮助制造商一线工程师“解放双手”。在这种种的变化背后，作为耗材端的切削刀具则一直是加工中心核心部件的关键存在—刀具的质量，如果具体拆分来说的话包含刀具的精度、耐用度、稳定性及行业适用性—将会直接影响到加工件的最终效果和客户的成本效益，无论在任何行业都是如此。地处福建厦门市的金鹭特种合金有限公司是中外合资的国家级高新技术企业，下属的切削工具事业部为了跻身国内领先的刀具产品供应商，从2004年至今，始终深耕各类切削加工刀具的研发与实际应用，在航空航天、能源重工、新能源汽车、3C电子等多个前沿行业的各类高端应用领域，为国产刀具研发的技术积累和创新打下坚实基础。

相比来自瑞典、日本和美国地区的刀具技术头部集团，中国企业的起步较晚，在一些传统行业的切削应用和技术沉淀都有着不小的差距。不同于一些其他工业产品的闭环研发思路，刀具本身既是机械加工中心的“牙齿”，又是一种讲究单片成本的耗材，评价一类刀具的性能好坏都需要紧密结合到下游客户的实际加工场景中去。“我们说刀具的研发渗透着两种截然相反的思路在里面：一. 我们需要有自己的核心技术，像是涂层、材料、结构等等；二. 应用端的使用需求如何匹配--一个复杂成品的加工方案（如工艺顺序、用刀逻辑）、客户关注点在精度还是寿命、如何更好地控制住成本。这几年我们凭借厦钨IPD产品经营体系，把这两种思路下的研发工作进行剥离和分装，最后迭代出合适的产品。”刀具的研发和优化需要大量的实操数据做支撑，既然在技术厚度上短期内无法看齐进口厂商的百年积累，金鹭选择了从客户端打开机会。

得益于在全中国六个大区的应用服务团队近百人的布局，如今厦门金鹭可以很方便地驻扎在一些国内新兴重点行业的客户现场进行“零距离贴近”服务—近五年如火如荼的航空航天、能源重工事业以及世界范围内领先的新能源汽车领域。“例如中西部地区的航空企业客户受益于国内航空制造业的飞速发展，所以订单量猛增。在他们近期的整个供应链体系中，我们在航空发动机、叶片等生产线上的刀具和整体的加工方案被高度认可，目前已经开始大批量使用；而新能源汽车制造业里，车体轻量化的命题驱使着铝材的大量使用，我们会委派大量的专业人员到一线实地调研、解决问题、收集数据，确保和厂家的协同开发，让客户在新材料的加工上完全受惠于整个正向的研发到应用的流程。”

正向的产品研发流程需要配置能够采集动态切削力的监测系统，来对刀具和加工材料的性能和状态做数据支撑，厦门金鹭在这方面选择信任来自瑞士的奇石乐动态测量技术。产品测试与分析部经理赵彪春有着八年的行业研发经验，他对双方历时已久的合作称赞有加：“由于和类似华侨大学、上海交大这样的高校始终保持技术共享，金鹭实际上从09年前后就已经在高校教授、业内专家的建议下慢慢开始接触奇石乐的产品。我们在研发中和测力仪打交道的时间不少于15年。”厦门金鹭产品研发的大类可分为整体立铣刀、可转位刀具和孔加工刀具，所有的产品在样品落地时都需要经过刀具性能测试、工况探索和耐久度试验，以寻求交付时可以完善地给到客户该款刀具最适合的应用场景建议。“使用奇石乐测力仪，改善了原本刀具状态评估标准不够客观的隐患，这点在钻头类产品中非常明显。”区别于车削和铣削，钻头在工作状态下的排屑情况*（正常钻孔时，刀具会把目标位置的金属废料/尾料打出，即为业内俗称的排屑）因为处于刀具内部，所以很难被观察到。钻头的废料排屑是否顺畅，刀体设计时的预设通道能否发挥正常作用，对于钻头的实际表现都有影响。早前，有经验的技术人员会根据机床噪声和机床的负载的状态来判断排屑情况，不过该种方法带有很大的主观性和不确定度。借助测力仪，如今工程师可以精确地测量钻头加工过程中力的指数，观察到其中的细微变化。“总体来看作为奇石乐主打产品的测力仪，测量精度高、范围广。这是我们长期合作的一个重要原因，产品质量过硬。”

“与奇石乐的合作对于我们金鹭来说有一个非常大的价值点在于，

我们可以借助奇石乐的产品去尝试一些预先性的研究，比如在加工过程中不停机的状态监测与刀具磨损在线评估。”

有了精准的数据采集方法之后，研发工作的推进会变得更加游刃有余。在航空铝合金薄壁件加工场景内，若采用常规麻花钻（图1）打孔，就容易造成薄壁件的变形，进一步导致孔的尺寸精度不佳以及孔壁出口的质量下降，从而影响重要部件的装配精度，危及整体结构的性能稳定性及寿命。研发团队经过对薄壁件打孔精度误差理论分析后得知，薄壁件打孔时悬臂变形量的影响因素与切削力有直接的关系--即切削力越小，变形量越小，孔的尺寸精度越高。而反观另一种套料钻（图2）则会具有两个先天优势：加工中的切屑不会与刀具刃口发生较多干涉，且切削力较小。因此，为了比较两种不同的钻削工具在薄壁件处理中的性能，团队进行了相应的切削测试，对奇石乐测力仪抓取的切削力数据进行了重点分析（图3）。从结果上验证了套料钻的切削力值明显小于麻花钻，加工出的薄壁件表面质量也大大优于麻花钻。

同时，奇石乐测力仪不仅可以被用于工艺的开发及优化，也利于研发团队与竞品做出横向的切削性能比较。譬如，同样的工况参数下，金鹭GUMD皇冠钻与市面竞品的皇冠钻产品相比，会有何种不同的表现？通过测试可以轻易发现：该款金鹭产品的Z向切削力明显低于其他品牌，且在XY轴双向的载荷波动上，金鹭GUMD的切削曲线起伏最小，性能最稳定。

此外，金鹭研发团队也在今年成为了奇石乐全新压电式无线旋转测力仪（WL-RCD）的全球首批试用客户。基于无线通讯技术的运用，奇石乐旨在帮助测量人员使用无线信号接收器，将测得的切削力数据直接传输至计算机，摆脱机床内部署错综复杂的电缆布置。同样地，该产品继承了旋转式测力仪一贯的优异性能：如高固有频率、宽测量范围，并且可在旋转刀具上测量实时的切削力数据，径直输出Fx，Fy，Fz及Mz的数值，接着通过软件无缝计算给出切向力Ft和法向力Fr。“我们甚至可以将测得的数值直接对应到该把刀具的单个切削刃上，”陈工，是厦门金鹭实验中心的测试工程师，从18年加入金鹭开始就长期使用奇石乐9255C和9129AA测力仪 ，“这样的话，我们能很方便地了解到每个刃的受力大小，更加易用。”

2022年行将过半，受到意料之外的疫情影响，国内刀具业迄今为止的年度市场表现低于预期。“目前虽说有一些业绩数字上的下调，但我们依旧保持乐观。”对于下半年乃至今后的行业发展，林总监有着自己积极的看法--厦门金鹭正是顺着2016年到2021年这段时间刀具技术的快速变化，加上研产销团队和产业链的上下协同抓住了此次机会，做到了年增长、出货率都高于行业整体水平的现状。“回看过去两年，疫情的反复在短期内可能会降低市场的活跃度，但长远来看并不能阻碍中国加工制造业成长的大趋势。”未来，金鹭刀具事业部将继续秉承“从终端而来，为终端而去”的服务理念，充实自身的技术能力，为打通整个国产刀具产业供应链的目标持续加码。