世界紀(jì)錄:最精致的工業牙齒”可以在頭(tóu)發上刻字(zì)母。
被譽為“最精致的工(gōng)業齒”。
高精度銑刀是精密(mì)加工領域不可缺(quē)少的工具。由於基礎材料和加工工藝的限製,我國在(zài)這一領域長期處於受製於人的局麵。
麵對迫切的需求,中(zhōng)國五(wǔ)礦集團公司下屬中鎢高(gāo)科(kē)(000657)錦州地區(qū)公司的技(jì)術團隊(duì),在職業欲(yù)望和(hé)提升核心競爭力的內在驅動下,走出了一條(tiáo)令人矚目的自主創新之(zhī)路。他(tā)們克服重重困難,終於創下了世界最精細銑刀的紀錄,突破了製(zhì)造領域關鍵技術(shù)的“卡脖子”難題。
創新不是炫耀技能,而是有效(xiào)服務客戶,占領市場份額,才能保(bǎo)證企業立於不敗(bài)之地。在爭取盡快進入世界一流陣營的同時,他們把未來錨(máo)定在高附加值產品上。
精密刀具的(de)加工極限能達(dá)到哪裏?
世界上最精細的銑刀(dāo),直徑隻有0.01毫米,可以(yǐ)在米粒上刻(kè)出56個漢字,在一根頭發上刻出7個字母(mǔ)。該產品誕生於中國(guó)五礦集團(tuán)旗下中鎢高科錦州地區公司,被譽為“最精致的工業牙齒”。如此極致的精細,不僅代表了公司的創(chuàng)新R&D能(néng)力,也突破了(le)製(zhì)造(zào)領域關鍵技術的“瓶頸(jǐng)”問(wèn)題(tí)。
銑刀是一種帶有一個或多個齒的旋轉刀具,主要(yào)用於加工鋁(lǚ)合金、不鏽鋼、模具鋼、樹脂、玻璃纖維等各種工業材料。其精度是製造業(yè)和加工業的重要參考(kǎo)指標。尤其是高精度銑刀,是精密加工不可缺少的工具。一旦斷供,很多產業鏈(liàn)都會被關(guān)停。
2021年(nián)10月,我國首次實現0.01 mm直徑銑刀的加工實驗。據了解,金州區公司在研(yán)製過程中,突破傳統工藝設計(jì),開創了微型刀具磨(mó)削新(xīn)工藝,解決了結構設計難、製(zhì)造狀態難監控、磨削力難控(kòng)製、刀片直徑小、易斷裂等一係列(liè)問題。
專注於(yú)精密微型刀(dāo)具研發的錦州地區公司,是國內著名的“隱(yǐn)形冠軍”,目前擁有330多項發明和實用新型專利。在(zài)一個(gè)競爭(zhēng)激烈(liè)、產品更新換代極快的市場中,金州(zhōu)區公司的(de)主要產品PCB微鑽不斷被進口(kǒu)替代,市(shì)場(chǎng)份額居(jū)世(shì)界第一。2018年(nián)至2021年,公司淨利率從15%增長(zhǎng)到19%,也處於同行(háng)前(qián)列。
"每三部手機中就有一部是由我(wǒ)們錦州地(dì)區公(gōng)司的產品加(jiā)工的(de)."中(zhōng)鎢(wū)高科董事長(zhǎng)李忠澤(zé)近日在接受《中國企(qǐ)業家》專訪時表示。近年(nián)來,由於市場變化迅速,許多歐洲和日本公司已經退出。在他看來,市場起伏很正常,關鍵是要不斷進取。“我們(men)不以價格(gé)競爭為手段,必須保證成本領(lǐng)先。”
2016年,經曆(lì)了重組的中鎢高科,以科技創新為(wéi)先導,製定了一係列新的發(fā)展戰略。據了解,中鎢高(gāo)科每年新產品貢獻率超過30%,技術研發投入(rù)也超過公司總收入的5%。“金州區(qū)投資多”。此外,公司每(měi)年為科(kē)技人員的創新成果獎勵2000多萬元。
高精度加工時代已經到來,精密工具(jù)可以成為破壁人。一把(bǎ)小小的銑刀,就能改變設備,提升產品性能,推動行業發(fā)展,直至影響產業鏈,催生高(gāo)精度加工的全麵需求。“歸根結底,真(zhēn)正的競爭要靠領先的技術,技術創新能(néng)力是我們的(de)核心競爭力。”李中澤說。
打(dǎ)破圍(wéi)牆:實現“米粒上刻字”
眼看第一個打靶工具就要磨出來了,李學光興衝衝地(dì)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(qìng)祝。100多天後,“痛苦、緊張和疲勞的感覺終於煙消雲散(sàn),仿佛我們來到了一個美麗的新世界”。他形容自己擁(yōng)有“發現新大陸(lù)(000997)和成功攀登珠穆朗瑪峰的雙重喜悅,以及改變(biàn)未來的想象力”。
42歲的李學光是0.01毫米極小直徑銑刀項目的R&D負責人。最初的R&D機(jī)會來自客戶投訴。2020年底,一個客(kè)戶告訴李學光,有(yǒu)些(xiē)刀買不到(dào)了。“既然你是錦(jǐn)州地區的微縮刀,你能這樣做嗎?”在(zài)他的印象中,當時市(shì)麵上的銑刀(dāo)直徑更小,為0.1mm。
2021年初(chū),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”問題的嚴重性。經過多年的發展,精密加工的水平(píng)已經和過去不一樣了。隨著通信(xìn)等(děng)現代技術(shù)對小尺寸、低功耗、多功能、高效率(lǜ)的要求(qiú),市場對精密加工的需求不僅僅局限於1mm、0.1mm、0.01mm、0.02mm,而是實(shí)實在在的需求。10微米的精密(mì)加工時代(dài)已經(jīng)到來。此外,這種工具涉(shè)及關鍵(jiàn)行業(yè),因此非常小直徑精密工具的供應成為重(chóng)點。在這種(zhǒng)環(huán)境(jìng)下,錦州地區的精密(mì)刀具(jù)不能停留在概念階(jiē)段,技術不能(néng)隻作為儲備,而應該轉化為產品,在這些關(guān)鍵領域實際應用(yòng),發揮作用(yòng)。
還有一個原因就是日本雖然也有類似的產品,但是因為人家不願意賣,或者因為送貨時(shí)間長,價格很高,幾(jǐ)乎沒有技術服務,所以隻能望而卻步。“乞討賣刀的人真(zhēn)的很痛(tòng)苦。既然他們發現了我們,我想我們必須這麽做,這(zhè)是切割者(zhě)的責任。”李學光說道。
在(zài)構思初步方案的時候,他先(xiān)在腦子(zǐ)裏花上三五天,找到核心點,畫圖,模(mó)擬,驗證。後來做夢的時候有了新的想法。“最小的技術變革也能改變大事情,這是(shì)一種職業抱負。當我(wǒ)醒來時,我覺得這是必須要做的(de)。”現(xiàn)在回想起來,他把之(zhī)前的決心歸為真誠和激情(qíng)。
同事口中的李學(xué)光有個名字:阿光。弘從小就想成為(wéi)一名科學家(jiā)。2004年,作為一名(míng)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(dì)區公司。2013年,基於工(gōng)作需要,李學光去讀了(le)光學工程碩士。研發的想法(fǎ)讓他興奮(fèn)不已,直到後來,他發現困難重重。
2021年5月,李學光開(kāi)始研發0.01~0.04毫米的極小直徑銑刀..第一個困難是(shì)沒有設備加工這麽精密的工具。怎麽找加工設備?他的答案是“改變”。“我們(men)以前(qián)有一些進口的高精設備,可以(yǐ)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(xuē)運動也要(yào)調整,通過修改消除一(yī)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作?”李學光有自己的方法。首先是消除大家的顧慮。他對團隊說:“做一個(gè)項目,就是要用科(kē)學理論指導(dǎo)實踐。在(zài)沒有人能證明這個技術和產品不能成功之前,我們一定要(yào)堅定的走下去。發現不(bú)可克服的問題或理論錯誤是一件幸運的事情,這是(shì)我們應該重點關注的難點。”
二(èr)是引導團(tuán)隊展望未(wèi)來。“如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(cáo),讓生物醫學芯片和通信的關鍵部件達到前所未有的性能,改(gǎi)變行業現狀,解決供(gòng)應(yīng)鏈(liàn)受製於人的問題,讓精密製造騰飛。你願意為此努力嗎?這是(shì)你們肩上使命的重量。”
做好心理準備之後,接下來0.01mm小直徑銑刀的技術研究(jiū)就是一(yī)個反複實驗的過程(chéng)。李學光說,技術難度首先(xiān)體現在“特別容易(yì)破”。
0.01mm銑刀與0.1mm的頭發相比(bǐ),直徑(jìng)是其(qí)直徑的1/10,截麵積是其1/100,強度降為0.1mm銑刀的1/1000,吹振即可折斷。李學光認為,銑刀必須應用到(dào)這種程度才有其價值。“太薄了,但不代表不能用。隻要給它穩定準確的加工和使用條件就行了。”
0.01mm極小直徑銑刀因其結構複雜,是(shì)設(shè)計(jì)和磨削難度最大的刀具(jù)。為(wéi)了實現既切削外周(zhōu)刃又切削端齒(chǐ)的完整銑刀功能,必須使刀體具有完整的結構。磨削時,刀(dāo)體不(bú)能附著,隻能懸掛。另一方麵,磨削時砂輪的線速(sù)度與汽車的線速度相等,衝擊大,容易折斷。
目前,0.01mm銑刀作為精度要求最(zuì)高(gāo)的刀具,讓很多R&D技術人員不敢接手。當(dāng)直徑縮小到普(pǔ)通刀(dāo)具的1/10和1/100時,精(jīng)度也要求縮小到1/10和1/100,這樣0.01mm銑刀典型結(jié)構的精度要求達到0.0005mm,難度極大。“我們(men)的要求不僅是要做成,還要到位。”
李學光堅信(xìn),做應用工程不同於做(zuò)科研,結果一(yī)定藏在大(dà)量的(de)實驗中,要(yào)有耐心(xīn)。單就結構而言,團隊來回試了兩個多月(yuè),重複實驗近200次。2021年9月,第一代樣品(pǐn)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:受訪者
2019年底,錦州地區公司成功研發(fā)出直徑0.01mm的超細微型鑽頭,打破了我國在(zài)該(gāi)領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0.01mm超細微型鑽頭和直徑0.01mm極小銑刀鑽銑“雙劍合璧”。
“這(zhè)個成績(jì)絕對不是一蹴(cù)而(ér)就的(de),而是之前十年的不斷研究和積累。”李學光說,很多事情,第一個階段,往往會很順(shùn)利;第二階段(duàn),有點困難,但我努力克服了,以為自己覺得自信了。第三階段,困(kùn)難解(jiě)決不了,困難突破不了;第(dì)四(sì)階段,軍(jun1)心動搖,很多有挑戰性的(de)項目和創業公司(sī)基本(běn)都死在這個(gè)階段。“那麽理性(xìng)複(fù)盤(pán)的問題在哪裏?不(bú)迷信不消極是很重要的。通常,有韌性、科(kē)學、客觀、理性的團隊能夠生存下來,做得更好(hǎo),能力更強,涅(niè)槃(pán)重生。”
落地:快速“市場第一(yī)”。
多年前,中鎢高新金州區(qū)公司總經理羅對此深有感觸。那是在2016年前後的多個行業展會上(shàng),他被一個日本競爭對手的高(gāo)管問到“為什麽同一個客戶,從捕捉客戶需求到R&D再到實地測試,在同樣的(de)時間裏(lǐ),能夠比我(wǒ)們多測試兩到三(sān)倍?”
“我們的策略是:以快打快。”羅這樣總結“中國企業(yè)家”。“金(jīn)州區的市(shì)場占有率是最高的(de),不僅(jǐn)是mainland China,全世(shì)界隻要有PCB製造的地方(fāng),金州區都是(shì)最高的。”
這是一個(gè)產品更新非(fēi)常快的領域。盡管全(quán)球(qiú)經濟(jì)因新(xīn)冠肺炎疫情而麵臨壓力(lì),但疫(yì)情(qíng)催生了在線活動,並增加了對(duì)電(diàn)子產品的需求。同時,隨著5G基礎設(shè)施的推進,全球對PCB產品的需求呈現出較為強勁的增長。未來5G,汽車電子,工業4.0,雲服務(wù)器等。將成為(wéi)拉動PCB需求(qiú)增長的新方向。
在羅的親身(shēn)經曆中(zhōng),競爭變得越來越激烈。作為錦州(zhōu)地區的龍頭公司,團隊的危機感一直如影隨形。
“我們總是提醒自己是否能更快地開發和更新產品。行業也反推我們,產品的開發必須貼近市場需求。”他說。錦州地區擁有專利330多(duō)項(xiàng),其中發明100多項。R&D投資(zī)方麵,“前年是營收的5%,去年是6%,今年的目標(biāo)是7%”。
用0.02毫米(mǐ)銑刀加工不鏽鋼。來(lái)源:受(shòu)訪者
2006年,從中南大學材(cái)料科學專業讀完本科和研究生的羅,一畢業就進入金州區公司(sī),從事技術研(yán)發工作已有(yǒu)6年。直到一個機會,讓他與市場“接軌”。“我主(zhǔ)導的塗料產品項目研(yán)發成功後,市場推不動了。當時的總經理找到我說,要不你(nǐ)自己去市場推廣吧?”
2012年,羅“轉戰”營銷管理。那一年,金州區晉級細(xì)分市場第三名。2015年(nián),金州地(dì)區主要產品市場占有率達到韓國(guó)第一(yī)。2019年,東南亞市場也取得重大突(tū)破,市場份額達(dá)到第一(yī)。羅的塗料(liào)產品在市場上處於領先地位,成為公司業績貢獻的“金州(zhōu)區法寶”之一。
2017年,中鎢高(gāo)新在錦州地區(qū)公司啟動了第一批職業經理人管理試點(diǎn),明確了職業經理人的“責、權、利”,嚴格實(shí)行任期目標考核,根據業績考核兌現(xiàn)薪酬,建立市場化退出機製。2018年起,羅(luó)擔任(rèn)金州區公司總經(jīng)理。他希望通過拓展國際市場(chǎng),“所有地區都能做到第二第一”。
“沒想到產(chǎn)能翻倍了。”談及金州區公司改革五年間的(de)變化,李忠澤感慨道。據其透露,在整個中鎢高科集團(tuán)中(zhōng),金州區公司營收占1/6,利(lì)潤占1/3。相比一般製(zhì)造業6%~7%的利潤(rùn)率,錦州地區公司的(de)銷售利潤率接近20%。
未來: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(jīn)州區公司提出了要求。中(zhōng)鎢高(gāo)科的營收水平已經(jīng)躋身全球前四,他希望在“十四五(wǔ)”內躋身全球前三,進入世界一流陣營。“再造(zào)一個新錦州,不能靠堆砌產能的多少,而要靠高(gāo)附加值。”李中澤說。
新冠肺炎疫情和國(guó)際形勢已成為影響經濟和產(chǎn)業發展(zhǎn)的重要因(yīn)素。李中澤認為,對於中鎢高科這樣(yàng)的全(quán)產業鏈公司來說,最大的(de)機會是中國發展新格局的構建,但公司缺少的是更貼(tiē)近用戶的機會。“我們的用戶進入門檻很高(gāo),中國的(精密)刀具以(yǐ)前一直被外國(guó)壟斷。”
“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。”羅對說道(dào)。錦州地(dì)區雖然處於行業領先地(dì)位(wèi),但(dàn)外部危機也無處不在。一方麵是老對手的(de)實力;另一(yī)方麵,新的挑戰者正在施加壓力(lì)。
在羅眼裏,目前大致有三類競爭對手:
一是日本公司,市場份額落後於錦州,技術和品控排名第一,長(zhǎng)期是錦州地區的標(biāo)杆公司;第二類(lèi)是台資企業,強(qiáng)調成(chéng)本領先,不願意為R&D和未來花錢;第三類是來自內地的民營企業,他們在成(chéng)本控製(zhì)方麵做得很好,但他們在R&D的投資也很低。
“恒大確實是行(háng)業(yè)的發展格(gé)局,隻是每個企業的路(lù)徑選擇不一樣。”羅對(duì)說道。
他總(zǒng)結了金州區成長的兩大(dà)引擎:一是科技創(chuàng)新能力,意在“開源”;另一種是精益產能,“追求成本(běn)控製,也就是節流(liú)”。“對手(shǒu)也很關心我們的R&D投資是如何實現的,資產周(zhōu)轉率是如何提高的,雙方的差距在哪裏。”羅對說道(dào)。
據羅介紹,金州區還在體(tǐ)係上下功夫,通過設置不同層級,實現不同(tóng)領域、不同體量的創新。第一個是公司級的R&D項目(mù),由R&D副(fù)總裁主持,爭取跨(kuà)部門突破;第二(èr)個(gè)是部(bù)門R&D項目。“前兩(liǎng)個主要是R&D隊;第三種是技術員主導,追求R&D,突(tū)破生產線(xiàn)。”
最近三年,公司(sī)的(de)自動化建設已經提上日程。2019年5月,金州區公司建成了業內唯一具有國際先進水平的自動化車間。2022年3月,自動化車間二期完工(gōng),與上一(yī)台機組形成工業互聯生產體係。
現在在(zài)錦州地區公司的自動化車間,工人數量比傳統工藝減少了一半,清(qīng)洗、打字工(gōng)序也實現了無人化。車間(jiān)在製品從7天減少到(dào)2天,減少了(le)71.4%。
一些意想不到的市場機會也來了。2020年新冠肺炎爆(bào)發疫情時,口罩產能僅(jǐn)為需求的1/30。其中熔噴布是口罩的核心材料(liào),需要噴絲頭來生產(chǎn)。製造(zào)噴絲板最難的部分是加工微孔,需要一個(gè)能加工模具鋼和(hé)不鏽鋼的0.2~0.35 mm微鑽。
生產口罩用熔噴布需要噴絲板,而製造噴絲板最難的部分就是微孔的(de)加工(gōng),需要能夠加(jiā)工模具鋼和不鏽鋼的0.2 mm和0.3mm微(wēi)型(xíng)鑽頭。來源:受訪者
口(kǒu)罩需求的(de)激增(zēng)帶來了噴絲頭模具(jù)和鑽頭需求的激增,形勢緊迫。當(dāng)年3月,金州區公司(sī)接到市場需求,開始研發鑽頭。在相關儲備技術的支持和多部門的(de)高效協作下,一周研發成功。4月初(chū),第一批產品配送下線,一直到5月中下旬,以滿足市場需求。該係(xì)列產品廣泛應用於口罩噴(pēn)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(de)KPI。從(cóng)2019年開(kāi)始(shǐ),金州地區公司市場份(fèn)額開始排名第一。“業界關注我們(men),現在國際形勢複雜。如何突破,實現既定(dìng)目標,更穩健的發展,是我們(men)要思考的。壓力(lì)疊加,經營效(xiào)率不能低,人均年產量要不(bú)斷(duàn)提(tí)高,要向日本和歐美先進製造(zào)企業看齊。”
" 0.01毫米銑刀目前還沒有工業化應用."羅對說(shuō)道(dào)。在成功R&D之後,公司也在努力尋找相關(guān)的(de)機會和應用場景,比如醫療領域。去(qù)年年底,一家海外公司與錦州地區聯係,商談合作(zuò)的可能性。“這一年,我們一直在想這件事。現在這種能力已經體現出來了,就(jiù)要努力推進商業化。”羅對說道。
去年10月以後,李學光帶領技術R&D團隊接連做了幾(jǐ)項工作。一方麵保證(zhèng)了產品的穩定性和量產(chǎn)性,另一方麵更貼近應(yīng)用需求(qiú)。“我們去和行業專家聊聊,他(tā)們的需求是什麽(me),我們有(yǒu)沒有(yǒu)可能快速把(bǎ)握。大技術方向何去(qù)何從,研究的(de)效益如何(hé)最大化。”
目前(qián)0.01mm銑(xǐ)刀的技術研發能力為錦州地區公司開拓了更廣闊的(de)知名度和市場空間。目前,金洲(zhōu)極(jí)地(dì)小直(zhí)徑(jìng)銑(xǐ)刀被列(liè)為直徑為0.02毫米(mǐ)及以上(shàng)的(de)應用級刀具。羅表(biǎo)示,0.01毫米銑刀的問世直(zhí)接拉動了(le)0.02毫米及類似規格產品的出貨量。“許(xǔ)多不知道我們的(de)芯片封裝和測試以及精密醫療設(shè)備的(de)公司已經找(zhǎo)到了他們”。
羅還表示,在金(jīn)州地區(qū),現在大量出貨的都是直徑極小的0.1mm微鑽,比市麵上0.2mm ~ 0.5mm的常規(guī)產品(pǐn)要小很多。月出貨量已(yǐ)經達到400多(duō)萬片,用於加工芯片匹配的封載板。“這是對PCB工(gōng)具(jù)技術(shù)要求最高,附加值最高的產品”。
原(yuán)文鏈(liàn)接:精密加工http://www.dgszm.com/cn/info_15.aspx?itemid=644
