注重刀具技術(shù)管理，促進(jìn)企業(yè)降本增效

摘 要：在企業(yè)管理中，控制制造成本提升企業(yè)效益是管理者亙古不變的追求，而刀具在機(jī)械加工制造行業(yè)成本中所占據(jù)的比重不容忽視。注重道具的技術(shù)管理，是促進(jìn)企業(yè)降低成本，增加效益的基本措施，文章對此進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：道具；技術(shù)管理；降本增效

中圖分類號：TF391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0020-03

在企業(yè)管理中，控制制造成本提升企業(yè)效益是管理者亙古不變的追求，而刀具在機(jī)械加工制造行業(yè)成本中所占據(jù)的比重不容忽視。根據(jù)有關(guān)資料表明，刀具成本在世界先進(jìn)國家占到制造總成本的4%～5%，如圖1所示，在我國刀具所占比例將近是國外的2倍。前面提到的刀具所占成本還是我們可以直接看到的，而在整個機(jī)加工當(dāng)中所涉及的其他不容易被直觀發(fā)現(xiàn)的隱形成本卻很難被較為準(zhǔn)確的計(jì)算出來。

1 刀具的使用壽命與成本

事實(shí)上，與刀具相牽涉的眾多成本在很多企業(yè)并不是被完全掌握，刀具的采購、供應(yīng)、庫存管理涉及的部門眾多，有一定的時(shí)間和空間距離。相關(guān)研究表明，刀具非直接費(fèi)用大約占了企業(yè)成本的將近30%，而且被納入了企業(yè)的其他經(jīng)營費(fèi)用中，在單獨(dú)研究時(shí)會產(chǎn)生各種問題，不難發(fā)現(xiàn)，如果能夠降低刀具非直接成本那將是非常有潛力并行之有效的降本措施。

企業(yè)管理者首先會考慮到的便是提高刀具使用壽命來降低成本的策略。一把刀具其報(bào)廢之前總利用時(shí)間即是這一時(shí)間應(yīng)包含多次修磨總的利用切削時(shí)間，耐用度是指自開始切削直至刀具磨損發(fā)生到不能加工為止的工作時(shí)間。以T表示刀具耐用度，v c代表切削速度，f代表進(jìn)給量，a表示背吃刀量，CT表示工件材料、刀具材料和其他條件的參數(shù)，經(jīng)過刀具耐用度實(shí)驗(yàn)得到：

T=CT/v cmfnap，

其中m，n，p是與切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量相關(guān)的指數(shù)。

而怎樣才能提高刀具的使用壽命呢？從上述公式可以看出，制造過程當(dāng)中涉及到的機(jī)床、加工工藝、被加工材料、切削參數(shù)等一系列因素都會顯著的影響刀具的使用壽命，刀具本身架構(gòu)形式、刀具選用的制造材質(zhì)、刀面涂層等的確立還和工藝、切削參數(shù)等有著千絲萬縷的聯(lián)系，用什么刀，從哪個供應(yīng)商那采購，都要經(jīng)歷過嚴(yán)格的切削試驗(yàn)，種種因素綜合到一起都對刀具的使用壽命和成本產(chǎn)生了錯綜復(fù)雜的影響，對不一樣的的產(chǎn)品加工工藝和生產(chǎn)設(shè)備都將有很大的不同，比較相互之間的刀具成本非常不易。

機(jī)加工企業(yè)非常期望能通過采購?fù)緩絹斫档偷毒叩氖褂贸杀?，從下面兩點(diǎn)入手：

①刀具的采購單價(jià)和刀具的使用壽命。制造企業(yè)會考慮從每把刀具當(dāng)中獲得最大的用途，以及對特定工時(shí)的切削需要消耗多少的刀具成本。但是在實(shí)際研究后，并沒有能帶來多大的降低空間。

②通過提升切削加工能力，隨著機(jī)床主軸加工轉(zhuǎn)速的提高，降低加工每批次零件的循環(huán)時(shí)間，從而提高加工能力，省下了寶貴的加工時(shí)間以創(chuàng)造出更多的產(chǎn)品價(jià)值。研究還進(jìn)一步表明使用高效組合刀具后，將多個加工道序整合到單把刀上，減少精加工切削道序，這樣看下來刀具費(fèi)用會有所提高，但是節(jié)省下來的時(shí)間所帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值更為可觀。通過使用高效組合刀具，企業(yè)的成本顯著降低，見表1。提高勞動生產(chǎn)能力，是現(xiàn)代高效組合刀具發(fā)展的源動力。在國外先進(jìn)國家，高效組合刀具正在逐步取代傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，如圖2所示，成為機(jī)加工行業(yè)當(dāng)中的主流，標(biāo)準(zhǔn)化刀具漸漸退出歷史舞臺。

2 刀具涂層技術(shù)

現(xiàn)代企業(yè)的機(jī)機(jī)加工技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，眾多的近些年被研究發(fā)現(xiàn)的新加工理念和加工方法被應(yīng)用到生產(chǎn)加工當(dāng)中，應(yīng)運(yùn)而生的超硬刀具和新式硬質(zhì)合金刀具（如圖3所示）也進(jìn)入到機(jī)加工的歷史舞臺，表面工程和摩擦學(xué)技術(shù)帶來的刀具涂層和這些新式刀具搭配在一起取得完美的效果，刀具涂層對刀具成本的降低也有著顯著的效果。

刀具涂層的好處就是增加刀具的耐磨性，提高刀具使用壽命，從而降低成本。它是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上加上一層硬度高、耐磨性好的金屬化合物，這樣能夠帶來刀具耐用度提升1～3倍的益處。涂層技術(shù)可以有效提高刀具的使用性能，它增加了刀具的表面硬度以及熱穩(wěn)定性，能夠減少摩擦系數(shù)，從而進(jìn)一步提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，大大提升加工效率與刀具使用壽命。這一技術(shù)可分為物（PVD）及化學(xué)（CVD）氣相沉積法兩種。

整體硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的表面處理時(shí)應(yīng)用物理氣相沉積（PVD）涂層技術(shù)會起到良好的效果。該技術(shù)對工藝溫度要求比較低，最低可低到溫度達(dá)到80 ℃，在600 ℃溫度水平下時(shí)，刀具的抗彎強(qiáng)度基本沒有變化，該項(xiàng)技術(shù)綠色環(huán)保，可有效降低對環(huán)境的危害。中型、重型高速的粗加工切削和半精加工切削的刀具應(yīng)用化學(xué)氣相沉積（CVD）涂層技術(shù)非常實(shí)用。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的涂層方式包括多成分多層和單成分單成，涂層配合刀具自身結(jié)合強(qiáng)度及涂層薄膜厚度均很好，但其有著較高的溫度要求，而且這種涂層技術(shù)會往周圍環(huán)境排放有毒有害氣體及液體造成環(huán)境污染。經(jīng)過改進(jìn)，普通的CVD技術(shù)正逐步被低溫（PCVD）、中溫（MT-CVD）涂層技術(shù)所取代。

3 刀具破損

刀具在加工零件的同時(shí)，自身也在不斷的損耗著壽命從而發(fā)生損壞。當(dāng)?shù)毒呃玫揭欢ǔ潭群?，就要更換刀具。

刀具破損主要在刀具材料脆性較大或者加工的零件材質(zhì)硬度較高時(shí)發(fā)生。大約有50%的硬質(zhì)合金刀具的報(bào)廢是由破損導(dǎo)致，其又可分為塑性破損和脆性破損兩種。脆性破損多于刀具破損之前發(fā)生，刀具的切削刃并不會發(fā)生很明顯的變形，其又可細(xì)分為崩刃、碎裂、剝落及熱裂。高壓高溫環(huán)境下會發(fā)生塑性破損，其會導(dǎo)致刀具切削刃部分發(fā)生塑性流動從而使刀具失效。在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，選擇合理的刀具材料和切削刃幾何參數(shù)就顯得尤為重要，選擇適宜的切削量，可有效降低刀具的破損，采用負(fù)刃傾角、刃磨負(fù)倒棱等，加強(qiáng)刀具的抗沖擊性，在選用了高速鋼刀具后，機(jī)加工的切削速度不能太高。保證加工工藝系統(tǒng)的剛性從而避免切削帶來的振動，提高刀具焊接性能、修磨質(zhì)量，選用恰當(dāng)?shù)那邢饕旱染捎行Х乐沟毒叩钠茡p。

刀具的磨損是指在切削加工過程中刀具切削能力顯著降低，直至最終不能滿足加工要求，這也可以稱之為刀具鈍化。刀具磨損主要分為前面磨損和后面磨損，如圖4（a）、（b）、（c）所示，其也會并發(fā)產(chǎn)生。在不使用切削液的條件下，加工塑性材料工件時(shí)，若金屬的需加工厚度很大（>0.5 mm），切削的速度又比較高，刀具的前刀面和切屑的底部會形成一個高壓強(qiáng)區(qū)，這一區(qū)域的存在增大了前刃面與切屑底部的摩擦，從而導(dǎo)致月牙圭磨損在刀具前刃面溫度最高處出現(xiàn)，該磨損的最大深度用KT表示，隨著加工的進(jìn)行不斷的擴(kuò)大，直至蔓延到切削刃邊緣，導(dǎo)致切削刃損壞，這種前面磨損在加工中很少單獨(dú)發(fā)生。后面磨損是因?yàn)榈毒叩那邢魅胁⒉皇峭耆h利的，它有一定的鈍圓半徑，從而后面和新鮮的切削表面沒有太大的接觸壓力，產(chǎn)生的摩擦也不大。當(dāng)加工脆性金屬材料或者用較為小的切削厚度加工塑性工件材質(zhì)時(shí)，刀具后面會和零件表面發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，后面磨損的帶寬用VB表示，后面的磨損過量，從而使刀具報(bào)廢。

4 降低刀具成本的措施

掌握了刀具磨損的各種原因后，可以更好的指導(dǎo)并選用合適的刀具進(jìn)行零件加工。結(jié)合刀具涂層技術(shù)，磨損的硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具將重獲新生，雖然其花費(fèi)的成本占新刀具成本的總比例并不大，但是刀具的壽命卻能被大大延長，可達(dá)到原新刀具使用壽命的50%甚至更長。刀具涂層越來越被企業(yè)管理者重視，隨著在涂層刀具上的投入提高，帶來的降低成本作用也會大大顯現(xiàn)。新的刀具結(jié)構(gòu)形式和具有新式加工刃口和幾何外形形狀的刀片被設(shè)計(jì)研發(fā)出來，適和數(shù)控機(jī)床和高速切削需求的刀具夾持裝置及其與設(shè)備的連接件，如圖5所示，如新式刀柄被大量投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。

另外，制定切實(shí)可行的刀具限額計(jì)劃來減少庫存資金積壓也會有效降低企業(yè)經(jīng)營成本。筆者所在企業(yè)機(jī)加工車間每年涉及刀具金額不少，以往很難較為準(zhǔn)確預(yù)估每年刀具使用費(fèi)用，這是由于筆者所在企業(yè)加工零件特點(diǎn)為小批量多批次多品種，生產(chǎn)計(jì)劃的安排變動性較大，很難從源頭對刀具使用進(jìn)行測算。但是，經(jīng)過幾年機(jī)加工車間使用刀具情況的大數(shù)據(jù)積累，筆者發(fā)現(xiàn)其中也潛在著一定的規(guī)律。經(jīng)過深層次數(shù)據(jù)挖掘，整理統(tǒng)計(jì)了近五年相關(guān)刀具使用相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一些常用刀具消耗每年基本都維持在一個和加工工時(shí)成正比例變化的函數(shù)，而其他的一些如刀柄、刀桿之類較長使用壽命的組合刀具部分，每年也處于比較穩(wěn)定的波動范圍以內(nèi)，通過以上分析發(fā)現(xiàn)，筆者根據(jù)預(yù)計(jì)的加工工時(shí)情況和其他機(jī)床更新計(jì)劃等相關(guān)信息制定了之后的每年刀具使用費(fèi)用計(jì)劃限額，實(shí)際運(yùn)行下來效果良好，有效降低了庫存資金積壓，同時(shí)強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)把車間刀具消耗水平降低到了一定水平，從側(cè)面也減少了車間的浪費(fèi)現(xiàn)象。

美國谷歌公司可以通過搜索引擎的搜索量來準(zhǔn)確預(yù)測即將到來的流感，比流行病預(yù)防檢測中心通報(bào)的速度還要快，通過大數(shù)據(jù)，我們更愿意去關(guān)注事件之間的相關(guān)關(guān)系，而不是非要像以前的思維模式那樣找出事件之間的因果關(guān)系，雖然他們之間有著這樣或者那樣的因果關(guān)系，但是我們并不需要知道為什么會這樣，因?yàn)檫@既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，找到了相關(guān)關(guān)系，只需把精力集中在我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)的事件上就能夠準(zhǔn)確預(yù)測另一事件的發(fā)生與否，刀具管理或許也可以通過大數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)關(guān)系的應(yīng)用，正如筆者所在企業(yè)很難單純的通過研究刀具費(fèi)用本身來找出它的變化有著怎樣的規(guī)律，但是間接的通過工時(shí)計(jì)劃等外在的其他因素卻較為容易的追蹤刀具費(fèi)用的變化規(guī)律。未來企業(yè)信息化建設(shè)的完備，更多的大數(shù)據(jù)匯聚在一起將會為刀具管理帶來一個嶄新的天地。

如今，市場需要的是能夠在激烈的競爭當(dāng)中存活下來的獲勝者，刀具的科學(xué)化、完善化的管理，會明顯的提升生產(chǎn)能力，有效地降低金切成本，讓機(jī)加工運(yùn)營者在競爭的慘烈環(huán)境中生存。刀具及其管理不僅是現(xiàn)代管理科學(xué)它還與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，如何用好刀具及管理好刀具正越來越多的被機(jī)加工行業(yè)所看重。

降低成本的目的是帶來效益的提升，控制刀具壽命及刀具使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)、預(yù)調(diào)檢測檢驗(yàn)，需要系統(tǒng)化的管理來確保生產(chǎn)加工時(shí)所得即所用的刀具，一旦發(fā)生了問題，系統(tǒng)化的管理方案能迅速分析和解決出現(xiàn)的問題，讓使生產(chǎn)加工得以正常進(jìn)行，并且還要讓刀具費(fèi)用在內(nèi)的制造成本應(yīng)具有一定的市場競爭力。這一系列的訴求都對刀具的管理和制造企業(yè)管理者提出了與過去完全不同的全新的要求。嘗試應(yīng)用刀具第三方外包服務(wù)也是一種有效的刀具管理方式。刀具第三方外包也被稱之為第三方刀具管理或刀具一體化式外包，它能夠幫助企業(yè)在機(jī)械制造加工過程中解決有關(guān)刀具的加工問題和并獲得相關(guān)的技術(shù)支持，通過把刀具的一些業(yè)務(wù)委托給專業(yè)的刀具管理公司進(jìn)行管理，該管理方式不但能簡單的提升機(jī)加工刀具的性能，更能為企業(yè)在加工工藝及生產(chǎn)成本的節(jié)省上提供很好的技術(shù)幫助，一旦刀具在使用過程中發(fā)生了問題，第三方還能給出較為客觀的建議及解決方案。同時(shí)在刀具的使用與管理效率方面，全方位的節(jié)約與降本。

5 結(jié) 語

新時(shí)代要有新的變化，企業(yè)管理者要不斷的研究和改進(jìn)刀具管理，追尋新的刀具管理理念和管理方法，利用新思維新方法提升刀具性能和使用壽命，在保證質(zhì)量的前提下提升生產(chǎn)力，降本增效。刀具管理將會成為一門學(xué)科發(fā)展到一個新的高度，刀具管理的新理念和新方法將得到不斷改進(jìn)，并在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中證明其有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊旭東，李華臣，王洪生，等.采用標(biāo)識技術(shù)的道具信息管理研究[J].現(xiàn)代制造工程，2009，（4）.