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能在头发丝上刻字母,这家公司的铣刀创下世界纪录

2022年09月16日 07:36   来源:中国企业家   

  它被誉为“最精致的工业牙齿”。

  【编者按】

  高精度铣刀是精密加工领域不可或缺的工具。由于基础材料和加工技术的限制,我国在该领域长期处于受制于人的局面。

  面对迫切的需求,出于职业的渴望和增强核心竞争力的内在驱动,中国五矿所属中钨高新金洲公司的技术团队,踏上了卓绝的自主创新之路。在克服了重重困难之后,他们终于创造了世界最细铣刀的纪录,突破了制造领域关键技术的“卡脖子”难题。

  创新不是为了炫技,切实为客户服务、占领市场份额才能确保企业立于不败之地。在力争尽快进入世界一流阵营的同时,他们把未来锚定在了高附加值产品。

  精密刀具的加工极限能做到哪里?

  全世界最细的铣刀,直径只有0.01毫米,能在米粒上刻出56个汉字,在一根头发丝上铣出7个字母,这一产品诞生于中国五矿所属中钨高新金洲公司,被誉为“最精致的工业牙齿”。如此极致的精细度,不仅代表了公司的创新研发能力,更突破了制造领域关键技术的“卡脖子”难题。

  铣刀,是具有一个或多个刀齿的旋转刀具,主要用于铝合金、不锈钢、模具钢、树脂、玻纤等各类工业材料加工,其精度是制造加工业的重要参考指标。尤其是,高精度的铣刀是精密加工不可或缺的工具,一旦断供,多条产业链都会面临停摆。

  2021年10月,我国首次实现直径0.01毫米极小径铣刀的上机加工实验。据了解,在研制过程中,金洲公司突破传统工艺设计,开创新型微小刀具磨削工艺,有针对性地解决了结构难设计、制作状态难监控、磨削力难控制、刃径小易折断等一系列难题。

  聚焦于精密微型刀具研制的金洲公司是国内著名的“隐形冠军”,目前拥有330多项发明和实用新型专利。在一个竞争激烈、产品更新换代极快的市场里,金洲公司主产品PCB微钻不断实现进口替代,市占率全球第一。2018~2021年,公司净利率水平由15%增长至19%,亦位于同行前列。

  “每三部手机里,就有一部使用我们金洲公司的产品加工。”中钨高新董事长李仲泽近日接受《中国企业家》专访时说。近些年,因为市场变化太快,很多欧洲和日本企业退出了。在他看来,市场起伏很正常,关键是保持进步。“我们不把价格竞争作为手段,要确保成本领先。”

  2016年,经历过重整的中钨高新,以技术创新为引领,制定了一系列新发展战略。据了解,中钨高新每年的新产品贡献率超过30%,技术研发投入亦超过公司总营收的5%,“金洲投入更大”。此外,公司每年给到科技人员创新成果的奖励超过2000万元。

  一个高精密加工的时代已经到来,精密刀具可以成为破壁者。一把小小的铣刀,可以改变器具,提升产品性能,推动行业发展,直至影响产业链,催生全面的高精度加工需求。“说到底,真正的竞争要靠领先的技术,技术创新能力就是我们的核心竞争力。”李仲泽说。

  破壁:实现“米粒上刻字”

  眼瞅着第一支目标刀具即将磨削成型,厉学广难抑兴奋地跑回办公室,呼喊同事们来围观。当晚,团队一起吃饭庆祝。100多天,“煎熬、紧张、疲累感终于烟消云散,仿佛来到了美丽新世界”,他形容说,自己有一种“发现了新大陆和攀登珠峰成功的双重喜悦,有能够改变未来的畅想”。

  现年42岁的厉学广,是0.01毫米极小径铣刀项目研发负责人。最初的研发契机源自客户的抱怨。2020年末,曾有客户跟厉学广说有些刀具买不到,“你们金洲既然做微型刀具,能不能做这个?”而在他印象中,当时市场上的铣刀,直径较小的是0.1毫米。

  2021年初,与客户几经研讨后,厉学广意识到高端精密刀具“卡脖子”问题的严重性。经过多年发展,精密加工的级别已经不同往日,随着通信等现代技术对小体积、低功耗、多功能、高效率等要求的提出,市场对精密加工需求已不仅仅局限在1毫米、0.1毫米,0.01毫米、0.02毫米也有真实需求,10微米级别的精密加工年代已经到来。此外,这个工具涉及重点行业,所以极小径精密刀具的供给变为关键点。在此大环境下,金洲的精密刀具不能停在概念阶段,技术不能只用来储备,而要转化为产品,切切实实应用在这些关键领域,发挥作用。

  还有一个原因是,虽然日本也有同类产品,但要么因为人家不愿意卖,要么因为交期长、价格非常高,而且几乎没有技术服务,只能望而却步。“求着人家卖刀具这件事,真的很痛苦。他们既然找到我们,我觉得,这件事我们一定要做,这是刀具人的担当。”厉学广说。

  构思初步方案时,他先在脑海里过了三五天,找到核心点,作图、模拟、验证。后来做梦时,还得到了新想法。“那些最微小的技术改变,也能改变很大的事,这是一种职业的渴望。醒来我觉得,这件事,必须要干。”如今回顾起来,他将之前的决心归为热血赤诚。

  同事口中的厉学广有个称呼:阿广。阿广从小就想当科学家。2004年,本科机械专业的他通过校招,从辽宁奔赴深圳,加入金洲公司。2013年,基于工作需求,厉学广又去读了光学专业工程硕士。研发突破的想法让他感到兴奋,直到后来,他发现,困难着实不少。

  2021年5月,厉学广着手研发0.01~0.04毫米极小径铣刀。首要困难就是没有设备去加工如此精密的刀具。如何找到加工设备?他的答案是“改”。“我们原先有些进口高精度设备,可以适当做些改造,优势发挥,劣势克服,比如,精度再提高,磨削力再降低。轴的磨削运动也要调整,通过改造,消除掉一些波动。”

  除了硬件,决心和信念也是一大考验。“你怎么让大家有信心跟你干下去?”厉学广有自己的方法。首先是消除大家的顾虑。他对团队说:“做项目是用科学的理论指导实践,在没有谁能论证这项技术和产品无法成功之前,我们就要坚定地走下去。能发现不可逾越的难题或者理论错误,反而是幸运的事,这正是我们要集中攻克的难点。”

  其次是引导团队去憧憬未来。“如果造出比头发细多倍的铣刀,打破目前铣削刀具的极限,真能铣削出0.01、0.02毫米宽的槽,让生物医疗芯片、通讯关键零部件实现前所未有的性能,改变行业现状,解决供应链受制于人的问题,让精密制造腾飞,你们是否愿意为之努力?这是你们肩上使命的重量。”

  做好思想准备后,接下来的0.01毫米极小径铣刀技术攻关则是个反复实验的过程。厉学广说,技术难点首先体现在“特别容易折断”。

  相对于直径0.1毫米的头发丝,0.01毫米铣刀的直径是其1/10,截面积是其1/100,强度降低到直径0.1毫米刀具的1/1000,吹振可断。厉学广认为,铣刀做到这个层级,一定要应用才有它的价值。“它太细了,但这不代表它没法用,只要给它稳定精度的加工和使用条件。”

  0.01毫米极小径铣刀结构复杂,亦是最难设计和磨削的工具。要实现周刃、端齿都能切削的完整铣刀功能,就要让刀体具备齐全的结构。而磨削时,刀体亦无法托附,只能悬空。另一方面,磨削时砂轮线速度与汽车速度相当,冲击力大,易折断。

  作为目前精度要求最高的刀具,0.01毫米铣刀让很多技术研发人员不敢接招。当直径降为普通刀具的1/10、1/100,精度也要求相应降为1/10、1/100,以至于0.01毫米铣刀典型结构的精度要求在±0.0005毫米级别,难度极高。“我们的要求不仅是做出来,还要做到位。”

  厉学广笃定,做应用工程不同于做科研,结果一定藏在大量的实验中,所以要有耐心。仅在结构方面,团队就来回尝试了两个多月,反复实验接近200次。2021年9月,初代样品实现产出。2021年10月,初代0.01毫米铣刀上机加工头发、米粒成功。

  2019年底,金洲公司成功研制出直径0.01毫米的超细微型钻头,打破了长期以来我国在该领域受制于人的局面。仅用一年半的时间,金洲公司又实现了直径0.01毫米超细微型钻头和直径0.01毫米极小径铣刀的钻铣“双剑合璧”。

  “这个成果肯定不是一蹴而就,而是前面十年的持续研究积累。”厉学广说,很多事情,第一阶段,往往比较顺利;第二阶段,稍微有点困难,但努力克服了,以为摸到底,信心十足;第三阶段,遇到困难解决不了,困顿无法突破;第四阶段,军心动摇,很多挑战项目和创业公司基本死在了这个阶段。“所以理性复盘问题在哪儿,不要迷信、不要消极非常重要。通常韧性强、科学、客观、理性的团队能活下来,做得更好,能力更强,涅??重生。”

  落地:以快“市占第一”

  多年前的一段经历,让中钨高新金洲公司总经理罗春峰至今印象深刻。那是在2016年前后的多次行业展会上,他被一家日本竞争对手的高管问询,“为什么同一家客户,从捕捉客户需求到研发再到现场测试,相同时间内,你们能够做到比我们多测试两到三次?”

  “我们的策略就是:以快打快。”罗春峰对《中国企业家》总结道。“金洲的市占率第一,不仅(局限)在中国内地,全球只要有PCB制造的地方,就在用金洲的产品。”

  这是一个产品更新极快的领域。尽管受新冠疫情影响,全球经济承压,但疫情催生线上活动,提升了对电子产品的需求。同时 5G 基建推进,使得全球PCB产品需求呈现较为强劲的增长。未来 5G、汽车电子、工业 4.0、云端服务器等,将成为驱动PCB需求增长的新方向。

  在罗春峰的切身感受中,竞争已愈发激烈,作为龙头的金洲公司,团队的危机感始终相随。

  “我们时刻提醒自己,对产品的开发更新速度能不能更快。而行业也反推我们,对产品的开发一定要贴近市场需求。”他说。金洲现有330多项专利,其中发明过百项。在研发投入上,“前年是营收占比的5%、去年6%,今年的目标是7%”。

  2006年,在中南大学读完材料学专业本科和研究生的罗春峰,一毕业就进入了金洲公司,此后6年一直从事技术研发工作。直到一个契机,让他与市场“接轨”。“我带领的涂层产品项目研发成功后,市场却推不动,当时的总经理找到我说,要不你自己去市场上推广一下?”

  2012年,罗春峰“转战”营销管理。那一年,金洲在细分市场占有率挺进第三。2015年,金洲主力产品在韩国的市占率达到第一。2019年,东南亚市场也取得重大突破,市占率达到第一。出自罗春峰的涂层产品,已在市场上领先,并成为公司业绩贡献的“金洲法宝”之一。

  2017年,中钨高新在金洲公司开展了首批职业经理人管理试点,明晰职业经理人的“责、权、利”,严格执行任期目标考核,按业绩考核兑现薪酬,建立市场化退出机制。2018年起,罗春峰开始担任金洲公司总经理。他希望通过拓展国际市场,“各区域都能做到第二、第一”。

  “没想到产能翻一番。”谈及实行改革五年间金洲公司的变化,李仲泽感慨称。据其透露,如今在整个中钨高新集团中,金洲公司的营收占比1/6,利润占比1/3。相比于一般制造业6%~7%的利润率水平,金洲公司的销售利润率已接近20%。

  未来:做高附加值产品

  “我所焦虑的,是我们还不够快,要再快一点。”李仲泽给金洲公司提出要求。中钨高新营收水平已经位居世界前四,他希望在“十四五”之内,对标世界前三,进入世界一流阵营。“再造一个新金洲,肯定不能靠量的堆砌、靠铺产能,而是做高附加值。”李仲泽说。

  新冠疫情、国际局势等已成为影响经济及产业发展的重要因素。李仲泽认为,对于中钨高新这样的全产业链公司而言,最大的机会是中国新发展格局的构建,而公司缺少的,是进一步接近用户的机会。“我们的用户是高进入门槛,而中国的(精密)刀具以前一直被国外垄断。”

  “细到如0.1毫米微钻产品,全球PCB工具企业,目前只有三家可以批量交付,国内只有我们一家。”罗春峰说。金洲虽处于行业领先地位,但外部也危机四伏。一方面,是实力派老对手的紧咬不放;另一方面,新来的挑战者亦在步步紧逼。

  在罗春峰眼中,竞争对手目前大致有三类:

  一类是日本企业,市占率虽落后于金洲,但技术与品控水平排第一,曾长期是金洲的对标公司;第二类是台资企业,它们强调成本领先,不舍得为研发、为未来去花钱;第三类是来自内地的民营企业,成本控制做得好,但研发投入也低。

  “大者恒大确实是行业的发展格局,但每家企业的路径选择不同。”罗春峰称。

  他总结了金洲公司实现增长的两个引擎:一个是科技创新能力,意在“开源”;另一个则是精益生产能力,“追求成本控制,即节流”。“对手也很关心,我们的研发投入怎么达成,资产周转率怎么提高,双方的差距到底在哪儿。”罗春峰说。

  另据罗春峰介绍,金洲还在研发体系上下功夫,通过设置不同层级实现不同领域和体量的创新。第一个是公司级研发项目,由研发副总主持,力求跨部门突破;第二个是部门级研发项目,“前面这两个都是以研发团队为主;第三个是技师主导,追求产线研发与突破。”

  最近三年,公司自动化建设被提上日程。2019年5月,金洲公司建成了业内唯一且具有国际先进水平的自动化车间。2022年3月,自动化车间二期建成,并与之前单元形成一个工业互联生产系统。

  而今,在金洲公司自动化车间中,作业人员相比传统工序已减少一半,清洗与打字工序亦实现无人化生产;车间在制品由7天降到2天,下降71.4%。

  一些意想不到的市场机会也在奔来。2020年新冠疫情暴发,当时口罩产能仅为需求量的1/30。其中熔喷布是口罩的核心材料,生产它需要喷丝板,而制造喷丝板最难的部分是加工微孔,要用到能加工模具钢、不锈钢的0.2~0.35毫米微型钻头。

  口罩需求量的暴增带来喷丝板模具、钻头需求量的暴增,形势紧迫。当年3月,金洲公司接到市场需求,开始研制钻头。在关连储备技术支撑下,通过多部门高效合作,一周后即研发成功。4月初,第一批产品铺货下线,一直到5月中下旬解决市场所需。该系列产品大量用于口罩喷丝板模具行业,一个半月时间创造销售收入约千万元。

  市场增长是罗春峰最大的KPI。2019年起,金洲公司市占率开始位居第一。“行业都关注我们,加上现在国际形势错综复杂,怎么突围向前、实现既定目标、发展得更加稳健,都是我们要思考的。压力叠加,运行效率不能低,人均年度产出要不断提高,还要向日本和欧美先进制造企业看齐。”

  “0.01毫米铣刀目前还未实现产业化应用。”罗春峰说。研发成功后,公司亦在努力寻找相关机会和应用场景,比如医疗领域。去年底,曾有一家海外公司联系到金洲,探讨合作可能。“这一年我们一直在思考,既然这种能力已经体现出来了,就要努力推进商业化。”罗春峰说。

  去年10月以后,厉学广带领技术研发团队陆续做了几项工作。一是保证产品方面的稳定和批量生产,另一方面就是更加贴近应用需求。“我们去找行业专家聊,他们的需求是什么,我们有没有可能快速把握。大的技术方向要往哪里走,如何才能发挥研究的最大效益。”

  当下,0.01毫米铣刀所体现的技术研发能力,已为金洲公司打开了更为广泛的知名度和市场空间。目前金洲极小径铣刀将直径0.02毫米及以上范围列为应用级刀具。罗春峰表示,0.01毫米铣刀的面世,直接拉动了0.02毫米及相近规格的产品出货量,“很多原来不知道我们的芯片封测和精密医疗器械企业都找过来了”。

  罗春峰还表示,金洲现在大批量出货的是0.1毫米极小径微钻,跟市场上0.2毫米~0.5毫米的常规产品相比要小很多,每月出货量已达400多万支,用于加工芯片配套的封装载板,“这个是PCB工具技术要求最高,也是附加值最高的产品”。

  文|《中国企业家》记者 李艳艳

(责任编辑:孙丹)

能在头发丝上刻字母,这家公司的铣刀创下世界纪录

2022-09-16 07:36 来源:中国企业家
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