注重刀具技術管理，促進企業降本增效

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

關鍵詞：道具；技術管理；降本增效

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

在企業管理中，控制制造成本提升企業效益是管理者亙古不變的追求，而刀具在機械加工制造行業成本中所占據的比重不容忽視。根據有關資料表明，刀具成本在世界先進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，而在整個機加工當中所涉及的其他不容易被直觀發現的隱形成本卻很難被較為準確的計算出來。

1 刀具的使用壽命與成本

事實上，與刀具相牽涉的眾多成本在很多企業并不是被完全掌握，刀具的采購、供應、庫存管理涉及的部門眾多，有一定的時間和空間距離。相關研究表明，刀具非直接費用大約占了企業成本的將近30%，而且被納入了企業的其他經營費用中，在單獨研究時會產生各種問題，不難發現，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。一把刀具其報廢之前總利用時間即是這一時間應包含多次修磨總的利用切削時間，耐用度是指自開始切削直至刀具磨損發生到不能加工為止的工作時間。以T表示刀具耐用度，v c代表切削速度，f代表進給量，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，經過刀具耐用度實驗得到：

T=CT/v cmfnap，

其中m，n，p是與切削速度、進給量和背吃刀量相關的指數。

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

機加工企業非常期望能通過采購途徑來降低刀具的使用成本，從下面兩點入手：

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

②通過提升切削加工能力，隨著機床主軸加工轉速的提高，降低加工每批次零件的循環時間，從而提高加工能力，省下了寶貴的加工時間以創造出更多的產品價值。研究還進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，這樣看下來刀具費用會有所提高，但是節省下來的時間所帶來的經濟價值更為可觀。通過使用高效組合刀具，企業的成本顯著降低，見表1。提高勞動生產能力，是現代高效組合刀具發展的源動力。在國外先進國家，高效組合刀具正在逐步取代傳統標準刀具，如圖2所示，成為機加工行業當中的主流，標準化刀具漸漸退出歷史舞臺。

2 刀具涂層技術

現代企業的機機加工技術已經有了很大的發展，眾多的近些年被研究發現的新加工理念和加工方法被應用到生產加工當中，應運而生的超硬刀具和新式硬質合金刀具（如圖3所示）也進入到機加工的歷史舞臺，表面工程和摩擦學技術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定性，能夠減少摩擦系數，從而進一步提高機床主軸轉速和進給速度，大大提升加工效率與刀具使用壽命。這一技術可分為物（PVD）及化學（CVD）氣相沉積法兩種。

整體硬質合金刀具和高速鋼刀具的表面處理時應用物理氣相沉積（PVD）涂層技術會起到良好的效果。該技術對工藝溫度要求比較低，最低可低到溫度達到80 ℃，在600 ℃溫度水平下時，刀具的抗彎強度基本沒有變化，該項技術綠色環保，可有效降低對環境的危害。中型、重型高速的粗加工切削和半精加工切削的刀具應用化學氣相沉積（CVD）涂層技術非常實用。該技術可實現較為復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合強度及涂層薄膜厚度均很好，但其有著較高的溫度要求，而且這種涂層技術會往周圍環境排放有毒有害氣體及液體造成環境污染。經過改進，普通的CVD技術正逐步被低溫（PCVD）、中溫（MT-CVD）涂層技術所取代。

3 刀具破損

刀具在加工零件的同時，自身也在不斷的損耗著壽命從而發生損壞。當刀具利用到一定程度后，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硬度較高時發生。大約有50%的硬質合金刀具的報廢是由破損導致，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生，刀具的切削刃并不會發生很明顯的變形，其又可細分為崩刃、碎裂、剝落及熱裂。高壓高溫環境下會發生塑性破損，其會導致刀具切削刃部分發生塑性流動從而使刀具失效。在實際的生產加工中，選擇合理的刀具材料和切削刃幾何參數就顯得尤為重要，選擇適宜的切削量，可有效降低刀具的破損，采用負刃傾角、刃磨負倒棱等，加強刀具的抗沖擊性，在選用了高速鋼刀具后，機加工的切削速度不能太高。保證加工工藝系統的剛性從而避免切削帶來的振動，提高刀具焊接性能、修磨質量，選用恰當的切削液等均可有效防止刀具的破損。

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，其也會并發產生。在不使用切削液的條件下，加工塑性材料工件時，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區，這一區域的存在增大了前刃面與切屑底部的摩擦，從而導致月牙圭磨損在刀具前刃面溫度最高處出現，該磨損的最大深度用KT表示，隨著加工的進行不斷的擴大，直至蔓延到切削刃邊緣，導致切削刃損壞，這種前面磨損在加工中很少單獨發生。后面磨損是因為刀具的切削刃并不是完全鋒利的，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，產生的摩擦也不大。當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時，刀具后面會和零件表面發生強烈的摩擦，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，可以更好的指導并選用合適的刀具進行零件加工。結合刀具涂層技術，磨損的硬質合金刀具和高速鋼刀具將重獲新生，雖然其花費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。新的刀具結構形式和具有新式加工刃口和幾何外形形狀的刀片被設計研發出來，適和數控機床和高速切削需求的刀具夾持裝置及其與設備的連接件，如圖5所示，如新式刀柄被大量投入到實際生產當中。

另外，制定切實可行的刀具限額計劃來減少庫存資金積壓也會有效降低企業經營成本。筆者所在企業機加工車間每年涉及刀具金額不少，以往很難較為準確預估每年刀具使用費用，這是由于筆者所在企業加工零件特點為小批量多批次多品種，生產計劃的安排變動性較大，很難從源頭對刀具使用進行測算。但是，經過幾年機加工車間使用刀具情況的大數據積累，筆者發現其中也潛在著一定的規律。經過深層次數據挖掘，整理統計了近五年相關刀具使用相關數據，發現一些常用刀具消耗每年基本都維持在一個和加工工時成正比例變化的函數，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，每年也處于比較穩定的波動范圍以內，通過以上分析發現，筆者根據預計的加工工時情況和其他機床更新計劃等相關信息制定了之后的每年刀具使用費用計劃限額，實際運行下來效果良好，有效降低了庫存資金積壓，同時強有力的數據把車間刀具消耗水平降低到了一定水平，從側面也減少了車間的浪費現象。

美國谷歌公司可以通過搜索引擎的搜索量來準確預測即將到來的流感，比流行病預防檢測中心通報的速度還要快，通過大數據，我們更愿意去關注事件之間的相關關系，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系，雖然他們之間有著這樣或者那樣的因果關系，但是我們并不需要知道為什么會這樣，因為這既費時又費力，找到了相關關系，只需把精力集中在我們容易發現的事件上就能夠準確預測另一事件的發生與否，刀具管理或許也可以通過大數據的方式實現相關關系的應用，正如筆者所在企業很難單純的通過研究刀具費用本身來找出它的變化有著怎樣的規律，但是間接的通過工時計劃等外在的其他因素卻較為容易的追蹤刀具費用的變化規律。未來企業信息化建設的完備，更多的大數據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中存活下來的獲勝者，刀具的科學化、完善化的管理，會明顯的提升生產能力，有效地降低金切成本，讓機加工運營者在競爭的慘烈環境中生存。刀具及其管理不僅是現代管理科學它還與現代高新技術相結合，如何用好刀具及管理好刀具正越來越多的被機加工行業所看重。

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保養、預調檢測檢驗，需要系統化的管理來確保生產加工時所得即所用的刀具，一旦發生了問題，系統化的管理方案能迅速分析和解決出現的問題，讓使生產加工得以正常進行，并且還要讓刀具費用在內的制造成本應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管理者提出了與過去完全不同的全新的要求。嘗試應用刀具第三方外包服務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，它能夠幫助企業在機械制造加工過程中解決有關刀具的加工問題和并獲得相關的技術支持，通過把刀具的一些業務委托給專業的刀具管理公司進行管理，該管理方式不但能簡單的提升機加工刀具的性能，更能為企業在加工工藝及生產成本的節省上提供很好的技術幫助，一旦刀具在使用過程中發生了問題，第三方還能給出較為客觀的建議及解決方案。同時在刀具的使用與管理效率方面，全方位的節約與降本。

5 結 語

新時代要有新的變化，企業管理者要不斷的研究和改進刀具管理，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，在保證質量的前提下提升生產力，降本增效。刀具管理將會成為一門學科發展到一個新的高度，刀具管理的新理念和新方法將得到不斷改進，并在生產實踐當中證明其有效性。

參考文獻：

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