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刀具廠力推全價值鏈數位轉型
結合切削加工專業知識管理

【作者: 陳念舜】   2021年06月03日 星期四

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由於在這波疫情逆襲亞洲之前,國際原物料、運費已先漲一波,甚至隱見通膨疑慮。台灣機械加工業之前最擔心的,便是上游鋼鐵及鋁、銅等有色金屬價格居高不下,必須從加工前選擇適當刀具/刀把、材料、加工中提升效率而減少廢料及不良品、加工後的回收再生等全價值鏈,都能滿足國際對於製造業達成淨零碳排的永續性要求。


2021年Q1鋼鐵盤價及國際有色金屬期貨行情已聯袂高漲30~40%以上,浮現通膨隱憂,不利於製造加工業者短期趕工搶單;加上目前全球已有128國及區域聯盟宣示欲在2050年達成淨零碳排目標,長遠來看,若各國紛紛為此築起碳關稅壁壘,或有國際大廠要求供應鏈減排時,都將對於台灣的出口導向產業競爭力,甚至整體經濟造成衝擊。


根據聯合國(UN)最新制定的17個全球永續發展目標中,便要求製造業者必須持續且盡可能降低製造對環境的影響,而不僅僅是優化能源利用率。聯合國還對此提出了兩大主要解決方法:首先是技術挑戰,諸如導入虛實融合系統(Cyber Physical systems;CPS)、大數據運算和物聯網(IoT)等工業4.0概念,以協助製造業減少產生廢料及不良品,但這方面必須顧及大多數金屬切削加工業者可能都尚未完全普及引進現代化的CNC數控工具機。


雖然金屬切削製程的本質就是各種能源及材料消耗,大多數製造加工業者都能意識到,選擇適當的刀片材質,對於提高金屬切削效率和生產率有多麼重要,將會影響總體成本指標和刀具壽命。卻都未掌握真正的關鍵技巧,也就是缺乏整體刀具應用理念,涉及包含先進的刀片、刀把,以及容易採用的數位化解決方案,其中的每個因素都能有效降低能耗和減少浪費,才有可能在無損加工安全性、效率的前提下,實現產業永續發展。


最後是聯合國對於製造加工產業永續發展的第二項建議,便是朝向「循環經濟」模式轉變,致力將廢棄材料、產品回收,重新置入成為再生利用的原料資源,既有利於環保,也能為原始製造商創造收益。


山特維克可樂滿選用合一 提供全價值鏈數位解決方案

如依歐系刀具大廠山特維克可樂滿公司(SANDVIK Coromant)指出,由於涉及初期設計、規劃及加工階段不當,製造業者在加工過程中的材料浪費率可達到10%~30%,且往往加工效率都低於50%。如今則能憑藉該公司推出的全新刀具產品、先進塗層技術和數位化解決方案,以及回收再生的循環經濟思維,都能讓製造業者在無損加工安全性、效率同時,提升永續發展成就。



圖1 : 製造業者必須持續且盡可能降低製造對環境的影響,而不僅僅是優化能源利用率。聯合國對此提出了解決方法,首先是導入工業4.0概念,以協助製造業減少產生廢料及不良品。(source:SANDVIK Coromant)
圖1 : 製造業者必須持續且盡可能降低製造對環境的影響,而不僅僅是優化能源利用率。聯合國對此提出了解決方法,首先是導入工業4.0概念,以協助製造業減少產生廢料及不良品。(source:SANDVIK Coromant)

舉例來說,現今製造加工業者通常會根據所產出的工件數量(pcs)來衡量刀具壽命,相較於競爭對手的刀片材質每加工約12個工件後就會出現磨損,該公司刀片則能持續加工18個工件,歸功於其穩定且可預測磨損的刀具,將壽命延長50%。


對使用者而言,若能從中及時獲得首選刀具和建議切削參數,將更有助於實現加工安全性,並減少為了搜尋而浪費的時間。山特維克可樂滿也為此發表了多樣線上工具軟體,以協助業者評估最符合需求的切削刀片和材質;甚至是為了監控加工過程,並在發生問題時依程式預設條件停止加工或更換刀具。


目前負責台灣與韓國市場行銷的山特?克可樂滿公司經理林竺音進一步表示,即使近年來因為疫情造成國際原物料價格、運費大漲及物流不便之苦,該公司由於生產基地遍佈全球,能一手掌握從上游原物料礦產、棒材,以及加工、檢測等一貫化生產流程;以及在世界3大洲均設立倉儲物流管理中心,足以互相調配產能,至今仍可依客戶需求,按計畫正常生產發貨。」


除了少量客製品可透過電話、e-mail或Microsoft Teams等社交軟體在線上與國外專家溝通解決。山特維克可樂滿現也正務求數位轉型,經過多元線上管道瞭解並支援客戶需求服務,例如在該公司推出的CoroPlus數位平台便具備多種功能,得以最大幅度?少資源、時間和數據,使之最?能獲取更大利潤,迎合工業4.0潮流。


其中CoroPlus Tool Guide,可用來供客戶下載,迅速取得基於任務、材料和切削工?的準確合適刀具和建議切削參數、工藝。隨著工業物聯網時代來臨,處理刀具數據的最大價值,在於能在不同系統中處理相同訊息。林竺音表示:「目前該公司還有可針對感測器、運算法等產生的數據分析整合,讓製造業更容易掌控整體生產流程,再經過加工前的設計規劃、溝通,連貫加工中的所有流程及分析,貫穿整體價值鏈。」



圖2 : 山特維克可樂滿現今務求數位轉型,經過多元線上管道瞭解並支援客戶需求服務,得以最大幅度?少資源、時間和數據,使之最?能獲取更大利潤,迎合工業4.0潮流。 (source:i0.wp.com)
圖2 : 山特維克可樂滿現今務求數位轉型,經過多元線上管道瞭解並支援客戶需求服務,得以最大幅度?少資源、時間和數據,使之最?能獲取更大利潤,迎合工業4.0潮流。 (source:i0.wp.com)

CoroPlus Tool Library則依刀具產業標準ISO 13399打造,輕鬆實現了客戶希望處理刀具訊息和融入第三方系統需求。負責整合所有於數位化加工環節裡的刀具零組件,都能在可靠的雲環境裡組合、管理及儲存、創建;進而導出到第三方CAM軟體製造、模擬和刀具管理軟體,在加工前中後段與其他刀具、CAM系統軟體商密切合作,在內部共享管理刀具資料庫。至今共有超過30家切削刀具供應商通過ToolsUnited共享刀具訊息,並經由CoroPlus Tool Library介面導入和管理,協助工具機製造廠商更容易傳遞數據,提高價值。


CoroPlus Tool Path可根據CNC控制器實際針對內/外螺?及PrimeTurning車削,或以車床進行鑽銑加工;SpiroGrooving,在非旋轉零件上安全、高效加工密封環槽;InvoMilling/InvoMilling,適用於多工和加工中心機小批量及短交期生產時,都能利用同一組刀具加工外齒輪、花鍵等許多不同齒形工序等需求,生成實際加工的NC code、刀具路徑,以實現最佳生產效率、刀具壽命和加工安全性。


刀具管理軟體CoroPlus Tool Supply為一套用於控制刀具物流的軟硬體庫存管理解決方案,已與多個供應商的產品資料庫連接,導入正確的刀具資訊,包含:ISO參數、物料和備品清單等。不僅能協助使用者管理庫存和刀具,還可憑藉其直觀、符合使用者導向的親和介面,用於領取或歸還刀具流程,對設備進行合理歸類。


無論是否具備自動販賣機式儲櫃,都能讓操作人員隨時隨地登入雲端運算的軟體上傳數據或下單,以協助掌控庫存。既節省了尋找刀具、備品耗費的大量時間;還能產出報告,以形成有關庫存情況的全面詳盡記錄,追蹤資產消耗和成本;進行作業規劃和購買管理,以提升高效管控庫存的水準。當目前各國正發生庫存備料過猶不及,或亟須回補拉高庫存之際,保持庫存量和使用情況的透明性,將更方便衡量刀具性能與降低庫存管理和訂單處理的成本,使之刀具採購流程更為精簡、自動化,更能提高加工生產率。


兼顧刀具及減碳工法 支援新興產業應用

此外,因應現今新興產業應用需求,山特維克可樂滿除了在傳統強項的航太製造產業已有規劃,可支持從粗切削、半精削、精切削加工鈦合金的一系列技術和軟體編程的整體刀具解決方案。也有子公司專門負責3D printing積層製造部門,針對於積層製造完成後的精切削加工應用。林竺音認為:「該公司的核心優勢,在於可掌握從上(原物料、礦產、棒材)到下(加工、鍍層)等專業技術及品質,並大力投資研發新品和先進塗層技術,提升刀具壽命和穩定性;降低加工成本,還要符合市場最新趨勢。


尤其是現今製造業最熱門的電動車(HEV混合動力/PHEV插電式)議題,其實與航太製造廠商同時面臨一場巨大變革,包含環保新規與環保意識不斷提升的消費者,都在推動著製造業者開發全新的淨零排碳運輸工具。許多過去為加工燃油汽車、航太輕金屬零件而研發的知識和解決方案都可以轉移,並應用於新型電動車零件難切削材的銑削、鑽孔和攻牙領域。


其中因為屬於有色金屬(ISO N)之一的鋁合金材料不僅質輕優於鋼、鐵材料3倍,又非常堅固和耐腐蝕;即使經過熔化和重複使用,機械性能也不會出現劣化或改變,得益於有效回收再利用措施,迄今約有75%鋁合金材料仍在循環使用,將更有助於營造永續發展的未來,符合環保節能、電氣化趨勢,而成為解決現今零件加工業面臨輕量化挑戰的有效方法之一。


山特維克可樂滿提出的電動汽車零件加工解決方案(E-mobility),便針對當今大部分電動車業者都為了增加行駛里程和動力而大量採行鋁合金殼體、零組件加工製造的減輕重量方式,其外殼和電池組框架類型也都不盡相同,增加更多鑽/銑削、攻牙工法,提供涵括從初道工序的毛坯加工,到粗加工、半精加工、精加工汽車鋁材零組件的優質刀具解決方案。



圖3 : 山特維克可樂滿的CoroDrill系列鑽頭適用於加工電動車鋁合金零組件、馬達外殼等進行高生產率孔加工的靈活精確鑽孔解決方案,從而降低單孔加工成本。(source:SANDVIK Coromant)
圖3 : 山特維克可樂滿的CoroDrill系列鑽頭適用於加工電動車鋁合金零組件、馬達外殼等進行高生產率孔加工的靈活精確鑽孔解決方案,從而降低單孔加工成本。(source:SANDVIK Coromant)

由於汽車零件通常為大批量生產,在產品上密集遍佈著各種複合孔系;以及加工鋁合金材料會形成毛刺、排屑等問題,必須採用低進給和高切削速度或測試不同塗層、使用高壓出水冷卻切削液等方式,來減少因沾黏切屑而縮短刀具壽命,該如何優化鑽削刀具來實現最大生產率、降低加工成本,也成為業者最大考驗。


該公司提供的整體式圓柄鑽削刀具(Solid Round Tool)系列中的CoroDrill 400直槽/CoroDrill 430三槽/880可轉位鑽頭等產品,即適用於加工電動車鋁合金零組件、馬達外殼等進行高生產率孔加工的靈活精確鑽孔解決方案,從而降低單孔加工成本。


同時針對電動車和工具機製造廠商(MTM)推出採用PCD材質的專用銑刀(Milling)解決方案,強調可提高工具機生產效率,滿足業者從初道工序到超精加工階段的所有要求,可顯著優化加工表面品質和單件成本。其中的M9B90/M5C90/M5F90刀具在精銑削時,因為採用拉銑理念而不須調刀,還有採用CBN刀片高速面?汽車引擎缸的M610刀具等;


值得一提的是,山特維克可樂滿不僅基於全生命週期永續經營的理念,透過數位化及特殊工法,回收刀片再生等模式,協助客戶減少不良品和排碳。目前還透過其「硬質合金回收」方案惠及全球各地客戶,從其手中回購廢棄刀片和提供圓柄刀具修磨服務,充分利用稀缺資源,實現了80%的循環生態系利用率。


山高刀具完善客製化解決方案 擴及數位管理轉型

山高國際刀具(SECO)台灣分公司總經理徐凌峻表示,其實早在2020年疫情爆發之前,該公司全球行銷模式便已從過去參與實體展會,改為配合工具機Turnkey解決方案,或CNC數控系統、感測器及刀把、CAM軟體商投入客製化活動,也符合該公司在市場上一貫處於高品級、先進製造加工市場,著重於服務加工應用領域金字塔的中上層;主力客戶屬性以外銷歐美,或在市場占有寡占性質者居多,包含對於工具機、刀具加工效率與品質要求較高的航太、汽車、生醫、風力電機等產業。


徐凌峻指出,除了因為目前精密鑄造加工需求下滑,新增包含積層製造、Power Skiving等先進金屬切削製程需求;面對最近刀具有精細、微小化趨勢,山高也透過對外併購策略引進較為經濟的整體式鎢鋼刀具,用來加工鋁、不鏽鋼等有色金屬材料,或是台灣主流的3C、半導體加工產業,以增添快速客製化服務能力,試圖與日系刀具一較上下。


尤其是因為航太製造業更著重安全係數,對於品質穩定性無法有絲毫妥協。而山高則從上游原材料礦產到刀具鍍層、加工法等解決方案一應俱全,所以在品質管控上有較高把握度,而創造獨到競爭力。隨著現今國內外電動車議題發燒,其中許多零組件、結構都開始改用鋁、鈦或鎳基合金等有色金屬加工,難以傳統工法切削,倘若加工業者再不重視刀具品質、壽命,很容易在上機不久便受磨損更換、無法自動化排屑,甚至損壞昂貴工件,更容易看出在不同條件下加工的刀具好壞。


徐凌峻認為:「尤其最近國際原物料價格飆漲,加工業者又須提高效率加班趕單,而不再是光比刀具單價,或擔心外勞使用不當而受損,造成意外停機,更應該趁機提升工廠水準、價值。」山高也已推出新式PCD Dura鑽石塗層刀具,由於單片結晶面積小、排列更緊密多層,可在加工過程逐片剝落,不怕磨損傷及基材,更延長30~40%使用壽命。最新發表的XP08小直徑(16mm~25mm)可轉位銑刀,適用於粗/半精加工鋁合金工件,獲得高度金屬去除率和良好的側壁拋光精度,得以大幅提升速度和成本效益、切削參數,在以不同主軸轉速和高進給率加工鋁合金的環境中排除沾黏切屑,展現最佳性能。


現也將該公司所有刀具3D模型圖檔上網,供CAD/CAM軟體系統商模擬多軸加工防干涉及碰撞,甚至合作開發新款高效能刀具,切削速度更快5~6倍,可用於曲面加工;已有針對Power skiving齒輪加工的硬質合金刀片搭配工具機出貨,只要客戶的CNC數控系統能支援,就能由一般五軸加工機取代傳統專用滾/插齒刀具和工具機,加工快速又省成本。



圖4 :  SECO的數位轉型聚焦於如何提升刀具品質、效率及壽命,以降低加工成本;並推動諮詢顧問服務協助客戶數位優化廠內生產線。(source:usercontent.azureedge.net)
圖4 : SECO的數位轉型聚焦於如何提升刀具品質、效率及壽命,以降低加工成本;並推動諮詢顧問服務協助客戶數位優化廠內生產線。(source:usercontent.azureedge.net)

近年來山高也開始投入數位轉型趨勢,聚焦於如何提升刀具品質、效率及壽命,以降低加工成本。除了已推廣多年的刀具自動販賣機式儲櫃,以人工輸入或內嵌RFID晶片、QR-code方式記錄,以供出現瑕疵時追溯刀片生產履歷,提高預診壽命可靠度。


進而連線CNC數控系統整合管理刀具、產出報表,進行AI大數據分析,以瞭解生產線上用料最多的刀具和工站,是否有操作不當或技巧不純熟行為。一旦刀具告罄時,還會提前通知各種不同的刀具供應商,省下業者過去為此特別成立的刀具室。


甚至還開始推動諮詢顧問服務,協助客戶走向工業4.0、數位優化廠內生產線等,發掘客戶在生產、工藝流程和人員的全部潛能,同時將成本降低3%~10%。其製造效率評估解決方案涵括3大關鍵領域:加工工藝、製造系統、製造環境,預計在疫情蔓延全球之際,可望帶動相關市場動能。


**刊頭照:(source:pexels.com)


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