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浅谈磨料磨具在现代工业生产中的地位

2018-10-19 08:48 圣叠磨具 次阅读

本文仅探究传统概念中所描述的涂附磨具及固结磨具。

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磨——这应该是我们祖先最初掌握的几个动作之一。通过石头对刃口的打磨,满足最初的生存需求:捕猎。笔者未曾深入考究磨料磨具的历史,不过想来这应该算得上人类历史早期的研磨动作。

人造磨料的问世,大幅度推动了当时整个工业的发展。比起天然磨料的诸多不可控因素,人造磨料更为稳定,更适合大规模的工业生产。也正是这个时期,磨削和磨床的应用得到了快速的推动。

可见,在重要的历史阶段,磨料磨具都扮演着重要的角色,也因此,被称之为“工业的牙齿”。

在探究这颗“牙齿”在今天将发挥何种作用之前,我们不如先以史为镜。

磨料磨具的诞生是为了弥补刀具在磨削中的局限性,相比起刀具,磨料在实际工况中不断产生的新刃口有助于获得更为均匀的磨削表面。

在很长的一个历史阶段中,磨料磨具一直扮演着蓝领工人的角色:原材料分切,去除氧化层和焊疤等。一方面是人造磨料技术的限制,无法合成更为精细的磨料;另一方面也是工业生产技术及审美的偏向性。

不过,在过去的几年中我们见识了这个行业的大跨步前进:表面拉丝工艺的广泛应用,百洁布的大规模使用,新型的背基及砂面结构,高效的集尘系统和更成熟的低温切割技术等等。

从技术层面来说,人造磨料的不断革新,更为领先的制造工艺以及更大规模的研发投入为以上这些发展提供了可能。

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从应用角度来看,实际生产中对于表面效果的考量以及成本的苛求引导了这样的发展:

●表面拉丝工艺的应用源自于审美的变化,但是对于磨料磨具的制造工艺的稳定性提出了严苛要求。

●百洁布的大规模使用的基础前提为百洁布本身制造工艺的稳定,从需求来看,反映了市场对于精简流程工艺的迫切需要。

这样的变化可以理解为磨料磨具从蓝领工人在向白领转变:从简单直接的预处理到工业品的“美容”甚至是控制工艺成本及流程优化。

但是,也存在另一个值得考量的问题,在机加工水平如此高的今天,磨料磨具的地位会不会大不如前?

那我们就结合上文的发展历史及趋势,来简单分析磨料磨具在现代生产中会占据怎样的地位。

一.磨料磨具始终会占有一席之位。上文中,我们提到了在现代工业生产中,磨料磨具会扮演一个“化妆师”的角色。所谓“化妆师”,简单来说,依照现代审美及品质要求,客户会要求更为精美及细节丰富的表面,即拉丝,抛光或者精美的漆面。笔者认为这个趋势依然会延续,甚至会根据审美的变化,衍生出更为复杂的表面工艺要求。也因为磨料磨具从最初“蓝领工人”的角色转变为更精细操作的“化妆师”,基于现有科技技术水平的评估,笔者认为“化妆师”的身份会有一个合理的发展阶段。

二.磨料磨具的作用会更加细化。基于上一点,笔者个人理解粗加工的职能会慢慢地从磨料磨具的发展中剥离出去。

磨料磨具

●现有的工业水平发展到了一定的高度,因此原料的纯度和加工的工艺已经不再需要以往如此复杂的前序预处理。

●现有机加工的水平达到了极高的加工精度,数控机床的发展甚至达到了6轴加工,因此细节上的修磨在减少,对于磨料磨具的依赖也相应在减少。

●模具精度及建模水平的大幅提升,除了模具精度提升,减少了模具本身带来的毛刺处理等,数控机床及新型技术的应用,也使得工业零部件的表面质量大幅提升。除了前文提到的6轴数控机床之外,激光切割和水刀技术,都大幅减少了毛刺及水口的处理。

●装配精度要求的提升,随着机械结构复杂化以及更多的电子组件装配,同时,产品体积不断减小,对于内部装配精度的要求越来越高。与其说是对于装配精度的要求,不如说是对每一个组件的精度越来越高,精度除了依赖于机加工水平之外,磨料磨具在最后的处理阶段也起到了明显的作用。

●对于表面质量的要求也在推动着磨料磨具向新的阶段发展,这种需求也是人类文明进步的产物,从最初的满足基本需求到丰富现有的物质生活的转变促进了对于表面表现多样化及高品位的需求,我们可以简单的罗列现在的表面表现形态:镜面、拉丝及更高品质漆面。无一不是对磨料磨具的精细化处理提出更高要求。当然这里的精细化包含了两个层面,一是表面精度,再者是表面的均匀程度。

三. 磨料磨具的形态上会有大幅的跃进。“Futurism”是20世纪初提出的未来主义,描述了一个流动的世界,具体的表现形式为曲线。因此我们可以说在20世纪初,人们眼中的未来是一个曲线和曲面的世界,那么今天,这个时代正在降临。汽车工业的发展历程就很好诠释了这样的趋势,从我们更为熟悉的中国市场来看,第一台进口民用轿车菲亚特126P,中国汽车市场基石地位的大众桑塔纳和当年身份象征的奥迪100都是接近于拼搭火柴盒造型的包豪斯风格,再看今天,不管是国际一线品牌还是国内自主品牌,都在自己工艺允许范围内大量的使用曲面线条。在MG推出的E-Motion概念车上我们清晰的看到了未来的样子,甚至是充满了争议和质疑的法拉第FF91也是曲面线条打造的肌肉车。笔者认为这样的变化也会传递到其他工业领域,曲面线条也会大量应用在其他更小的工业部件上。那显而易见的,传统处理平面和直线条的磨料磨具需要去适配这样的变化,在形态、配件或者是切磨原理上更适合曲面线条的操作。

同时,笔者也想分享一下一些个人的思考,以供探讨。

在探究磨料磨具的工业地位时,笔者认为对于未来工业发展方向的探究也是很有必要的,实际上上文已略有涉及。

未来工业

现代工业的现状为我们预判未来走向提供了依据。

产能过剩。这不仅是中国目前面临的问题,是一个全球化的问题。对于产能过剩笔者认为更为合适的理解为产能的闲置,造成这样局面除了需求萎缩外,更为值得关注的是工厂不敢生产,因为高速发展带来了过高的呆滞库存风险。那么可能有的趋势是,更细致的模块化,举个粗糙一点的例子,250mm细金属杆的加工,未来可能的趋势是生产50mm细金属杆,这样有更多的组合可能性,变成100mm,200mm等不同规格细金属杆,这样的操作一定程度上规避了前述的风险。

结构的复杂化,这里指的是产品层面。工业革命带来的是生产的标准化,大幅的提高了生产的效率,与此同时带来的弊端是牺牲了产品的艺术审美属性。当然,现在面对的矛盾不同于当时,但是也是一个与提高生产效率相矛盾的现状,即过于复杂的结构延长了工艺流程的时间,某种程度上降低了生产效率。那么,可能产生的趋势就是化繁为简,把复杂的结构分解成若干个更易于实现的组件。让我们通过一个简单的图例来更直观地理解。倘若需要加工图示的零件,且尺寸较小,那么图中红箭头标示的部分都会成为表面加工中的难点,除了更为先进的异型磨料磨具之外,更为合乎逻辑的操作就是把该零件继续拆分为更小的组件,预处理后拼接成图示零件。

磨料磨具

从上述两点我们可以对未来的走向做个简单的推测,因此就不再赘述其他现状。

笔者认为,模块化是之后工业生产中的关键词。事实上,在目前市场上的部分厂商已经开始了这样的动作。例如BMW今年新推出的Bx8系列发动机,众所周知上一代N20发动机作为2.0T这个级别的王者,服役年限尚短,那新推出的Bx8系列到底有什么特别之处呢?性能上的差异,我们不做讨论,我们讨论其结构上的特别之处——模块化。B38——直列3缸,1.5T;B48——直列4缸,2.0T和B68——直列6缸,3.0T。一套结构足足为BMW带来了3套动力!甚至,我们可以想见这其中巨大的成本优势,一台发动机不再是一个独立的个体,而是无数个标准“乐高”组件构建成的,可以说这三套发动机应该共享了绝大部分的零部件,这里的成本优势不再是模具,不再是物料成本,而是更深层次的物料管理!甚至在消费者层面,我们也在享受这样模块化的福利,从原本的整体更换变成了模块化更换!

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在模块化的工业生产中,各个组件是否能够严丝合缝,是否每一对组件都能保持这样的严丝合缝便是主要的课题。那么,对于磨料磨具提了怎样的要求呢?精确和稳定。从这两个词组中,我们可以想见,磨料磨具依旧会在现代工业中占据举足轻重的地位。

由于篇幅限制,笔者不再详细展开。以后有机会的时候,笔者也非常愿意和各位读者分享意大利SAIT集团是如何把这样的理解融入产品研发中的。

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