世界紀錄:最精致的工業(yè)牙齒”可以在頭發(fā)上刻字母。
被譽為“最精致的工業(yè)齒”。
高精度銑刀是精密加工領域不可缺少的工具。由于基礎材料和加工工藝的限制，我國在這一領域長期處于受制于人的局面。
面對迫切的需求，中國五礦集團公司下屬中鎢高科(000657)錦州地區(qū)公司的技術團隊，在職業(yè)欲望和提升核心競爭力的內在驅動下，走出了一條令人矚目的自主創(chuàng)新之路。他們克服重重困難，終于創(chuàng)下了世界最精細銑刀的紀錄，突破了制造領域關鍵技術的“卡脖子”難題。
創(chuàng)新不是炫耀技能，而是有效服務客戶，占領市場份額，才能保證企業(yè)立于不敗之地。在爭取盡快進入世界一流陣營的同時，他們把未來錨定在高附加值產品上。
精密刀具的加工極限能達到哪里？
世界上最精細的銑刀，直徑只有0.01毫米，可以在米粒上刻出56個漢字，在一根頭發(fā)上刻出7個字母。該產品誕生于中國五礦集團旗下中鎢高科錦州地區(qū)公司，被譽為“最精致的工業(yè)牙齒”。如此極致的精細，不僅代表了公司的創(chuàng)新R&D能力，也突破了制造領域關鍵技術的“瓶頸”問題。
銑刀是一種帶有一個或多個齒的旋轉刀具，主要用于加工鋁合金、不銹鋼、模具鋼、樹脂、玻璃纖維等各種工業(yè)材料。其精度是制造業(yè)和加工業(yè)的重要參考指標。尤其是高精度銑刀，是精密加工不可缺少的工具。一旦斷供，很多產業(yè)鏈都會被關停。
2021年10月，我國首次實現(xiàn)0.01 mm直徑銑刀的加工實驗。據了解，金州區(qū)公司在研制過程中，突破傳統(tǒng)工藝設計，開創(chuàng)了微型刀具磨削新工藝，解決了結構設計難、制造狀態(tài)難監(jiān)控、磨削力難控制、刀片直徑小、易斷裂等一系列問題。
專注于精密微型刀具研發(fā)的錦州地區(qū)公司，是國內著名的“隱形冠軍”，目前擁有330多項發(fā)明和實用新型專利。在一個競爭激烈、產品更新?lián)Q代極快的市場中，金州區(qū)公司的主要產品PCB微鉆不斷被進口替代，市場份額居世界第一。2018年至2021年，公司凈利率從15%增長到19%，也處于同行前列。
"每三部手機中就有一部是由我們錦州地區(qū)公司的產品加工的."中鎢高科董事長李忠澤近日在接受《中國企業(yè)家》專訪時表示。近年來，由于市場變化迅速，許多歐洲和日本公司已經退出。在他看來，市場起伏很正常，關鍵是要不斷進取。“我們不以價格競爭為手段，必須保證成本領先?！?/p>
2016年，經歷了重組的中鎢高科，以科技創(chuàng)新為先導，制定了一系列新的發(fā)展戰(zhàn)略。據了解，中鎢高科每年新產品貢獻率超過30%，技術研發(fā)投入也超過公司總收入的5%?！敖鹬輩^(qū)投資多”。此外，公司每年為科技人員的創(chuàng)新成果獎勵2000多萬元。
高精度加工時代已經到來，精密工具可以成為破壁人。一把小小的銑刀，就能改變設備，提升產品性能，推動行業(yè)發(fā)展，直至影響產業(yè)鏈，催生高精度加工的全面需求。“歸根結底，真正的競爭要靠領先的技術，技術創(chuàng)新能力是我們的核心競爭力?！崩钪袧烧f。
打破圍墻:實現(xiàn)“米粒上刻字”
眼看第一個打靶工具就要磨出來了，李學光興沖沖地跑回辦公室，喊來同事們一起看。那天晚上，隊員們一起吃飯慶祝。100多天后，“痛苦、緊張和疲勞的感覺終于煙消云散，仿佛我們來到了一個美麗的新世界”。他形容自己擁有“發(fā)現(xiàn)新大陸(000997)和成功攀登珠穆朗瑪峰的雙重喜悅，以及改變未來的想象力”。
42歲的李學光是0.01毫米極小直徑銑刀項目的R&D負責人。最初的R&D機會來自客戶投訴。2020年底，一個客戶告訴李學光，有些刀買不到了。“既然你是錦州地區(qū)的微縮刀，你能這樣做嗎？”在他的印象中，當時市面上的銑刀直徑更小，為0.1mm。
2021年初，經過與客戶的幾次討論，李學光意識到高端精密工具“卡脖子”問題的嚴重性。經過多年的發(fā)展，精密加工的水平已經和過去不一樣了。隨著通信等現(xiàn)代技術對小尺寸、低功耗、多功能、高效率的要求，市場對精密加工的需求不僅僅局限于1mm、0.1mm、0.01mm、0.02mm，而是實實在在的需求。10微米的精密加工時代已經到來。此外，這種工具涉及關鍵行業(yè)，因此非常小直徑精密工具的供應成為重點。在這種環(huán)境下，錦州地區(qū)的精密刀具不能停留在概念階段，技術不能只作為儲備，而應該轉化為產品，在這些關鍵領域實際應用，發(fā)揮作用。
還有一個原因就是日本雖然也有類似的產品，但是因為人家不愿意賣，或者因為送貨時間長，價格很高，幾乎沒有技術服務，所以只能望而卻步?！捌蛴戀u刀的人真的很痛苦。既然他們發(fā)現(xiàn)了我們，我想我們必須這么做，這是切割者的責任?！崩顚W光說道。
在構思初步方案的時候，他先在腦子里花上三五天，找到核心點，畫圖，模擬，驗證。后來做夢的時候有了新的想法。“最小的技術變革也能改變大事情，這是一種職業(yè)抱負。當我醒來時，我覺得這是必須要做的?！爆F(xiàn)在回想起來，他把之前的決心歸為真誠和激情。
同事口中的李學光有個名字:阿光。弘從小就想成為一名科學家。2004年，作為一名機械工程專業(yè)的本科生，他從遼寧來到深圳，通過校招加入錦州地區(qū)公司。2013年，基于工作需要，李學光去讀了光學工程碩士。研發(fā)的想法讓他興奮不已，直到后來，他發(fā)現(xiàn)困難重重。
2021年5月，李學光開始研發(fā)0.01~0.04毫米的極小直徑銑刀..第一個困難是沒有設備加工這么精密的工具。怎么找加工設備？他的答案是“改變”?！拔覀円郧坝幸恍┻M口的高精設備，可以做一些改裝，發(fā)揮優(yōu)勢，克服劣勢。比如精度會提高，磨削力會降低。軸的磨削運動也要調整，通過修改消除一些波動。”
除了硬件，決心和信念也是一大考驗?！澳阍趺醋尨蠹矣行判暮湍愫献?？”李學光有自己的方法。首先是消除大家的顧慮。他對團隊說:“做一個項目，就是要用科學理論指導實踐。在沒有人能證明這個技術和產品不能成功之前，我們一定要堅定的走下去。發(fā)現(xiàn)不可克服的問題或理論錯誤是一件幸運的事情，這是我們應該重點關注的難點?！?/p>
二是引導團隊展望未來?！叭绻圃斐霰阮^發(fā)絲還要細很多倍的銑刀，打破目前銑刀的極限，真的可以銑出0.01毫米和0.02毫米寬的槽，讓生物醫(yī)學芯片和通信的關鍵部件達到前所未有的性能，改變行業(yè)現(xiàn)狀，解決供應鏈受制于人的問題，讓精密制造騰飛。你愿意為此努力嗎？這是你們肩上使命的重量?！?/p>
做好心理準備之后，接下來0.01mm小直徑銑刀的技術研究就是一個反復實驗的過程。李學光說，技術難度首先體現(xiàn)在“特別容易破”。
0.01mm銑刀與0.1mm的頭發(fā)相比，直徑是其直徑的1/10，截面積是其1/100，強度降為0.1mm銑刀的1/1000，吹振即可折斷。李學光認為，銑刀必須應用到這種程度才有其價值?！疤×?，但不代表不能用。只要給它穩(wěn)定準確的加工和使用條件就行了?！?/p>
0.01mm極小直徑銑刀因其結構復雜，是設計和磨削難度最大的刀具。為了實現(xiàn)既切削外周刃又切削端齒的完整銑刀功能，必須使刀體具有完整的結構。磨削時，刀體不能附著，只能懸掛。另一方面，磨削時砂輪的線速度與汽車的線速度相等，沖擊大，容易折斷。
目前，0.01mm銑刀作為精度要求最高的刀具，讓很多R&D技術人員不敢接手。當直徑縮小到普通刀具的1/10和1/100時，精度也要求縮小到1/10和1/100，這樣0.01mm銑刀典型結構的精度要求達到0.0005mm，難度極大。“我們的要求不僅是要做成，還要到位。”
李學光堅信，做應用工程不同于做科研，結果一定藏在大量的實驗中，要有耐心。單就結構而言，團隊來回試了兩個多月，重復實驗近200次。2021年9月，第一代樣品實現(xiàn)產出。2021年10月，第一代0.01mm銑刀成功加工頭發(fā)和米粒。
銑削字符用0.01mm銑刀。來源:受訪者
2019年底，錦州地區(qū)公司成功研發(fā)出直徑0.01mm的超細微型鉆頭，打破了我國在該領域長期受制于人的局面。僅用一年半時間，金州區(qū)公司就實現(xiàn)了直徑0.01mm超細微型鉆頭和直徑0.01mm極小銑刀鉆銑“雙劍合璧”。
“這個成績絕對不是一蹴而就的，而是之前十年的不斷研究和積累?！崩顚W光說，很多事情，第一個階段，往往會很順利；第二階段，有點困難，但我努力克服了，以為自己覺得自信了。第三階段，困難解決不了，困難突破不了；第四階段，軍心動搖，很多有挑戰(zhàn)性的項目和創(chuàng)業(yè)公司基本都死在這個階段。“那么理性復盤的問題在哪里？不迷信不消極是很重要的。通常，有韌性、科學、客觀、理性的團隊能夠生存下來，做得更好，能力更強，涅槃重生。”
落地:快速“市場第一”。
多年前，中鎢高新金州區(qū)公司總經理羅對此深有感觸。那是在2016年前后的多個行業(yè)展會上，他被一個日本競爭對手的高管問到“為什么同一個客戶，從捕捉客戶需求到R&D再到實地測試，在同樣的時間里，能夠比我們多測試兩到三倍？”
“我們的策略是:以快打快?！绷_這樣總結“中國企業(yè)家”。“金州區(qū)的市場占有率是最高的，不僅是mainland China，全世界只要有PCB制造的地方，金州區(qū)都是最高的。”
這是一個產品更新非?？斓念I域。盡管全球經濟因新冠肺炎疫情而面臨壓力，但疫情催生了在線活動，并增加了對電子產品的需求。同時，隨著5G基礎設施的推進，全球對PCB產品的需求呈現(xiàn)出較為強勁的增長。未來5G，汽車電子，工業(yè)4.0，云服務器等。將成為拉動PCB需求增長的新方向。
在羅的親身經歷中，競爭變得越來越激烈。作為錦州地區(qū)的龍頭公司，團隊的危機感一直如影隨形。
“我們總是提醒自己是否能更快地開發(fā)和更新產品。行業(yè)也反推我們，產品的開發(fā)必須貼近市場需求?！彼f。錦州地區(qū)擁有專利330多項，其中發(fā)明100多項。R&D投資方面，“前年是營收的5%，去年是6%，今年的目標是7%”。
用0.02毫米銑刀加工不銹鋼。來源:受訪者
2006年，從中南大學材料科學專業(yè)讀完本科和研究生的羅，一畢業(yè)就進入金州區(qū)公司，從事技術研發(fā)工作已有6年。直到一個機會，讓他與市場“接軌”?！拔抑鲗У耐苛袭a品項目研發(fā)成功后，市場推不動了。當時的總經理找到我說，要不你自己去市場推廣吧？”
2012年，羅“轉戰(zhàn)”營銷管理。那一年，金州區(qū)晉級細分市場第三名。2015年，金州地區(qū)主要產品市場占有率達到韓國第一。2019年，東南亞市場也取得重大突破，市場份額達到第一。羅的涂料產品在市場上處于領先地位，成為公司業(yè)績貢獻的“金州區(qū)法寶”之一。
2017年，中鎢高新在錦州地區(qū)公司啟動了第一批職業(yè)經理人管理試點，明確了職業(yè)經理人的“責、權、利”，嚴格實行任期目標考核，根據業(yè)績考核兌現(xiàn)薪酬，建立市場化退出機制。2018年起，羅擔任金州區(qū)公司總經理。他希望通過拓展國際市場，“所有地區(qū)都能做到第二第一”。
“沒想到產能翻倍了?！闭劶敖鹬輩^(qū)公司改革五年間的變化，李忠澤感慨道。據其透露，在整個中鎢高科集團中，金州區(qū)公司營收占1/6，利潤占1/3。相比一般制造業(yè)6%~7%的利潤率，錦州地區(qū)公司的銷售利潤率接近20%。
未來:制造高附加值產品
“我擔心的是我們不夠快。我們需要更快?！崩钪覞上蚪鹬輩^(qū)公司提出了要求。中鎢高科的營收水平已經躋身全球前四，他希望在“十四五”內躋身全球前三，進入世界一流陣營。“再造一個新錦州，不能靠堆砌產能的多少，而要靠高附加值。”李中澤說。
新冠肺炎疫情和國際形勢已成為影響經濟和產業(yè)發(fā)展的重要因素。李中澤認為，對于中鎢高科這樣的全產業(yè)鏈公司來說，最大的機會是中國發(fā)展新格局的構建，但公司缺少的是更貼近用戶的機會?！拔覀兊挠脩暨M入門檻很高，中國的(精密)刀具以前一直被外國壟斷?！?/p>
“小到0.1mm的微鉆產品，目前全球能批量供貨的PCB工具公司只有三家，中國只有一家?！绷_對說道。錦州地區(qū)雖然處于行業(yè)領先地位，但外部危機也無處不在。一方面是老對手的實力；另一方面，新的挑戰(zhàn)者正在施加壓力。
在羅眼里，目前大致有三類競爭對手:
一是日本公司，市場份額落后于錦州，技術和品控排名第一，長期是錦州地區(qū)的標桿公司；第二類是臺資企業(yè)，強調成本領先，不愿意為R&D和未來花錢；第三類是來自內地的民營企業(yè)，他們在成本控制方面做得很好，但他們在R&D的投資也很低。
“恒大確實是行業(yè)的發(fā)展格局，只是每個企業(yè)的路徑選擇不一樣?！绷_對說道。
他總結了金州區(qū)成長的兩大引擎:一是科技創(chuàng)新能力，意在“開源”；另一種是精益產能，“追求成本控制，也就是節(jié)流”?！皩κ忠埠荜P心我們的R&D投資是如何實現(xiàn)的，資產周轉率是如何提高的，雙方的差距在哪里?！绷_對說道。
據羅介紹，金州區(qū)還在體系上下功夫，通過設置不同層級，實現(xiàn)不同領域、不同體量的創(chuàng)新。第一個是公司級的R&D項目，由R&D副總裁主持，爭取跨部門突破；第二個是部門R&D項目?！扒皟蓚€主要是R&D隊；第三種是技術員主導，追求R&D，突破生產線?！?/p>
最近三年，公司的自動化建設已經提上日程。2019年5月，金州區(qū)公司建成了業(yè)內唯一具有國際先進水平的自動化車間。2022年3月，自動化車間二期完工，與上一臺機組形成工業(yè)互聯(lián)生產體系。
現(xiàn)在在錦州地區(qū)公司的自動化車間，工人數(shù)量比傳統(tǒng)工藝減少了一半，清洗、打字工序也實現(xiàn)了無人化。車間在制品從7天減少到2天，減少了71.4%。
一些意想不到的市場機會也來了。2020年新冠肺炎爆發(fā)疫情時，口罩產能僅為需求的1/30。其中熔噴布是口罩的核心材料，需要噴絲頭來生產。制造噴絲板最難的部分是加工微孔，需要一個能加工模具鋼和不銹鋼的0.2~0.35 mm微鉆。
生產口罩用熔噴布需要噴絲板，而制造噴絲板最難的部分就是微孔的加工，需要能夠加工模具鋼和不銹鋼的0.2 mm和0.3mm微型鉆頭。來源:受訪者
口罩需求的激增帶來了噴絲頭模具和鉆頭需求的激增，形勢緊迫。當年3月，金州區(qū)公司接到市場需求，開始研發(fā)鉆頭。在相關儲備技術的支持和多部門的高效協(xié)作下，一周研發(fā)成功。4月初，第一批產品配送下線，一直到5月中下旬，以滿足市場需求。該系列產品廣泛應用于口罩噴絲板模具行業(yè)，一個半月銷售收入約1000萬元。
市場增長是羅最大的KPI。從2019年開始，金州地區(qū)公司市場份額開始排名第一?！皹I(yè)界關注我們，現(xiàn)在國際形勢復雜。如何突破，實現(xiàn)既定目標，更穩(wěn)健的發(fā)展，是我們要思考的。壓力疊加，經營效率不能低，人均年產量要不斷提高，要向日本和歐美先進制造企業(yè)看齊?！?/p>
" 0.01毫米銑刀目前還沒有工業(yè)化應用."羅對說道。在成功R&D之后，公司也在努力尋找相關的機會和應用場景，比如醫(yī)療領域。去年年底，一家海外公司與錦州地區(qū)聯(lián)系，商談合作的可能性?！斑@一年，我們一直在想這件事?，F(xiàn)在這種能力已經體現(xiàn)出來了，就要努力推進商業(yè)化?！绷_對說道。
去年10月以后，李學光帶領技術R&D團隊接連做了幾項工作。一方面保證了產品的穩(wěn)定性和量產性，另一方面更貼近應用需求?！拔覀內ズ托袠I(yè)專家聊聊，他們的需求是什么，我們有沒有可能快速把握。大技術方向何去何從，研究的效益如何最大化?！?/p>
目前0.01mm銑刀的技術研發(fā)能力為錦州地區(qū)公司開拓了更廣闊的知名度和市場空間。目前，金洲極地小直徑銑刀被列為直徑為0.02毫米及以上的應用級刀具。羅表示，0.01毫米銑刀的問世直接拉動了0.02毫米及類似規(guī)格產品的出貨量?！霸S多不知道我們的芯片封裝和測試以及精密醫(yī)療設備的公司已經找到了他們”。
羅還表示，在金州地區(qū)，現(xiàn)在大量出貨的都是直徑極小的0.1mm微鉆，比市面上0.2mm ~ 0.5mm的常規(guī)產品要小很多。月出貨量已經達到400多萬片，用于加工芯片匹配的封載板。“這是對PCB工具技術要求最高，附加值最高的產品”。
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