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本文僅探究傳統概念中所描述的涂附磨具及固結磨具。
磨——這應該是我們祖先最初掌握的幾個動作之一。通過石頭對刃口的打磨,滿足最初的生存需求:捕獵。筆者未曾深入考究磨料磨具的歷史,不過想來這應該算得上人類歷史早期的研磨動作。
人造磨料的問世,大幅度推動了當時整個工業的發展。比起天然磨料的諸多不可控因素,人造磨料更為穩定,更適合大規模的工業生產。也正是這個時期,磨削和磨床的應用得到了快速的推動。
可見,在重要的歷史階段,磨料磨具都扮演著重要的角色,也因此,被稱之為“工業的牙齒”。
在探究這顆“牙齒”在今天將發揮何種作用之前,我們不如先以史為鏡。
磨料磨具的誕生是為了彌補刀具在磨削中的局限性,相比起刀具,磨料在實際工況中不斷產生的新刃口有助于獲得更為均勻的磨削表面。
在很長的一個歷史階段中,磨料磨具一直扮演著藍領工人的角色:原材料分切,去除氧化層和焊疤等。一方面是人造磨料技術的限制,無法合成更為精細的磨料;另一方面也是工業生產技術及審美的偏向性。
不過,在過去的幾年中我們見識了這個行業的大跨步前進:表面拉絲工藝的廣泛應用,百潔布的大規模使用,新型的背基及砂面結構,高效的集塵系統和更成熟的低溫切割技術等等。
從技術層面來說,人造磨料的不斷革新,更為領先的制造工藝以及更大規模的研發投入為以上這些發展提供了可能。
從應用角度來看,實際生產中對于表面效果的考量以及成本的苛求引導了這樣的發展:
●表面拉絲工藝的應用源自于審美的變化,但是對于磨料磨具的制造工藝的穩定性提出了嚴苛要求。
●百潔布的大規模使用的基礎前提為百潔布本身制造工藝的穩定,從需求來看,反映了市場對于精簡流程工藝的迫切需要。
這樣的變化可以理解為磨料磨具從藍領工人在向白領轉變:從簡單直接的預處理到工業品的“美容”甚至是控制工藝成本及流程優化。
但是,也存在另一個值得考量的問題,在機加工水平如此高的今天,磨料磨具的地位會不會大不如前?
那我們就結合上文的發展歷史及趨勢,來簡單分析磨料磨具在現代生產中會占據怎樣的地位。
一.磨料磨具始終會占有一席之位。上文中,我們提到了在現代工業生產中,磨料磨具會扮演一個“化妝師”的角色。所謂“化妝師”,簡單來說,依照現代審美及品質要求,客戶會要求更為精美及細節豐富的表面,即拉絲,拋光或者精美的漆面。筆者認為這個趨勢依然會延續,甚至會根據審美的變化,衍生出更為復雜的表面工藝要求。也因為磨料磨具從最初“藍領工人”的角色轉變為更精細操作的“化妝師”,基于現有科技技術水平的評估,筆者認為“化妝師”的身份會有一個合理的發展階段。
二.磨料磨具的作用會更加細化。基于上一點,筆者個人理解粗加工的職能會慢慢地從磨料磨具的發展中剝離出去。
●現有的工業水平發展到了一定的高度,因此原料的純度和加工的工藝已經不再需要以往如此復雜的前序預處理。
●現有機加工的水平達到了極高的加工精度,數控機床的發展甚至達到了6軸加工,因此細節上的修磨在減少,對于磨料磨具的依賴也相應在減少。
●模具精度及建模水平的大幅提升,除了模具精度提升,減少了模具本身帶來的毛刺處理等,數控機床及新型技術的應用,也使得工業零部件的表面質量大幅提升。除了前文提到的6軸數控機床之外,激光切割和水刀技術,都大幅減少了毛刺及水口的處理。
●裝配精度要求的提升,隨著機械結構復雜化以及更多的電子組件裝配,同時,產品體積不斷減小,對于內部裝配精度的要求越來越高。與其說是對于裝配精度的要求,不如說是對每一個組件的精度越來越高,精度除了依賴于機加工水平之外,磨料磨具在最后的處理階段也起到了明顯的作用。
●對于表面質量的要求也在推動著磨料磨具向新的階段發展,這種需求也是人類文明進步的產物,從最初的滿足基本需求到豐富現有的物質生活的轉變促進了對于表面表現多樣化及高品位的需求,我們可以簡單的羅列現在的表面表現形態:鏡面、拉絲及更高品質漆面。無一不是對磨料磨具的精細化處理提出更高要求。當然這里的精細化包含了兩個層面,一是表面精度,再者是表面的均勻程度。
三. 磨料磨具的形態上會有大幅的躍進。“Futurism”是20世紀初提出的未來主義,描述了一個流動的世界,具體的表現形式為曲線。因此我們可以說在20世紀初,人們眼中的未來是一個曲線和曲面的世界,那么今天,這個時代正在降臨。汽車工業的發展歷程就很好詮釋了這樣的趨勢,從我們更為熟悉的中國市場來看,第一臺進口民用轎車菲亞特126P,中國汽車市場基石地位的大眾桑塔納和當年身份象征的奧迪100都是接近于拼搭火柴盒造型的包豪斯風格,再看今天,不管是國際一線品牌還是國內自主品牌,都在自己工藝允許范圍內大量的使用曲面線條。在MG推出的E-Motion概念車上我們清晰的看到了未來的樣子,甚至是充滿了爭議和質疑的法拉第FF91也是曲面線條打造的肌肉車。筆者認為這樣的變化也會傳遞到其他工業領域,曲面線條也會大量應用在其他更小的工業部件上。那顯而易見的,傳統處理平面和直線條的磨料磨具需要去適配這樣的變化,在形態、配件或者是切磨原理上更適合曲面線條的操作。
同時,筆者也想分享一下一些個人的思考,以供探討。
在探究磨料磨具的工業地位時,筆者認為對于未來工業發展方向的探究也是很有必要的,實際上上文已略有涉及。
現代工業的現狀為我們預判未來走向提供了依據。
產能過剩。這不僅是中國目前面臨的問題,是一個全球化的問題。對于產能過剩筆者認為更為合適的理解為產能的閑置,造成這樣局面除了需求萎縮外,更為值得關注的是工廠不敢生產,因為高速發展帶來了過高的呆滯庫存風險。那么可能有的趨勢是,更細致的模塊化,舉個粗糙一點的例子,250mm細金屬桿的加工,未來可能的趨勢是生產50mm細金屬桿,這樣有更多的組合可能性,變成100mm,200mm等不同規格細金屬桿,這樣的操作一定程度上規避了前述的風險。
結構的復雜化,這里指的是產品層面。工業革命帶來的是生產的標準化,大幅的提高了生產的效率,與此同時帶來的弊端是犧牲了產品的藝術審美屬性。當然,現在面對的矛盾不同于當時,但是也是一個與提高生產效率相矛盾的現狀,即過于復雜的結構延長了工藝流程的時間,某種程度上降低了生產效率。那么,可能產生的趨勢就是化繁為簡,把復雜的結構分解成若干個更易于實現的組件。讓我們通過一個簡單的圖例來更直觀地理解。倘若需要加工圖示的零件,且尺寸較小,那么圖中紅箭頭標示的部分都會成為表面加工中的難點,除了更為先進的異型磨料磨具之外,更為合乎邏輯的操作就是把該零件繼續拆分為更小的組件,預處理后拼接成圖示零件。
從上述兩點我們可以對未來的走向做個簡單的推測,因此就不再贅述其他現狀。
筆者認為,模塊化是之后工業生產中的關鍵詞。事實上,在目前市場上的部分廠商已經開始了這樣的動作。例如BMW今年新推出的Bx8系列發動機,眾所周知上一代N20發動機作為2.0T這個級別的王者,服役年限尚短,那新推出的Bx8系列到底有什么特別之處呢?性能上的差異,我們不做討論,我們討論其結構上的特別之處——模塊化。B38——直列3缸,1.5T;B48——直列4缸,2.0T和B68——直列6缸,3.0T。一套結構足足為BMW帶來了3套動力!甚至,我們可以想見這其中巨大的成本優勢,一臺發動機不再是一個獨立的個體,而是無數個標準“樂高”組件構建成的,可以說這三套發動機應該共享了絕大部分的零部件,這里的成本優勢不再是模具,不再是物料成本,而是更深層次的物料管理!甚至在消費者層面,我們也在享受這樣模塊化的福利,從原本的整體更換變成了模塊化更換!
在模塊化的工業生產中,各個組件是否能夠嚴絲合縫,是否每一對組件都能保持這樣的嚴絲合縫便是主要的課題。那么,對于磨料磨具提了怎樣的要求呢?精確和穩定。從這兩個詞組中,我們可以想見,磨料磨具依舊會在現代工業中占據舉足輕重的地位。
由于篇幅限制,筆者不再詳細展開。以后有機會的時候,筆者也非常愿意和各位讀者分享意大利SAIT集團是如何把這樣的理解融入產品研發中的。