SKIF-M — Specific Tool Manufacturing
SKIF-M is a world class manufacturing company that was founded on the basis of soviet milling cutter plant in Belgorod, which in turn was furnished with state-of- the-art equipment by the end of 1980s. This fact determined the development of the company and helped to find its niche at world level.
Nowadays SKIF-M produces mill bodies and milling inserts. The company management sticks to modernization policy. SKIF-M has bought 2 machines by HERMLE recently and intends buying more. However, the problem of qualified staff is severe one for the company.
It is sufficient to notice that milling cutters by SKIF-M are rather expensive due to high-technology structure of manufacturing on the plant and a great number of custom designs. Concerning materials it is necessary to say that the company uses only high-quality alloyed steel in production that create difficulties for fabrication.
To sum up the article it should be noted that SKIF-M is a high-technology centre of milling tool production, rival for the most advanced foreign companies in this field. And of course it has great prospects for further development.
А.А. Москвитин, к.т.н., генеральный директор,
ООО «СКИФ-М», г. Белгород (Россия)
Российские производители умеют выпускать инструмент, который превосходит мировые аналоги. В этом можно убедиться на примере предприятия «СКИФ-М». Самые требовательные потребители — компании аэрокосмической отрасли — признают неоспоримые достоинства белгородских фрез. «СКИФ-М» отражает мировой опыт в производстве инструмента, но конкурентная ситуация требует от него работать больше и лучше, чем другие. Поэтому фрезы проектируются с использованием новейших научных разработок, а производство их налажено на самом высокотехнологичном оборудовании.
Завершение переходного периода
Белгородский завод фрез был введен в строй в 1972 году. Предприятие было одним из ключевых производителей фрез в структуре инструментальной промышленности СССР. В 1977 году перед коллективом предприятия поставили задачу инструментального обеспечения авиационно-космической промышленности. Для ее решения была создана «Государственная лаборатория испытания фрез», которая формально даже не входила в структуру завода. Серьезные заказы оборонных предприятий требовали от лаборатории и завода умения решать проблемы заказчиков — разрабатывать для них инструменты с новыми технологическими характеристиками и внедрять технологии фрезерования.
Существенные изменения произошли в 1988 году, когда завод по госпрограмме приобрел большой участок и лицензию на производство крупных специальных фрез, которые используются для обработки больших роторов, турбин, судовых механизмов и пр., а также инструмента для фрезерования коленвалов. На проект стоимостью 30 млн марок претендовали два московских предприятия, ленинградское, томское, а также белгородский завод. Несмотря на то, что крупные проекты традиционно оставались за Москвой, ввиду оборонного значения этой инициативы и высокой ответственности был выбран Белгород.
Приобретенный участок включал порядка 40 единиц новейшего на тот момент высокотехнологичного оборудования. Специалисты предприятия прошли подготовку в Германии, а сотрудники немецкой компании в течение двух лет отлаживали на заводе сложнейшую и уникальную технологию. Впрочем, серьезных проблем при ее передаче не возникало.
На сегодня только 4 предприятия в мире — в Германии, Австрии и США — имеют know-how и производство по изготовлению фрез большого диаметра, соответствующие по уровню белгородским. В 1993 году, когда промышленность начала входить в полосу депрессии, на базе «Государственной лаборатории испытания фрез» было создано ООО «СКИФ-М». Крупный завод не смог выжить в тех условиях, и его руководство приняло решение передать новому предприятию в аренду помещение и станки, которые затем были выкуплены.
На то время российские производители не нуждались в больших объемах точного и качественного инструмента. Подъем промышленного производства главных заказчиков предприятия — авиационных заводов — проходил очень медленно. Сначала появились заказы от предприятий Казани и Комсомольска-на-Амуре. На сегодня список заказчиков пополнился предприятиями: ОАО НПК ИРКУТ, РСК МИГ, Воронежский авиационный завод.
С января 1994 года «СКИФ-М» начал интенсивную работу с немецкими заказчиками. Руководство завода не смущало то, что Герма-ния — это страна №1 по производству режущего инструмента. К началу 1999 года на экспорт поставлялось 60 % продукции предприятия, а из этого объема 80 % направлялось в Германию и 20 % в США. Работать в Германии приходится через небольшие фирмы-посредники, поскольку уровень доверия потребителя к малоизвестным белгородским фрезам был невысоким. Типичное представление о российской промышленности можно было сформулировать так: ракеты они делать умеют, автомат Калашникова все знают, но разве бывают фрезы и инструмент российского производства?
На сегодняшний день, вследствие стабилизации и роста российской авиапромышленности, доля экспорта фрез снизилась до 30 % (если не включать в число импортеров страны СНГ). Наибольшие объемы поставок идут в Чехию, увеличивается число заказов в Германию и США. Весьма перспективной, но отдаленной, выглядит возможность налаживания поставок в Индию. Сложность здесь заключается в длительных испытаниях инструмента.
Если в 1993 году на заводе работало около 20 человек, то на сегодняшний день — более 100. Конечно, такое число сотрудников кажется небольшим на фоне множества других промышленных предприятий. Однако мировой опыт свидетельствует, что для инструментального производства такие масштабы закономерны. Руководство предприятия ставит амбициозную задачу: стать ведущим производителем фрез в России.
Пока большую долю российского рынка занимает шведская продукция. На «СКИФ-М» считают, что время все изменит, и объясняют эту ситуацию агрессивной маркетинговой политикой шведов, наличием больших складских запасов готового инструмента и пластин, умением эффектно презентовать свои разработки, а также тем, что поездки за рубеж привлекают потенциальных клиентов больше, чем командировки в Белгород. Так или иначе, но фирме «СКИФ-М» приходится конкурировать на мировом рынке с инструментами ведущих компаний. Поэтому белгородские фрезы должны быть значительно лучше, чем у конкурентов.
Hermle — это оптимально
Производственную номенклатуру предприятия составляют корпуса фрез и пластины к ним. Корпуса изготавливаются диаметром от 6 мм. Это минимально возможный диаметр фрезы, и кроме белгородского предприятия его могут обеспечить всего несколько фирм. Максимальный диаметр фрезы, который может быть обеспечен на станке Hermle, — 630 мм, на других станках — до 1 м.
Инструменты производятся на болгарских 5-координатных обрабатывающих центрах модели МС-032, эксплуатируемых с 1993 года. Они сохраняют работоспособность и обеспечивают хороший класс обработки, но их производственный ресурс уже исчерпан. Поэтому было принято решение найти современный и более точный аналог существующего оборудования. Среди производителей 5-координатных станков из Германии, Швейцарии и Японии (другие фирмы азиатского региона даже не рассматривались) была выбрана немецкая Hermle, у которой завод приобрел пока два станка. Для освоения и ввода в эксплуатацию первого станка по-требовалось изготовить комплект приспособлений, и это заняло около полутора месяцев. Второй станок начал работать уже через день после установки.
Сегодня предприятие готово приобрести еще один станок Hermle, несмотря на то, что срок ожидания поставки — 7 месяцев. С этим приходится мириться, поскольку рынок потребляет множество станков такого класса и у немецкого производителя возникают временные проблемы роста.
Hermle — это многоцелевой станок, который отличается от моделей других фирм достаточно широким диапазоном регулирования режимов и видов обработки. Его выбор был обусловлен целым рядом причин.
Во-первых, Hermle используют конкуренты завода, которые делают высокоточный и дорогой инструмент. Следовательно, необходимо приобретать станки того же уровня. Hermle могут себе позволить купить далеко не все производители. Серьезное преимущество обладателя подобного оборудования — это высокое качество выпускаемых изделий, и кроме того, положительный имидж предприятия. Высокий уровень российского инструмента со своей стороны оценили и станкостроители. В холле немецкого предприятия Hermle, где установлены стенды ведущих инструментальщиков мира, в 2008 году появился стенд с фрезами «СКИФ-М». Это также большая честь и вопрос имиджа фирмы.
Имя производителя станка значит очень много, в чем на «СКИФ-М» убедились на своем опыте. Когда на завод приезжают заказчики (например, Airbus) и видят Studer S31CNC, Hermle, то у них больше не возникает вопросов по обеспечению качества.
Cтанки фирмы Hermle обладают надежной системой контроля, включающей электронную головку для измерения деталей и оптические направляющие, при этом обеспечивается точность обработки до нескольких микрометров. Также контролируется лазерной головкой режущий инструмент, при этом определяется его износ и вносятся оперативные корректировки в техпроцесс.
По сравнению с болгарскими станками время на обработку уменьшилось в 8–10 раз, но к машинному времени прибавляется время на наладку станка, подготовку и смену приспособлений, которое одинаково для любого оборудования. И в итоге при использовании станков Hermle производительность выросла в 4 раза.
Помимо высокой производительности, у обрабатывающих центров Hermle есть еще одно преимущество — это высокая повторяемость изделий. Опыт эксплуатации станка в течение года показывает, что точность остается на прежнем высоком уровне. Вероятнее всего, даже изношенные станки, направляющие которых оснащены оптическими линейками, будут обеспечивать точное позиционирование, поскольку в данном случае осуществляется контроль перемещения. Так, в станках, не оснащенных оптическими линейками, длина перемещения определяется на основе числа оборотов шагового двигателя. Но если изношены направляющие и ходовой винт, то система может определить перемещение на 11 мкм, в то время как узел перемещается на 9 мкм или даже стоит на месте. При обратном перемещении погрешность суммируется. В результате на старом оборудовании при повторном запуске изделия в производство приходилось корректировать управляющую программу заново, переналаживать станок. На станках Hermle повторный запуск детали в производство осуществляется без корректировки программы — деталь обрабатывается сразу, ее размеры и геометрия будут аналогичны изготовленной ранее.
Как показала практика, немаловажным элементом станков Hermle является система защиты от наезда. Шпиндель — один из наиболее дорогих узлов станка — устанавливается на станке с использованием промежуточных алюминиевых вставок, которые деформируются при ударе, но предотвращают повреждения подшипников и корпуса. На станке Hermle C30U дважды происходили наезды шпинделя на деталь. Оба раза в течение нескольких дней приезжали специалисты компании Hermle и заменяли предохранительные элементы. Ремонт проводится не бесплатно, но эти расходы были на порядок меньше стоимости нового шпинделя.
Обработка точных деталей требует соответствующих производственных условий. Во-первых, необходимо обеспечить достаточно жесткий температурный режим. Температура в цехе круглый год поддерживается на уровне 20±2°С. Если зимой обеспечить необходимую температуру достаточно просто, то летом с охлаждением воздуха возникают определенные проблемы. Во-вторых, повышенные требования предъявляются к сжатому воздуху, который потребляется системой наддува оптической линейки. Соответственно, на заводе была установлена дополнительная система очистки. Здесь можно отметить еще одно преимущество современных станков — это закрытая зона обработки, поэтому в нее попадает меньше производственной пыли, уменьшаются испарения СОЖ.
Нестандартный инструмент — нестандартные решения
В 2007 году проводились тесты по скоростной обработке алюминия, в которых участвовало 4 ведущих компании мира. Фреза производства «СКИФ-М» оказалась лучшей с точки зрения скорости и экономичности при обработке алюминиевой детали для самолета «Airbus 321» размерами 1,5 х 4 м. Высокая производительность и скорость обработки была обеспечена не только материалом, но и конструкцией инструмента. В частности, инженерам предприятия удалось эффективно решить проблему дисбаланса фрезы.
Задача разработки такого инструмента возникла в 2002 году, после посещении американских предприятий. Потенциальные заказчики рассказали об острой потребности в новом инструменте для скоростной обработки алюминия — фрезе, которая позволяла бы обрабатывать глубокие карманы с размерами до 120 мм в деталях самолета без предварительного засверливания при частоте вращения фрезы 30000 об/мин. Необходимость предварительного сверления существенно снижает производительность. В качестве альтернативного варианта использовались обычные фрезы, максимальный угол траектории осевого перемещения которых (25°) позволял медленно входить в карман.
Хотя комбинированный инструмент для фрезерования стали существует уже давно, главное отличие фрезы для обработки алюминия — это ее небольшие габариты, не позволяющие разместить две режущие пластины необходимой площади без возникновения дисбаланса. Сложность балансировки фрезы хорошо иллюстрируется следующим примером. На одном из предприятий, несмотря на самый тщательный контроль, который показывал идеальные характеристики, фрезу четыре раза возвращали на настройку в связи с превышением дисбаланса. Возникли даже сомнения относительно точности измерительных приборов. Но ответ оказался неожиданным и простым — инженер, который проводил балансировку, приклеил на фрезу бумажку размером 5 х 10 мм с данными контроля, она то и явилась причиной недопустимого дисбаланса.
Тем не менее инженерам «СКИФ-М» поставили задачу сконструировать фрезу для высокоскоростной обработки алюминия, которая могла бы входить в обрабатываемую поверхность перпендикулярно своей оси. Решение пришло неожиданно. В конструкции фрезы удалось реализовать принцип гироскопа — самобалансирующейся системы. Кроме запатентованной схемы, конструкция содержит еще ряд know-how. В итоге американские заказчики первыми начали покупать эти фрезы, а сегодня «СКИФ-М» делает ставку на этот тип фрез в завоевании рынка западноевропейских предприятий аэрокосмического комплекса.
Заметим, что потенциал данных фрез может быть полностью реализован только на соответствующем оборудовании, скорость вращения шпинделя которого не менее 30 тыс. оборотов в минуту при мощности более 100 кВт. К слову, одним из ведущих предприятий мира в области изготовления таких станков является немецкая фирма Handtmann, с которой у «СКИФ-М» партнерские отношения.
Наукоемкие технологии
Одной из проблем, возникающей при обработке алюминия твердосплавным инструментом, является адгезия — схватывание поверхностей инструмента и детали. Даже полирование поверхности пластины не позволяет уменьшить трение настолько, чтобы существенно понизить адгезию. Эта задача решается путем нанесения покрытий на режущий инструмент.
Благодаря высокой твердости и низкому коэффициенту трения наиболее эффективными при обработке алюминия являются алмазные покрытия на твердосплавной основе. До сих пор считалось, что нанесение алмазных покрытий неизбежно увеличивает радиус округления режущей кромки. Российские ученые помогли заводу решить эту проблему, предложив использовать не кристаллическое алмазное покрытие, а полиморфную алмазную структуру, наносимую на инструмент с помощью ионо- плазменного напыления. Фирма Walter впервые в мире нанесла физическим (PVD) методом на пластины из твердого сплава оксид алюминия, что было продемонстрировано на выставке EMO в 2005 году в г. Ганновер. При нанесении на поверхность пластин оксида алюминия методом PVD возникали две проблемы. Во-первых, корунд неэлектропроводен, то есть после образования тонкого слоя пленки покрытия прерывается плазменная дуга. Во-вторых, вместо нейтрального газа в камеру необходимо закачивать кислород, который может взорваться под воздействием плазменной дуги. Однако на белгородском предприятии удалось решить и эти проблемы. В настоящее время СКИФ-М наносит высокоэффективное покрытие Al2O3 на режущие пластины, используя метод ионо- плазменного напыления (PVD).
Сегодня «СКИФ-М» в сотрудничестве с российскими учеными продолжает исследовать возможности функциональных покрытий. Результаты уже есть. После того как будет получен патент на новое покрытие, оно будет представлено мировой общественности.
Твердая рыночная позиция
Цена белгородских фрез достаточно высока. Традиционно белгородские фрезы проектировались таким образом, чтобы нести повышенную нагрузку. Но точный инструмент с высокопрочным корпусом предназначался не для того, чтобы перестраховаться от действий рабочего, который часто желает обработать деталь побыстрее. Белгородский инструмент предполагалось применять в процессах фрезерования сложных и дорогих деталей аэрокосмического назначения, когда разрушение инструмента может иметь очень серьезные последствия. Например, крупногабаритная титановая деталь крыла самолета обрабатывается в течение нескольких суток. Вероятность поломки фрезы выливается в риск получить бракованное крыло.
Высокая стоимость фрез обусловлена также и мелкими сериями продукции. Обычные концевые, торцевые и дисковые трехсторонние фрезы составляют лишь половину номенклатуры изделий предприятия, вторая половина — это фрезы специального назначения, которые изготавливаются для решения конкретных задач заказчика единичными экземплярами. Несмотря на гибкость и компьютеризацию производства, специальные изделия остаются очень сложными и наукоемкими в изготовлении. Поэтому не удивительно, что предприятие, подобное «СКИФ-М», могло возникнуть только на базе специальной лаборатории.
Партии фрез более 10 штук достаточно редки, как правило, они насчитывают от 1 до 5 изделий. Только крупные автомобильные предприятия один раз в 3–5 лет заказывают крупные партии, в которые входит около 20 изделий. Самая крупная серия — это 50 изделий для металлургических предприятий или автомобилестроителей. Однако подобные заказы — редкость и большая удача для белгородцев.
Время на изготовление специального изделия — от постановки задачи до изготовления готового изделия, составляет 6-9 недель, в зависимости от его сложности. Завершающий технологический цикл занимает около двух недель: это время, начиная с отрезки заготовки до отгрузки заказчику готового изделия. Сократить это время пока не удается, поскольку техпроцесс включает в себя множество промежуточных операций. Хотя есть примеры и более быстрого выполнения задания.
Для западноевропейского предприятия, которое, вероятно, станет заказчиком завода, разработка конструкции, управляющей программы и изготовление фрез, произошло всего за 18 дней.
О востребованности белгородских фрез говорит тот факт, что станки работают в три смены, и даже по субботам.
Немалую долю в цене фрез составляет металл, из которого изготавливаются корпуса фрез. Это высококачественные легированные стали, содержащие хром, молибден, ванадий. Сталь закупается у небольшого числа постоянных поставщиков — предприятий Ижевска и Златоуста. Варианты покупки металла у посредников или небольших фирм не рассматриваются, поставки должны производиться напрямую и с жестким контролем качества. Это еще одно конкурентное преимущество.
Наконец, еще одна немаловажная составляющая затрат на производство — это западноевропейский режущий инструмент (собственное производство обеспечивает потребности завода лишь на 30 %). Основной поставщик осевого инструмента — сверл и мелкоразмерных фрез — немецко-шведская фирма Dormer.
Сегодня руководство предприятия видит потенциал повышения рентабельности в увеличении серийности производства. Чем больше партии, тем ниже себестоимость производства фрез.
Рентабельность можно увеличить и за счет диверсификации производства. Например, конкуренты предприятия большую часть прибыли получают от продажи не корпусов фрез, а пластин (соотношение примерно 20/80). Соответственно, объем производства, приходящийся на одного человека в денежном выражении, выше в несколько раз. Поэтому, учитывая потребности рынка, на заводе расширяется производство пластин, устанавливается новое оборудование для шлифования и нанесения на них покрытий.
