基于激光智能制造技术的阳江市五金刀剪产业转型升级及人才培养研究

文/程格 裴新军 王文杰

0 引言

五金刀剪是广东省阳江市最具特色的传统优势产业，具有悠久的发展历史和丰富的文化底蕴。目前，阳江市刀剪产业生产总量约占全国总产量的70%，出口量约占全国总出口量的85%，是全国乃至全世界最重要的五金刀剪产业集群之一。

目前，阳江五金刀剪行业主要以中低端产品出口为主，总体呈现小、散、乱的竞争格局，存在核心技术掌握不足、创新能力缺乏、专业技能人才培养短缺，没有引领行业持续发展的内部动力的自身问题；同样也包括如全球贸易保护主义有所抬头，部分高端产品生产向发达国家回流，中低端产品开始向生产成本更低的发展中国家转移等外部问题。内、外问题迫使阳江五金刀剪企业生存状况持续恶化，但同时正在倒逼企业加速转型升级。阳江市越来越多的五金刀剪企业意识到，通过采用先进的智能制造技术，加快产业转型升级，促进生产过程中产品生产要素的革新、产业核心技术发展，才能引领五金刀剪产业持续、健康、绿色发展。

1 五金刀剪激光智能制造技术分析

五金刀剪加工制造流程主要可分为原材料下料、矫直、热处理、钢头焊接、刀坯粗磨、装刀柄、刀柄及钢头抛光、刀体抛光、开利刃、包装等。各个流程加工特性不同，如下料流程，主要以材料切割为主；钢头焊接流程，主要以材料热连接为主；刀坯粗磨流程，主要以材料磨削为主。这些制造流程90%以上需要人工操作或人工干预才能执行，人力成本占比很大，且加工过程中存在噪音、废气、废水，环境恶劣，影响工人身体健康。

由于五金刀剪加工制造流程中各道工序主要以人工为主，涉及刀剪重要性能（如锋利度及耐用度等）的加工质量环节（如刃口厚度、刃口角度、刃口微观表面粗糙度等）由工人自身水平把控，受限于工人技术能力及熟练水平参差不齐，极易造成刀剪产品质量及批次稳定性差，最终影响刀具生产企业及整个行业的发展。除此以外，一把刀具加工为成品，若其性能与整批刀具性能差别较大时，通过二次开刃加工可以改善其性能，但必然存在刀具整体尺寸的改变，这对于外贸出口企业是不能接受的。因此，五金刀剪作为劳动密集型行业，降低人工操作影响，寻求生产过程的自动化，实现加工流程的智能化改造，是整个行业未来的发展方向。

激 光 加 工 技术（laser processing technology，LPT）是指利用能量密度非常高的激光束对材料（包括金属与非金属）进行加工（切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等）的技术。由于激光束易于导向、聚焦，能够便捷地实现方向变换，使其极易与数控系统、精密机械、电子计算机等相配合，实现加工过程的高度自动化、智能化以及很高的加工精度；此外，在恶劣环境或其他人难以接近的地方，便于采用机器人搭载激光束进行加工。因此，激光加工是一种极为灵活的加工方法，生产效率高，对于劳动密集型行业，取代人工操作、实现行业智能制造、推动产业转型升级，具有无可比拟的技术优势。

鉴于此，针对五金刀剪行业生产现状，本文提出几点未来产业升级技术方向，供行业及企业参考及思考。

1.1 传统下料方法升级为激光切割下料方法

传统的刀剪下料方式以开模冲压与线切割为主，存在的主要问题是：新产品开发时，模具设计与加工等开发周期长，对于一些复杂形状的刀剪产品和特种材料甚至难以开模下料；采用线切割下料时，切割速度慢，影响新产品开发周期。据统计，传统的刀剪下料时间约占新产品开发整个步骤流程的30%~60%，此环节产能效率不高将导致整个加工流程徒增成本与效率的损失。

激光切割刀剪下料技术是通过与计算机控制的自动化设备结合，使激光束具有无限的仿形切割能力，切割轨迹修改十分方便，具有高切割质量、高切割速度、高柔性（可切割任意形状）等优点。对于具有复杂、不规则的刀剪图形，只需将刀剪图形数据导入激光切割设备就可以立即下料，激光切割效率高的优势更加凸显。此外，激光切割技术利用计算机进行制图排版，通过合理的排版设计，可以有效节省材料，大大降低制造成本。近些年来，随着国产激光器质量提升、价格成本的下降，刀剪激光切割下料设备成本下降，给刀剪行业发展带来了新的利好态势。

1.2 传统的TiG焊接方法升级为激光自动焊接方法

在目前刀具行业中，刀柄与刀体、刀体与刀刃等的焊接方法多采用人工TiG双面焊接：工人将刀柄与刀体或刀体与刀刃固定到夹具上，然后在焊缝的正面与背面同时进行TiG焊接。由于TiG焊接方法本身热输入就比较大，双面同时TiG焊接时热输入更大，造成焊缝区及焊接热影响区晶粒严重粗大，焊缝抗冲击性能差，这也是厨刀在使用过程中易在刀柄焊接部位折断的根本原因。另外，长期在一线焊接的工人若采取保护措施不到位，极易受到焊接弧光、烟尘等影响，对身体造成伤害比较大。

激光焊接是一种高速度、非接触、热输入低、变形极小的焊接方法，其焊缝力学性能较常规焊接方法高，目前已广泛应用在能源、交通运输、航空航天、工程机械等领域。目前，一些五金刀剪科研院所及公司已成功将激光光源、焊接头、机器人等集成为一整套五金刀剪激光焊接系统，并通过改进设计，将人工上、下料升级为机器人手臂和工装治具协同上、下料，整个焊接操作流程实现全自动运行，基本实现以机器代人。

1.3 人工开刃、抛光方法升级为机器人自动打磨、开刃方法

目前，在刀剪行业，刀体粗磨基本已实现数控加工，自动化程度较高，但是刀具利刃的打磨及刀柄的抛光主要由工人手持刀具在砂带机或砂轮机上操作完成，存在的主要问题：（1）工人劳动强度大，打磨过程中的噪音污染严重；（2）打磨或抛光的效果由工人个人视觉把控，产品质量参差不齐；（3）同一把刀具刃口两侧的开刃角度很难保持一致，进而影响刀具使用效果，废品率高。

刀剪机器人打磨技术是利用机器人夹持刀具，通过设计打磨、运动轨迹，使需要打磨部位按照需求在砂带机或砂轮机上进行磨削抛光，通过配套视觉检测技术及材料表面检测技术，可以实现刀剪自动化打磨、抛光，以及打磨效果的自动化检测，保证刀剪打磨效果一致，质量稳定可靠，最终取代繁重的人力劳动。

此外，近些年来，随着新兴激光加工自动化技术的不断发展，且工业化应用越来越成熟，给刀具行业带来新的发展机遇。例如，通过激光熔覆技术可以将高性能粉末材料熔覆到刀刃表面，大大提高刀具使用性能；通过激光淬火技术可以对刀刃局部进行淬火，提高刀刃热处理性能；通过激光抛光技术可以对刀体进行抛光打磨，提高刀体的打磨效果等等。

综上所述，五金刀剪加工制造流程中不同技术环节点可以通过激光自动化技术进行升级改造，提高加工质量的同时实现自动化，最终通过对各个环节点进行统一接口标准，并配套相关传动、抓取、检测等装置，较易实现五金刀剪加工制造全自动化流程，推动五金刀剪传统加工方式向智能制造转型升级。

2 五金刀剪激光智能制造技术人才培养

作为典型的、劳动密集型行业，五金刀剪行业实现传统生产模式向激光智能制造转型升级，不仅需要先进的技术、设备，更需要先进人才的支持，这就给五金刀剪激光智能制造技术人才的培养提出了新的挑战：

（1）智能制造时代，五金刀剪技术人员的角色除了作为传统的设备操作者外，还要参与设备维护、研发等工作，除了掌握传统岗位基本技能外，还要掌握不同领域（如电气、通信、材料等）的基本知识，从单一技能人才向复合型、服务型智能制造技术人才转变，以适应五金刀剪行业智能制造转型升级的需求。

（2）高校教师队伍应该积极深入到五金刀剪企业一线，参与企业的智能制造转型升级实践，丰富生产实践经验，提高教育、科研能力，通过亲身经历，为行业智能制造人才培养方案的制定、课程体系的改革提供一手资料。除此之外，还要时时关注行业前沿动态、智能技术发展方向，不断提高自身能力，提高智能制造人才培养的水平。

3 结语

五金刀剪传统行业向激光智能制造转型升级是行业发展的态势，不仅仅涉及智能设备的开发与升级，更是人才培养质量的升级，这就需要高校、企业、行业、政府等多方力量联合起来，从多方位共同推动产业的智能制造转型升级。