Tạp chí MMC

Kenichi Sato, Phòng Phát triển Lớp phủ, Phòng Phát triển Vật liệu, Nhà máy Tsukuba / Masakuni Takahashi, Tổng giám đốc, Phòng Phát triển Vật liệu, Nhà máy Tsukuba / Takuya Ishigaki, Trưởng phòng, Phòng Phát triển Lớp phủ, Phòng Phát triển Vật liệu, Nhà máy Tsukuba

Với các bộ phận ô tô đứng đầu danh sách, vật liệu do các nhà sản xuất chỉ định cho các bộ phận này đã trở nên cứng hơn. Cùng với xu hướng này, do đó, các công cụ cắt được yêu cầu phải có khả năng chống mài mòn cao hơn. Tuy nhiên, khả năng chống mài mòn tăng dẫn đến tần suất các công cụ bị sứt mẻ cao hơn, điều này đến lượt nó dẫn đến các lỗi trong sản phẩm, khiến việc đảm bảo tính ổn định trong sản xuất trở nên bất khả thi. Phát triển hợp tác để đáp ứng các yêu cầu từ khách hàng nhằm giải quyết vấn đề này phải bắt đầu. Dựa trên các phát hiện tại Viện nghiên cứu trung tâm, Nhà máy Tsukuba đã hợp tác chặt chẽ với Nhóm kỹ thuật nhà máy để phát triển công cụ. Kết quả là, một giải pháp đã được đưa ra giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và độ ổn định của lưỡi dao.

Xuất phát từ yêu cầu của khách hàng

– Trước hết, xin anh cho biết lý do đằng sau sự phát triển của sản phẩm mới này.

Takahashi: Cơ sở lý luận đằng sau quá trình phát triển sản phẩm mới có thể được phân loại thành hai loại chính. Một là yêu cầu từ khách hàng và hai là nhu cầu phát triển công nghệ mới. Quá trình phát triển dòng MC6100 bắt đầu từ yêu cầu của một khách hàng ở nước ngoài; nhưng yêu cầu này cũng khá phù hợp với công nghệ mới đang được phát triển.

Sato: Yêu cầu từ khách hàng, một nhà sản xuất phụ tùng ô tô, là kéo dài tuổi thọ của dụng cụ. Ngoài ra, khách hàng cũng muốn tăng hiệu suất gia công, đòi hỏi phải cải thiện hiệu suất của dụng cụ. Trong trường hợp này, có một điều khác biệt, đó là sự phối hợp hoàn toàn với khách hàng trong quá trình phát triển. Công việc phát triển sản phẩm mới thường được thực hiện hoàn toàn nội bộ, vì vậy đây là một trường hợp bất thường.

– Ngay cả khi khách hàng đưa ra yêu cầu, cũng không dễ để tiến hành nếu không có công nghệ có thể đáp ứng yêu cầu đó, phải không?

Ishigaki: Đúng vậy. Đáp ứng yêu cầu kéo dài tuổi thọ dụng cụ có nghĩa là tăng khả năng chống mài mòn. Mitsubishi Materials có các sản phẩm được phủ công nghệ CVD. CVD là viết tắt của Chemical Vapor Deposition, đây là phương pháp tạo màng mỏng được tạo thành từ nhiều loại chất khác nhau. Công nghệ phủ CVD của chúng tôi rất tuyệt vời và lớp phủ màng mỏng CVD có khả năng chống mài mòn vượt trội; tuy nhiên, cần phải kiểm soát chính xác để ngăn ngừa bong tróc. May mắn thay, chúng tôi đã và đang nghiên cứu phát triển công nghệ ngăn ngừa bong tróc để tối đa hóa khả năng chống mài mòn cao.

Sato: Các vật liệu có thể sử dụng cho lớp phủ cứng bị hạn chế. Việc cân nhắc các cách để đạt được cả khả năng chống mài mòn và độ ổn định của cạnh dụng cụ trong các kết hợp có thể có và trong các điều kiện khác nhau là một nỗ lực không ngừng. Chúng tôi đã tích lũy các công nghệ để tăng khả năng chống mài mòn và một trong số đó là Công nghệ kết cấu siêu nano.

Công nghệ siêu việt tăng khả năng chống mài mòn

– Tại sao ông lại thêm chữ “Super” vào Công nghệ Nano Texture hiện có?

Ishigaki: Công nghệ kết cấu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu của Viện nghiên cứu trung ương. Chúng tôi đã phát triển công nghệ để tăng khả năng chống mài mòn bằng cách thống nhất hướng phát triển của tinh thể và đã được cấp bằng sáng chế từ năm 2000. Vì chúng tôi đã cải thiện đáng kể các công nghệ như vậy cho trường hợp này, nên chúng tôi quyết định thêm "Super" vào tên. Về mặt cải tiến công nghệ, kích thước hạt và hướng phát triển của các hạt tinh thể Al ₂ O ₃ không đồng đều trong công nghệ ban đầu. Do đó, chúng tôi đã cố gắng cải thiện độ đồng đều của kích thước hạt. Đây được gọi là Công nghệ kết cấu nano. Ngoài ra, chúng tôi đã cải thiện độ đồng đều của hướng phát triển tinh thể. Đây được gọi là Công nghệ kết cấu siêu nano. Đảm bảo độ chính xác và độ đồng đều cao hơn trong quá trình phát triển tinh thể đã cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn.

Takahashi: Tôi chắc chắn rằng Mitsubishi Materials hiện có công nghệ hàng đầu cần thiết để tối ưu hóa sự phát triển của tinh thể. Lý do chúng tôi có thể đạt được sự phát triển công nghệ cao như vậy là vì chúng tôi, nhóm phát triển và Viện nghiên cứu trung ương luôn hợp tác để tích lũy bí quyết. Công nghệ nguyên tố của Công nghệ kết cấu siêu nano được phát triển bởi Viện nghiên cứu trung ương.

– Tuy nhiên, không phải lúc nào sự phát triển của công nghệ nguyên tố mới cũng dẫn đến thương mại hóa ngay, đúng không?

Sato: Vâng, đúng vậy. Khách hàng muốn chúng tôi sử dụng công nghệ nguyên tố của mình để phát triển các công cụ cắt có khả năng hoạt động vượt trội trong điều kiện gia công của họ. Nói cách khác, khách hàng muốn nhóm phát triển phát triển công nghệ và công cụ cung cấp cho họ sự ổn định và chất lượng vượt trội. Khả năng thương mại hóa công nghệ nguyên tố là cần thiết cho bước tiếp theo đó.

Từ vi mô đến vĩ mô – Các vấn đề do sự khác biệt về quy mô

– Tôi tự hỏi liệu việc ứng dụng công nghệ do Viện Nghiên cứu Trung ương phát triển vào sản xuất hàng loạt có khó không.

Takahashi: Đây là lý do tại sao Trung tâm Phát triển tồn tại. Ngay cả khi chúng tôi tự tin rằng công nghệ nguyên tố được phát triển tại phòng thí nghiệm sẽ thành công, chúng tôi vẫn cần công nghệ sản xuất để sản xuất hàng loạt. Phát triển loại công nghệ sản xuất đó là vai trò của chúng tôi.

Sato: Cho đến ba năm trước, tôi vẫn làm việc tại Viện Nghiên cứu Trung ương về phát triển công nghệ cơ bản cho lớp phủ CVD và học về cách kiểm soát hướng phát triển tinh thể tại Viện Nghiên cứu Trung ương. Sau đó, tôi được chuyển đến Nhà máy Tsukuba, nơi tôi bắt đầu làm việc trên dòng MC6100. Tuy nhiên, các điều kiện tiên quyết cho các thí nghiệm vi mô được thực hiện tại phòng thí nghiệm và sản xuất hàng loạt ở quy mô vĩ mô khá khác nhau. May mắn thay, những gì tôi học được về công nghệ cơ bản tại Viện Nghiên cứu Trung ương đã rất hữu ích cho tôi trong việc hiểu các hiện tượng mà tôi quan sát thấy trong quá trình thử nghiệm để sản xuất hàng loạt.

– Vì quá trình phát triển dòng sản phẩm MC6100 dựa trên yêu cầu của khách hàng nên các bạn có cảm thấy áp lực phải tiến hành nhanh chóng không?

Ishigaki: Đúng vậy. Nhưng áp lực đó không có nghĩa là chúng tôi có thể đi tắt. Chúng tôi tiến hành một quá trình thử nghiệm và sai sót liên tục và đều đặn, xác định các vấn đề thông qua thử nghiệm và thực hiện các điều chỉnh cho phù hợp cho đến khi chúng tôi tự tin rằng chúng tôi không chỉ có thể đáp ứng mà còn vượt quá mong đợi của khách hàng. Điều quan trọng nữa là chu trình PDCA phải được áp dụng hiệu quả ở tốc độ cao. Điều này là do quy mô sản xuất giữa thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và sản xuất hàng loạt là khác nhau, chúng tôi thấy các hiện tượng trong giai đoạn sản xuất khác với những hiện tượng thấy trong phòng thí nghiệm. Và để thiết lập một hệ thống sản xuất hàng loạt hiệu quả, chúng tôi cần sự hợp tác chặt chẽ từ đội ngũ nhân viên phủ trong suốt quá trình công nghệ sản xuất và các giai đoạn sản xuất để thúc đẩy quá trình phát triển. Càng có nhiều nhân viên chuyên môn tham gia vào một dự án thì nhu cầu tiến triển nhanh chóng càng lớn.

Takahashi: Trong chu trình PDCA, điều quan trọng là phải tuân thủ các quy tắc và nguyên tắc. Nếu chúng ta tuân thủ các quy tắc và nguyên tắc, chúng ta sẽ dễ dàng tìm ra các thông số nơi xảy ra vấn đề.

– Các thông số có thể ảnh hưởng đến những thay đổi ở quy mô phòng thí nghiệm.

Sato: Phân phối của một số tham số có thể thay đổi do thay đổi về quy mô. Trong những trường hợp như vậy, cũng cần phải quay lại các nguyên tắc cơ bản, thiết lập giả thuyết, sau đó kiểm tra giả thuyết đó thông qua các thí nghiệm. Chúng tôi trao đổi chặt chẽ với nhân viên phụ trách công nghệ sản xuất về quy trình để đảm bảo rằng mọi người đều đi theo cùng một hướng khi thiết lập giả thuyết dựa trên những thay đổi về tham số bằng cách sử dụng dữ liệu tính toán do Viện Nghiên cứu Trung ương cung cấp.

Vượt qua khó khăn thông qua các cách tiếp cận đặc biệt và hợp tác chặt chẽ với khách hàng

– Thách thức lớn nhất của anh khi phát triển dòng sản phẩm MC6100 là gì?

Ishigaki: Vì điều này bắt đầu từ yêu cầu của khách hàng, chúng tôi đã làm việc cùng khách hàng đó ngay từ giai đoạn đầu. Chúng tôi đã nói chuyện rất lâu để hiểu chính xác những gì họ thực sự muốn. Sau đó, chúng tôi đã kiểm tra các nguyên mẫu được tạo ra bằng thiết bị gia công trên dây chuyền sản xuất thực tế tại xưởng của khách hàng. Chúng tôi không quen với việc đáp ứng nhu cầu cụ thể của khách hàng và đây là một sự thay đổi cực kỳ khó khăn trong cách tiếp cận của chúng tôi.

Sato: Khi thử nghiệm trên dây chuyền sản xuất của khách hàng, nhân viên của chúng tôi đã đến thăm địa điểm. Đứng cạnh máy thực tế đang được thử nghiệm, nhân viên của chúng tôi đã lắng nghe cẩn thận ý kiến của người vận hành. Ngoài ra, nhân viên và nhân viên bán hàng của Mitsubishi Materials đã trao đổi với các kỹ sư của khách hàng để xác định hướng cải tiến. Lặp lại các quy trình này, chúng tôi tiếp tục cải thiện khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên, ngay khi chúng tôi đạt đến mức mà chúng tôi cảm thấy rất gần với mục tiêu của mình, chúng tôi đã gặp phải một vấn đề cuối cùng khó giải quyết.

– Bạn gặp phải vấn đề gì?

Takahashi: Ở một chế độ nhất định, máy thử nghiệm tại khách hàng đã gây ra thiệt hại cụ thể. Nếu chúng tôi giải quyết được vấn đề này, chúng tôi sẽ đạt được mục tiêu. Tuy nhiên, dù chúng tôi có cố gắng đến đâu, thử nghiệm và sai sót bằng thiết bị của chúng tôi cũng không thể tái tạo được thiệt hại đang được quan sát thấy trên đường dây của khách hàng.

Sato: Theo các cuộc thảo luận lý thuyết của chúng tôi về nguyên nhân của vấn đề, một ý tưởng nảy ra trong đầu chúng tôi. Chúng tôi nghĩ rằng hư hỏng có thể xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình gia công. Nếu chúng tôi có thể xác định nguyên nhân ở giai đoạn đó, chúng tôi sẽ có thể giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, để kiểm tra giả thuyết của mình, chúng tôi phải sử dụng thiết bị gia công của khách hàng và tắt máy giữa chừng để kiểm tra cạnh dụng cụ. Đối với khách hàng, việc dừng gia công giữa chừng là điều không thể. Tuy nhiên, chúng tôi đã giải thích cách dừng quy trình sẽ cho phép chúng tôi hiểu rõ hơn về vấn đề và cách điều này sẽ đưa chúng tôi đến gần hơn với giải pháp.

– Và bạn đã giải quyết vấn đề đó như thế nào?

Ishigaki: Kết quả của thí nghiệm đã xác nhận giả thuyết của chúng tôi. Do thực tế là hư hỏng xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình gia công, chúng tôi có thể xác định được giải pháp để giảm thiểu hư hỏng. Chúng tôi đã thử nghiệm một nguyên mẫu cải tiến và chúng tôi đã thành công. Thành công này, cùng với khả năng chống mài mòn cần thiết mà chúng tôi đã đạt được, khiến khách hàng rất hài lòng.

Thêm hai công nghệ mới giúp tăng tính ổn định

– Tôi hiểu rằng ngoài Công nghệ Super Nano Texture, dòng sản phẩm MC6100 còn được ứng dụng nhiều công nghệ mới khác.

Sato: Đúng vậy, một trong số đó là giảm nứt gãy đột ngột, được giải quyết bằng cách sử dụng lời khuyên của khách hàng. Lớp phủ CVD được hình thành ở nhiệt độ cao và ứng suất kéo xảy ra trong lớp phủ trong quá trình làm mát. Gia công bằng cạnh dụng cụ không ổn định trong thời gian đó tạo ra sự mài mòn va đập không đều và các vết nứt có xu hướng trở nên lớn hơn vì ứng suất kéo không thể làm giảm sự giãn nở của các vết nứt. Đây là cách nứt gãy xảy ra. Thách thức là giảm ứng suất kéo để giải quyết vấn đề.

Takahashi: Cách chúng tôi giảm thiểu ứng suất kéo là một bí mật, nhưng giải pháp đến từ quá trình cố ý thử và sai nhiều lần. Chúng tôi cũng áp dụng chu trình PDCA.

– Công nghệ còn lại là gì, Super TOUGH-Grip phải không?

Ishigaki: Mitsubishi Materials đã phát triển công nghệ TOUGH-Grip, công nghệ này liên kết chặt chẽ hai lớp phủ khác nhau. Cụ thể, công nghệ này được sử dụng để liên kết lớp Al ₂ O ₃ (nhôm oxit) và lớp TiCN (titanium carbon nitride), là lớp nền của lớp Al ₂ O _3. Làm cho các hạt tinh thể mịn hơn đã làm tăng bề mặt kết dính của các lớp Al ₂ O ₃ và TiCN, đồng thời tăng cường độ kết dính giữa các lớp phủ. Nói cách khác, công nghệ mới này đã làm giảm hiệu quả hơn tình trạng bong tróc của các lớp phủ so với công nghệ hiện có. Thử nghiệm khả năng chống bong tróc của Super TOUGH-Grip cho thấy độ kết dính tăng 1,6 lần.

Sato: Để liên kết Al ₂ O ₃ và TiCN, vốn có cấu trúc tinh thể khác nhau, trước tiên chúng tôi cần tìm hiểu càng nhiều càng tốt về các đặc điểm cơ bản của từng cấu trúc tinh thể. Với kiến thức như vậy, chúng tôi có thể làm việc để tăng cường độ kết dính. Trong quá trình phát triển cụ thể, sự hợp tác từ các thành viên của Phòng Kỹ thuật Nhà máy đã cho phép chúng tôi tiến hành các thí nghiệm lặp lại bằng cách sử dụng lò phủ thực tế.

Takahashi: Nhóm phát triển và Phòng Kỹ thuật Nhà máy của chúng tôi đã tiến hành từng bước của quy trình trong sự giao tiếp chặt chẽ. Toàn thể nhân viên tại Nhà máy Tsukuba thường xuyên trao đổi ý kiến với mục đích duy trì sự tập trung rõ ràng vào mục tiêu. Một trong những điểm mạnh chính của chúng tôi là sự nhấn mạnh vào sự hợp tác này.

Khả năng chống mài mòn và khuyết tật là chủ đề muôn thuở

– Kết quả của những công nghệ mới này là dòng sản phẩm MC6100 phải không?

Ishigaki: MC6115 dùng để cắt tốc độ cao. Áp dụng lớp màng Al ₂ O ₃ dày được tạo ra bằng Công nghệ kết cấu siêu nano giúp đạt được khả năng chống mài mòn tuyệt vời trong quá trình gia công khi nhiệt độ cạnh dụng cụ có xu hướng tăng cao, tương tự như các điều kiện được tìm thấy trong quá trình cắt tốc độ cao và gia công hiệu suất cao. Đối với MC6125, việc thêm các chất nền Ti hoặc lớp cán Al ₂ O ₃ vào lớp Al ₂ O ₃ của Công nghệ kết cấu siêu nano, chúng tôi đã đạt được mức hiệu suất gia công có khả năng đáp ứng nhiều ứng dụng hơn.

– Khách hàng phản ứng thế nào?

Sato: Điều làm khách hàng hài lòng nhất là tuổi thọ của dụng cụ được kéo dài. Vì các điều kiện như tốc độ gia công và xử lý có thể được cải thiện, chúng tôi nghe khách hàng nói rằng năng suất cũng được cải thiện. Chúng tôi vô cùng vui mừng vì những thành tựu như vậy là mục tiêu của quá trình phát triển. Một điều khác mà chúng tôi đã làm là sử dụng vàng cho màu bên ngoài. Trong quá trình phát triển, khách hàng muốn có một cạnh dụng cụ đặc biệt để thể hiện trạng thái "đã qua sử dụng hoặc chưa qua sử dụng". Khi chúng tôi giao dòng MC6100 cho khách hàng, hầu hết khách hàng có vẻ ấn tượng với màu sắc. Màu sắc cũng có vẻ giúp ích cho việc đàm phán. Đây chỉ là một điều nhỏ, nhưng chúng tôi rất vui vì đã chọn nó.

– Chi phí cho những công nghệ mới bao gồm cả mạ vàng thế nào?

Ishigaki: Giá cả gần như ngang bằng với các công cụ hiện có. Chi phí là vấn đề ưu tiên từ giai đoạn sản xuất hàng loạt, vì vậy chúng tôi đã kiểm tra các khía cạnh của dây chuyền sản xuất, bao gồm cả luồng sản phẩm thông qua sự hợp tác toàn nhà máy. Chi phí được xác định theo thời gian sản xuất. Tuy nhiên, vì doanh số bán hàng của khách hàng diễn ra rất tốt nên việc sản xuất theo các thông số kỹ thuật ban đầu cũng diễn ra suôn sẻ mà không cần thay đổi.

– Bạn nghĩ mình sẽ đi theo hướng nào bây giờ?

Takahashi: Cải thiện khả năng chống mài mòn và khuyết tật là chủ đề muôn thuở đối với các công cụ cắt, vì vậy chúng tôi sẽ tiếp tục làm việc trong các lĩnh vực này. Chúng tôi cũng cần xem xét những thay đổi trong động cơ ô tô. Chúng tôi phải quan sát cách nhu cầu của khách hàng thay đổi khi sản xuất ô tô chuyển hoàn toàn sang xe điện. Những thay đổi trong nhu cầu của họ ảnh hưởng trực tiếp đến hướng phát triển công nghệ. Xem xét cả nhu cầu về chất lượng và tốc độ gia công, chúng tôi sẽ tiếp tục nỗ lực đáp ứng kỳ vọng của khách hàng.