工具行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)及國(guó)產(chǎn)工具典型應(yīng)用案例
2022-4-6 來源：機(jī)床協(xié)會(huì) 作者：-
本文作者蕭偉鋒為中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)發(fā)展工作委員會(huì)副主任委員、原上海工具廠總經(jīng)理。
——編者注
一、切削刀具國(guó)內(nèi)外行業(yè)動(dòng)態(tài)
1. 國(guó)際制造業(yè)復(fù)蘇放緩，中國(guó)2022年3月份PMI為49.5%
切削刀具主要是服務(wù)制造行業(yè)，從目前國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)來看：國(guó)際局勢(shì)不明朗，制造業(yè)復(fù)蘇放緩；國(guó)內(nèi)1月PMI回落至50.1%，2月份為50.2%，3月份為49.5%；隨著原材料價(jià)格大幅上漲，以及疫情帶來的負(fù)面影響，造成供應(yīng)鏈危機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)加大，同時(shí)勞動(dòng)力短缺，這些都將成為制約制造業(yè)復(fù)蘇的關(guān)鍵因素。
總體來看，全球制造業(yè)PMI指數(shù)在1-2月連續(xù)2個(gè)月出現(xiàn)回落，3月歐美PMI走勢(shì)開始分化。根據(jù)IHS Markit的數(shù)據(jù)，3月美國(guó)制造業(yè)PMI（58.5）與服務(wù)業(yè)PMI（58.9）較前月分別上升1.2與2.4，為半年來最高。歐元區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)也受益于防控措施放松，但地緣沖突對(duì)歐元區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響更加顯著。3月歐元區(qū)制造業(yè)與服務(wù)業(yè)PMI雙雙走低，前者下降1.2至57，后者下降0.7至55.5。但此前出現(xiàn)的復(fù)蘇勢(shì)頭仍在持續(xù)，總體趨勢(shì)依舊向好。
面對(duì)疫情反復(fù)和通脹等不確定因素，各國(guó)更應(yīng)該加速制造業(yè)轉(zhuǎn)型，通過數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化和技術(shù)升級(jí)等手段，減少外部因素對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的沖擊，同時(shí)通過深化合作穩(wěn)定供應(yīng)鏈，為全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇注入動(dòng)能。處于制造業(yè)基礎(chǔ)地位的機(jī)床工具業(yè)，需密切關(guān)注上下游產(chǎn)業(yè)變化情況，適時(shí)做出有效調(diào)整。
圖1 近期世界主要經(jīng)濟(jì)體PMI指標(biāo)情況
圖2 國(guó)內(nèi)PMI走勢(shì)一覽表
2. 2021年汽車工業(yè)數(shù)據(jù)向好或給機(jī)床工具行業(yè)帶來更多機(jī)遇
圖3 2001-2021年國(guó)內(nèi)汽車銷量及增長(zhǎng)率
汽車制造業(yè)是機(jī)床工具行業(yè)最大的用戶領(lǐng)域。2021年，全年汽車產(chǎn)銷分別完成2608.2萬輛和2627.5萬輛，同比增長(zhǎng)3.4%和3.8%，呈現(xiàn)出持續(xù)向好發(fā)展趨勢(shì)。加上近幾年新能源汽車迅猛發(fā)展、中國(guó)品牌車出口量增多，勢(shì)必給機(jī)床工具行業(yè)帶來更多市場(chǎng)機(jī)會(huì)。機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)通過轉(zhuǎn)型升級(jí)，積極與汽車及零部件企業(yè)進(jìn)行深度對(duì)接，上下游協(xié)同創(chuàng)新，更好地滿足汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，將有利于提升機(jī)床工具行業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，最終共同實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈上下游高質(zhì)量發(fā)展。
3. 2020年國(guó)內(nèi)刀具市場(chǎng)需求達(dá)歷史最好水平421億元
圖4 國(guó)內(nèi)刀具市場(chǎng)一覽表
2021年機(jī)床工具行業(yè)延續(xù)2020年下半年以來恢復(fù)性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)需求持續(xù)改善，進(jìn)出口大幅度增長(zhǎng)。中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)2021年1-12月累計(jì)完成營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng)26.2%，增幅比上年擴(kuò)大23.2個(gè)百分點(diǎn)。所有分行業(yè)同比增幅均在10%以上。由于2020年特殊的基數(shù)效應(yīng)，2021年各月累計(jì)同比增速則呈現(xiàn)前高后低特點(diǎn)，但至年底仍處于較高的同比增速，全年累計(jì)需求將超過2020年水平，表明機(jī)床工具行業(yè)保持著良好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
4. 出口額達(dá)到歷史新高，比歷史次高點(diǎn)2019年高50多億元
圖5 2021年刀具出口分類
圖6 2021年刀具進(jìn)口分類
2021年刀具出口額225.16億人民幣，同比2020年增長(zhǎng)25.45%，與2019年同比增長(zhǎng)22.28%；進(jìn)口額106.32億人民幣，同比2020年增長(zhǎng)5.69%，與2019年同比下降4.14%。進(jìn)口工具價(jià)格遠(yuǎn)高于出口價(jià)格。其中：涂層刀片的進(jìn)口平均價(jià)格約為出口平均價(jià)格的3.81倍，未涂層刀片為6.41倍，攻絲工具為10.03倍，銑刀為2.71倍，量具17.06倍。可見，工具國(guó)產(chǎn)化在未來具有很大的潛力。
5. 預(yù)測(cè)：刀具行業(yè)正處國(guó)產(chǎn)替代黃金時(shí)期，進(jìn)口替代空間約 110億元
圖7 全球工具市場(chǎng)預(yù)測(cè)
圖8 中國(guó)機(jī)床、刀具市場(chǎng)消費(fèi)規(guī)模
全球金屬切削工具市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到237.3億美元，預(yù)計(jì)在2020至2027年間將保持4.8%年復(fù)合增長(zhǎng)率，并在 2027年達(dá)到 329.5 億美元。中國(guó)刀具消費(fèi)規(guī)模在2005至2020年間保持7.75%年復(fù)合增長(zhǎng)率，2020年約為421億元。考慮制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)趨勢(shì)不改，“十四五”期間刀具消費(fèi)市場(chǎng)有望迎來進(jìn)一步增長(zhǎng)，邁上新的臺(tái)階。
發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控刀具與數(shù)控機(jī)床協(xié)調(diào)發(fā)展，刀具消費(fèi)額約為機(jī)床消費(fèi)額的50%左右，而國(guó)內(nèi)由于機(jī)床總數(shù)控化率較低，刀具消費(fèi)額占比較低。假設(shè)伴隨中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，2030年中國(guó)刀具消費(fèi)在機(jī)床消費(fèi)額占比有望達(dá)到37%，同時(shí)中國(guó)機(jī)床消費(fèi)額以 1.5%年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，中國(guó)刀具市場(chǎng)規(guī)模有望在2030年達(dá)到631億元，2020至2030年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)4.14%。
高質(zhì)量發(fā)展是中國(guó)刀具行業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求。每年百億的進(jìn)口刀具主要應(yīng)用在一些加工精度和質(zhì)量要求高、一致性要求好的重點(diǎn)領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)刀具任重而道遠(yuǎn)。刀具制作涉及材料、設(shè)計(jì)和成形，以及涂層表面強(qiáng)化這三大方面。這些年，在刀具材料領(lǐng)域，通用及一般高性能材料基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)口，發(fā)展較為迅速。但在后兩個(gè)方面，迫切需要加大能力提升。包括人才、裝備和工藝等各個(gè)方面，都需進(jìn)行升級(jí)，增強(qiáng)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新力量和服務(wù)能級(jí)。
二、國(guó)產(chǎn)通用切削刀具簡(jiǎn)介
國(guó)產(chǎn)通用刀具包括孔加工刀具、螺紋刀具、銑鉸刀具、數(shù)控硬質(zhì)合金刀具、復(fù)雜刀具以及刀片等。這些刀具，按照相應(yīng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于加工對(duì)象和精度等級(jí)要求，形成了各自具有自身特點(diǎn)的系列產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的有效需求。
孔加工刀具，包括采用ISO、DIN、GB/T等標(biāo)準(zhǔn)的直柄麻花鉆、錐柄麻花鉆、階梯麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、深孔鉆、不銹鋼專用麻花鉆、中心鉆和直柄小麻花鉆等各類刀具，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工業(yè)對(duì)各種被加工材料孔的切削加工。制造材料逐漸由熔煉鋼向噴射鋼、粉末鋼升級(jí)換代。
螺紋刀具，包括采用ISO、DIN、GB/T等標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)用絲錐、手用絲錐、擠壓絲錐、螺尖絲錐、管螺紋刀具、搓絲板、板牙等各類刀具，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工業(yè)對(duì)各種被加工材料的內(nèi)、外螺紋切削加工。通過對(duì)比進(jìn)出口刀具價(jià)格可知，進(jìn)口螺紋刀具的平均售價(jià)為國(guó)產(chǎn)刀具的10倍以上，這類刀具，也是國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域之一。國(guó)內(nèi)上海工具廠基于自身積累和研發(fā)，專注行業(yè)需求，先后開發(fā)出了滿足不同行業(yè)和材料加工特性需求的絲錐系列，包括：DIN標(biāo)準(zhǔn)高性能螺旋槽絲錐系列、JIS標(biāo)準(zhǔn)高性能螺旋槽絲錐系列、統(tǒng)一螺旋槽絲錐系列、馬氏體不銹鋼專用絲錐系列、硅鋁合金專用絲錐系列、通用螺旋槽絲錐系列、大規(guī)格螺旋槽絲錐系列、DIN標(biāo)準(zhǔn)高性能螺尖絲錐系列、JIS標(biāo)準(zhǔn)高性能螺尖絲錐系列、普通螺尖絲錐系列、高性能螺尖絲錐系列、灰鑄鐵專用絲錐系列、高釩高速鋼螺旋槽絲錐系列等，很好地滿足了市場(chǎng)需求。
圖9 多種系列螺紋刀具
數(shù)控硬質(zhì)合金刀具，包括采用ISO、DIN、GB/T 等標(biāo)準(zhǔn)制造的各種整體或焊接式硬質(zhì)合金鉆頭、鉸刀、立銑刀和成型刀具等，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車、模具、航空航天和電子通訊等行業(yè)的高精度、高效率和高速加工領(lǐng)域。
數(shù)控刀片，包含銑削刀片、鉆削刀片、車削刀片、螺紋刀片、切斷切槽刀片以及針對(duì)特殊材料加工的刀片，例如株鉆研制的難加工材料高溫合金YBS系列刀片等，發(fā)展非常迅速。
復(fù)雜刀具，包括拉削刀具、齒輪刀具、冷擠壓成形刀具，圓形拉削刀具，平面拉削刀具，滾刀、插齒刀、剃齒刀、齒輪銑刀，輪槽銑刀，花鍵搓齒刀、螺紋搓齒刀，花鍵量規(guī)量?jī)x等。目前，在復(fù)雜刀具領(lǐng)域，體現(xiàn)兩個(gè)特點(diǎn)，一為刀具制作材料升級(jí)較快，二為精度等級(jí)要求越來越高。
三、切削刀具典型應(yīng)用及解決方案
汽車和航空是刀具應(yīng)用的兩大典型領(lǐng)域。汽車領(lǐng)域，刀具應(yīng)用量大面廣，在一定程度上，汽車行業(yè)的增長(zhǎng)波動(dòng)將對(duì)刀具行業(yè)的發(fā)展帶來非常大的影響。涉及汽車領(lǐng)域加工的，包括缸體缸蓋、凸臺(tái)、曲軸、油孔、凸輪軸、連桿、剎車盤、方向機(jī)扭桿組合、轉(zhuǎn)向機(jī)萬向節(jié)球道、汽車保險(xiǎn)杠注塑模加工、電磁閥加工等等，加工零件多，加工工序復(fù)雜及材料多樣，刀具品種多樣，涉及鉆、攻、鉸、銑、鏜、車、深孔等多種加工，對(duì)刀具質(zhì)量要求非常高。可以說，汽車加工用刀具的制造水平在一定程度上代表著這個(gè)國(guó)家的刀具發(fā)展水平。目前國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域基本能夠提供完整的解決方案。
航空用刀具是快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域之一，涉及復(fù)材加工刀具、飛機(jī)制造刀具以及飛機(jī)總裝刀具等。從加工零部件分析，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、腹板、滑軌、機(jī)身蒙皮、垂尾、扁尾、機(jī)翼、起落架等；從被加工材料分析，包含高溫合金、鈦合金、不銹鋼、鋁合金、鈦鋁合金、復(fù)材、復(fù)材疊層等各種易切削和不易切削的難加工材料，尤其是鎳基高溫合金和復(fù)材、復(fù)材加疊層的加工，對(duì)刀具質(zhì)量和刀具涂層要求非常高。鎳基高溫合金加工一般要求高硬度抗高溫氧化涂層刀具，而復(fù)材加工要求結(jié)合力良好的金剛石涂層刀具。從加工方式分析，飛機(jī)零部件加工涉及銑、鉆、锪、鉸、攻等不同工序，其中，裝配用刀具涉及鉆、锪、鉸或鉆锪、鉆锪鉸一體刀具較多。國(guó)內(nèi)近幾年在航空領(lǐng)域刀具開發(fā)上投入的力量比較大，包括國(guó)家層面的專項(xiàng)支持。國(guó)內(nèi)著名工具企業(yè)包括上工、株鉆等都在該領(lǐng)域開發(fā)了一系列的專用刀具，其中，上工還發(fā)布了國(guó)內(nèi)最為完整的航空航天用刀具樣冊(cè)，對(duì)推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步發(fā)揮重要作用。
圖10 航空刀具圖
下面結(jié)合航空和汽車領(lǐng)域加工，介紹上工的兩個(gè)典型加工案例。
案例1：虛擬五軸柔性加工機(jī)床配刀
圖11 虛擬五軸柔性加工
刀具采用硬質(zhì)合金制造并配以金剛石涂層及獨(dú)特鉆形設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高耐磨性和低切削力，在航空、航天復(fù)合疊層材料加工中，可有效應(yīng)對(duì)纖維化碎屑不容易排屑、散熱，以及刀具易磨損的現(xiàn)象。該刀具可實(shí)現(xiàn)鉚釘孔的鉆、擴(kuò)、鉸、锪窩一次成形。
案例2：發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺紋加工
表1 加工參數(shù)一覽表
圖12 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺紋加工
刀具采用特殊截形設(shè)計(jì)，由五軸機(jī)床制作，確保了設(shè)計(jì)與制作精度一致性。特殊的表面處理有利于提高納米硬質(zhì)薄膜的綜合性能。靶向熱處理工藝對(duì)提升刀具的內(nèi)在品質(zhì)起到重要作用。
四、最后
近幾年，國(guó)內(nèi)刀具行業(yè)整體發(fā)展態(tài)勢(shì)較好，國(guó)產(chǎn)刀具在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額從10年前的66%發(fā)展到如今的75%左右，且出口比例也處于上升趨勢(shì)，對(duì)支撐國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了重要作用。未來，在提升安全、有效、可靠供給的背景下，國(guó)產(chǎn)化的道路還很長(zhǎng)。畢竟，越到后面，骨頭越難啃，要求越高。為此，希望各工具企業(yè)一方面加強(qiáng)自身管理和人才培養(yǎng)，提高盈利水平；另一方面加強(qiáng)上下游協(xié)同發(fā)展，只有上下游聯(lián)動(dòng)，行業(yè)才會(huì)健康持續(xù)發(fā)展。
作者：蕭偉鋒（協(xié)會(huì)行發(fā)委） 責(zé)編：張芳麗
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