刀具产业:逐鹿高端,大有可为

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  自古以来,中华民族在处理生产工作的问题上,便有着“工欲善其事,必先利器”的至理名言。对于高端数控机床来说,若把它比作一架能演奏美妙音乐的钢琴的话,那么它所配属的高端硬质合金精密刀具就像是决定音色好坏的调音器,想要奏响华美的工业之音,把握刀具产业尤其是高端刀具的发展进化至关重要。有人也把刀具比作是机床的“牙齿”,因为无论是什么样的金属切削机床,都必须依靠这个“牙齿”才能发挥作用,刀具性能和质量直接影响到数百万台机床生产效率的高低和加工质量的好坏,直接影响到整个机械制造业甚至一个国家的制造业生产技术水平。
  效益出在刀刃上
  美国专家兹拉丁曾说:“一台价值25万美元的CN机床,其效率的发挥在很大程度上取决于一把价值30美元立铣刀的性能”。作为“工业母机”的牙齿,元件的生产加工无论粗细手段都离不开刀具的使用。就连尺寸也不例外,粗加工重达30吨的一根20万千瓦发电机转子轴,锻件毛坯60—70吨,废切屑占了毛重50%以上,需要高效率的机床刀具。精加工一个重型精密大齿轮,这把刀具必须是一把高性能高精度的滚刀。刀具的应用范围广泛,切削与机床方面的专家曾对切削刀具的作用作出评论:“改进刀具对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削刀具是降低生产成本,获得主要经济效益的关键。”
  据统计,刀具费用只占制造成本2.4—4%,但它却直接影响占制造成本里边20%的机床费用和38%的人工费用。现代科技水平的提高,设备更新换代速度越来越加快,数据表明,我国正式投入使用的机床保有量大约有800万台,其中每年以3%的速度淘汰部分老旧机床,再加上对其它一些因为事故损坏的机床,这其中隐含的刀具市场便相当庞大了。
  我国的机床保有量对于刀具来说,始终存在较大的市场空间,我国刀具市场每年便以两位数的规模速度增长。机械设备产业为产业升级想要在短期内快速提升,并且达到较好的成本控制,大多都靠改进刀具挖掘潜力。对于机床产业而言,有数据统计资料显示,机床与刀具投入比为9:1到7:3。只要刀具投资到位,刀具带来的性能提升是相当可观的。刀具对提高机床的切削速度和进给速度有着关键作用。每提高1 5—20%可降低制造成本10—15%。宝刀须利刃,数控机床要想高效运转,要把钱花在“刀刃”上,发展性能好的刀具,在刀具上下功夫对提高生产效率与产品质量有着重要意义。
  刀具对于在我国产业升级的重要性决定了我国刀具市场将大有可为。随着我国产业结构的升级计划陆续展开,我国在一些重要的制造业领域,例如的汽车制造、航空航天、现代兵器制造、高效节能的超临界发电设备、新能源装备、大型精密模具制造等,都需要生产技术与方式的更新换代,而这些新兴制造业领域的关键加工技术,都需要高性能的刀具来满足。国际模协秘书长罗百辉分析认为,未来五年刀具行业将迎来其高速发展时期,我国刀具行业面临着由低端产品向高端产品过渡的时期。
  核心突破 成果斐然
  放眼全球,大力发展数控加工技术及装备,是各国政府发展本国制造业的战略着眼点。用数控装备武装现代工业和改造传统工业实现数字化生产是全球制造业发展的方向。随着制造业的持续发展,为制造业提供关键装备的刀具行业必将快速、稳步发展。改革开放以来,我国制造业的发展举世瞩目,机床总产量和技术水平已迈入世界第一方阵,机床的进口消费量近年已达世界之首,800万机床保有量超过美国日本的机床总和,中国已经成为真正的制造大国。
  我国是机械制造大国,我国刀具行业为机械制造业的发展做了大量的工作,取得了很多的成果,但随着切削加工速度的提高,难切削加工材料的大量使用,数控设备的普及,对切削加工刀具的要求越来越高。把握刀具产业尤其是高端刀具的发展进化至关重要。我国在高端机床和高端刀具领域的技术方面我国和国外相比仍存在差距,但中国科研人员在逐鹿高端的道路从未放弃。
  近期,据《中国工业报》报道,我国在涂层刀具领域取得了核心技术的突破,成果斐然。株洲钻石公司自主研发的专项素描Ti-Al-X-N新型涂层技术实现成功应用。此项技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔Ti-Al-X-N涂层,从而达到减少刀具磨损,延长寿命,提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果之一。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性。原因是涂层材料作为化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,从而减少了磨损,使得刀具寿命提高3~10倍以上,切削速度提高20%~100%。可以说,薄薄一层涂料承载着刀具的核心技术。
  专家指出,在实际应用中,特别是汽车装备制造领域的机床切削刀具,涂层刀具所占的比例高达到80%。该项产品的技术在高端刀具领域占有重要位置,但其长期被国外企业所垄断。
  Ti-Al-X-N涂层的研制成功,使我国打破了国外企业在高端刀具涂层技术领域的垄断,提高了高档涂层刀具的国产化率,为汽车、航空等重点用户提高生产效率、降低生产成本打下了坚实基础。此项关键的涂层技术上取得突破,使汽车发动机缸体某关键部件加工的刀具成本降低了30%,将其典型用户——奇瑞汽车的发动机加工刀具国产化率从20%提升至47%,在替代进口,满足重点行业急需方面具有重大意义。同时这次的Ti-Al-X-N新型涂层技术是一项彻底的自主研发成果,该技术研发团队获得的9项专利全部为发明专利。所有的指标均达到或已经超过了国际同类产品先进水平。
  先进制造领航 刀具业大有可为
  在大国“强”起的征程中,引领者在哪里?
  今年3月召开的“2013先进制造业大会”上,与会专家们一致投票给“先进制造”。中国机械工业联合会特别顾问朱森第这样定义先进制造:它是不断吸收信息、机械、材料以及现代管理等方面的高新技术,并将这些先进的技术综合应用于制造的各个环节和全过程,实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,从而取得很好经济社会和市场效益的制造业总称。“先进制造业是我国制造业转型升级的重要途径,它必然会成为我国参与国际竞争的先导力量。”他强调。