我国机床工具产业作为装备制造业的重要支撑产业,是为国民经济各领域提供工作母机的基础产业,是国家综合实力和国家强盛的重要标志之一,具有基础性和战略性地位。机床工具行业为航空航天、国防军工、燃气轮机、能源装备、船舶、现代交通、农业机械、医疗器械、石油化工、特大型超重设备等重点行业、重点领域、重点工程提供基础技术装备,其中包括以高速、精密、复合、智能为特征的高档数控机床和具有高效率、高精度、高可靠性和专用化的“三高一专”数控刀具。
切削技术和刀具是装备制造业的基础工艺和装备,涵盖了机械加工的各个领域乃至各行各业。没有数控刀具,数控机床既不能发挥高效能,也不能制造出优质的机加工产品。切削技术和数控刀具的水平,直接关系着数控机床的效率高低、质量好坏和装备制造业的整体水平。因此,工具行业承担着提高我国切削加工技术进步和装备制造业水平的重任。
一个机械零部件的完整切削加工过程,是不同切削工艺组合,以多种的数控刀具为载体,与被加工工件作用,从而实现将工件毛坯加工成所需结构的完整过程。这个过程需要包括刀柄、刀体、切削耗材等一整套核心工具体系的协同配合才能完成,每类工具都扮演着举足轻重的作用。
从整体上来看,对于上述工具体系,我国的设计制造水平发展不平衡、不充分问题较为突出,整体与西方发达国家还存在着较大差距。从局部观察,我国数控刀具产业经过多年发展,已经逐步在刀片等切削耗材领域涌现出包括株洲钻石、厦门金鹭、欧科亿、华锐精密等在内的一批优秀企业,其技术能力已开始逐渐接近国际水准。而在高端刀柄、刀体领域,则明显落后,这在较大程度上制约了我国机械加工领域的整体技术水平。切削耗材对工件加工的成本、效率和精度起到较为重要的影响,而刀柄、刀体则直接决定了加工工艺能否作用于被加工工件,是影响加工效率和精度、导致机械加工领域“卡脖子”问题的症结所在。在这一细分领域的落后,直接导致我国在包括航空发动机、燃气轮机、精密齿轮等尖端装备制造加工板块严重依赖国外刀具产品。
促进我国各类数控刀具企业之间的平衡发展,在高端刀体、刀柄领域培育一批拥有一定国际竞争力的优势企业,将是实现我国机械加工产业高级化和产业链现代化的必要举措,也是打破我国尖端装备加工严重依赖西方加工工具这一尴尬局面,维护国家经济、产业安全的必要手段。
一、数控刀具市场概况
1.数控刀具产品的分类
从整个数控刀具的宏观维度来进行分类,大致可分为刀柄、刀体、切削耗材,每一类工具的具体功能如下:
(1)刀柄:俗称工具系统,是一端与机床主轴直联接,另一端与刀体或整体式刀具联接,将机床主轴的回转精度、转动扭矩传递给被加工工件的装置。刀柄设计制造的优劣直接决定了数控机床的加工性能能否有效、精准、稳定、持久地向被加工工件传递。
(2)刀体:刀体是一端与刀柄联接,另一端承载切削耗材,用于实现不同切削工艺的装置。通过不同的刀体结构设计,才能实现车、铣、镗、钻、磨等不同种类的加工工艺。刀体的结构设计和制造水平,一是直接决定了能否将特定加工工艺通过切削耗材作用于被加工工件的某个位置,即该工件能否被顺利制造;二是直接决定了在某一工件上完成某种加工工艺所需的有效功率,即决定了加工效率;三是在较大程度上决定了加工精度和精度维持能力,即该工件的精密程度。
由于不同的被加工工件,因其形状、结构、材质、复杂程度各不相同,在不同工件的不同加工位置上实现同一种类的加工工艺所需的刀体结构存在较大差异;同时,完成一个工件的加工,往往需要不同种类加工工艺的相互配合,进而需要设计不同结构的刀体,以满足加工需求;随着被加工工件种类的增加,所需要设计的刀体结构数量将呈现几何增长。所以,对刀体结构持续不断地优化迭代,从而在保证加工精度的同时,实现更高的加工效率,是数控刀具行业的关键和难点之一。
(3)切削耗材:直接与被加工工件发生相互作用的部分,主要包括不同类型的数控刀片、整体式合金刀具。通常,数控刀片以不同的压紧方式安装在刀体上;而整体式刀具根据被加工工件所需要的加工工艺不同,既可以安装在刀体上,也可直接与刀柄联接。按照材质不同对切削耗材进行分类,可以大致分为高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等产品。
2.数控刀具行业发展现状
(1)全球数控刀具行业领军企业
国际主要高端刀具品牌生产厂家以瑞典山特维克SANDVIK、德国瓦尔特WALTHER、瑞典三高SECO、美国肯纳KENNAMETAL、德国MAPAL、以色列伊斯卡ISCAR、日本三菱MITSUBISHI MATERIALS、韩国特固克TAEGUTEC、日本京瓷KYOCERA等国际巨头为代表,具有专业技术优势和细分市场等优势,在刀具材料、设计和制造工艺方面均已领先全球。用户涉及汽车、航空工业、采矿建筑行业、化工、石油和燃气、动力、纸浆纸张、居家用品、电子、医学技术,以及医疗行业的各个应用领域。全球跨国工具集团在全球范围内的发展格局呈现出“高起点、大投入、规模化、国际化”的特点,占有现代高效刀具约三分之二的市场份额。
(2)我国工具行业的排头兵企业
我国工具行业的领军企业主要以株洲钻石切削刀具股份有限公司、厦门金鹭特种合金有限公司、森泰(英格)成都数控刀具有限公司、株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司、上海工具厂有限公司、株洲华锐精密工具股份有限公司、北京沃尔德金刚石工具股份有限公司、恒锋工具股份有限公司、成都成量工具集团有限公司等国有、民营企业为代表。