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  • 现代高效切削刀具对提高制造业竞争力的重大作用
  •   上世纪七十年代末到八十年代初,由于微电子技术的飞速进展,现代数字化制造技术和装备也获得了空前发展和广泛应用,极大地推动了制造业劳动生产率的提高,使制造业的发展进入了一个新时代:由主要依靠劳动能力的改善转向主要依靠科技进步。新技术的应用使制造业劳动生产率的增长速度大大加快。

      我们知道,不断追求劳动生产率的提高,是制造业永恒的主题,这是由制造业自身的生存和发展需要所决定的。国际经合组织(OECD)的调查结果表明,价格的变化要滞后于成本的增加,从而形成“生产率差距”,这是对制造业的一种长期挑战。

      现代数字化制造技术就是为了满足制造业提高生产率的需求而发展起来的。作为一个完整的制造技术体系,现代数字化制造技术主要由数控机床、数控量仪和数控刀具(国际上习称“现代高效刀具”)三部分组成。这三个子系统既独立发展,又相辅相成、互相促进,不断推动制造业劳动生产率的提高。

      以现代高效刀具为例,尽管其价格大大高于传统的标准刀具,但由于其优良的性能,使加工质量和加工效率大幅度提高,从而使制造业提高了劳动生产率,降低了生产成本,获得了更大收益,其效益杠杆比达到五倍以上。例如,美国每年的刀具消费额为30多亿美元,而制造业因提高效率、降低成本而获得的收益却达到150亿美元。

      与此同时,现代高效刀具对解决长期困扰制造业的重大环保难题——大量使用冷却润滑液造成的环境污染——也提供了有效的解决途径。通过刀具基体材料和涂层技术的突破性改进,以及刀具切削参数的优化设计,使高速切削实现了仅使用微量润滑液的MQL加工和完全不使用冷却液的干式加工。在发达国家,冷却液的使用和无害化处理费用达到制造成本的15%,为刀具费用的4-5倍。实现微量润滑和干式加工,对大幅降低制造成本和实现绿色加工发挥了决定性的作用。刀具和冷却液在生产成本中所占比重如图1 所示。

      另外,近年来制造业的发展经验证明,在经济繁荣时期,为了应对需求增长、满足市场需要,在一定条件下,通过改进刀具、提高效率来增加产能,比通过增加厂房、设备和工人来扩张产能更为合理,而且可以大大降低经济低迷时期产能闲置的风险。

      由此可见,现代高效刀具对于充分发挥数字化制造技术的综合优势,起着关键而不可替代的作用。

      但是,在我国数字化制造技术的发展过程中,存在一个认识上的误区:简单地把数控机床看成是数字化制造技术的全部,认为刀具和量仪只是机床的“附件”而已,只要把主机抓好了,附件就自然能跟着上去。这种认识忽略了对数控刀具和数控量仪应有的重视和投入,其结果是我国现代切削刀具和测量技术的发展滞后于机床的发展。国内外的发展经验证明,数字化制造技术系统内部各子系统之间发展不平衡,会大大影响其整体效率和效益的发挥。

      在发达国家,采用高效刀具来发挥数字化制造技术的潜力已成为共识。现代高效刀具的开发和应用受到高度重视。从2007年我国与几个主要发达国家机床与刀具消费额的对比(表1),可以看出存在的巨大差异。

      从表1可以看出,发达国家每年的刀具消费额约为机床消费额的50%左右。大大高于中国制造业刀具消费的比重。从全球范围来看,2008年,机床消费达到850亿美元的水平,而刀具消费也创下了210亿美元的新高,刀具消费与机床消费比重的全球平均水平约为25%。在我国,机床消费已连续七年高居世界第一,2008年更达到了194.4亿美元的创记录水平。我国刀具消费额也首次超过各主要发达国家,达到40亿美元。但是,相对于我国制造业庞大的机床消费规模而言,刀具消费水平仍大大偏低,仅为机床消费的20%。这一比重不但远低于发达国家,也低于世界平均水平。这就说明,在我国的刀具消费中,廉价而低效的传统刀具仍占主流,机床功能远未得到充分发挥,制造业提高劳动生产率的潜力巨大。这既是中国工具工业的差距所在,也是中国工具工业的用武之地。发展现代高效刀具,替代廉价、低效的传统刀具,是中国制造业提高竞争力的必由之路。

      国际、国内现代工具产业的发展简况

      在国际上,现代高效刀具(国内习惯称为“数控刀具”)是伴随着现代制造业的需求而发展起来的。在上世纪六、七十年代,各主要发达国家先后完成了后工业化发展阶段,进入了新经济时代。信息技术迅速渗透到各行各业。在制造业,以现代数字化制造技术和装备替代和更新传统技术和装备也成为潮流。在此背景下,过去与机床配套的、千篇一律的传统标准刀具已经完全不能适应制造业新的发展需要。于是,大约在三十年前,发达国家的工具工业在制造业新需求的强劲带动下,经历了一场从生产传统标准刀具到现代高效刀具的深刻变革。首先,在轿车制造业,大量采用“高精度、高效率、高可靠性和专用化”的现代高效刀具替代传统标准刀具,使生产效率获得极大提高。从此,现代高效刀具的发展势如破竹,迅速推广到各行各业,成为工具技术发展的主流。

      现代高效刀具是现代数字化制造技术的一个有机组成部分,其中包括作为主流产品的硬质合金刀具和正在发展中的超硬刀具(金刚石、立方氮化硼刀具),以及应用于特定领域的高速钢刀具。在发达国家,硬质合金刀具已占全部刀具销售的70%以上。

      现代高效刀具的使用领域中,汽车和通用机械是最大的消费者,航空航天工业紧跟其后,名列第3(见图2)。

      在我国,直到上世纪末,现代高效刀具一直发展缓慢。工具工业向制造业提供的基本上是传统的标准高速钢刀具和少量硬质合金刀具,相当于发达国家三十年前工具工业转型前的水平。但进入新世纪以来,随着我国新一轮的经济增长,制造业现代化的步伐加快,我国数字化制造技术和装备(包括数控机床、配套功能部件、数控量仪和现代高效刀具)也获得了快速发展。上世纪末,我国金切机床年产量已达19万台,但其中数控机床仅有1.4万台;当时,以新型硬质合金刀具为代表的现代高效刀具亦不足全部刀具销售的15%,且水平较低。到2007年,我国数控机床产量已达到12.32万台,产值数控化率达到43.7%;与此相匹配的高效硬质合金刀具的比重亦上升到占全部刀具销售的40.3%。由此可见,进入新世纪以来,我国数控机床和高效刀具取得了快速发展。目前,国产化的现代高效刀具已经批量进入汽车、模具、航空航天、发电装备、通用机械等各个行业。部分产品的性能已达到或接近国际先进水平,有效地打破了进口刀具在一些领域的垄断地位,为我国高效刀具市场的规范竞争作出了贡献。

      更须指出的是,国产高效硬质合金刀具的发展突破了长期徘徊不前的局面,获得了高速发展,连续几年增长率都超过30%,远高于传统高速钢刀具的增长速度。这种可喜的变化标志着,进入新世纪以来,我国工具工业已经开始了从传统标准刀具向现代高效刀具的转型,进入了崭新的发展轨道。当然,工具行业近年来取得的进展,与制造业的发展需要相比仍有很大差距。广大工具企业必须认清发展趋势,坚定不移地加速现代高效刀具的发展进程。

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