刀具行业状况及发展趋势分析

    刀具制造商在全球原材料的上涨及经济全球化竞争对手数目不断增加的大环境下，以高品质产品加优良的服务为客户创造价值是竞争的要害．刀具制造商积极的为自身发展以及为整个行业的进步寻求未来出路。


　　不同区域的发展现状


　　从欧洲GDP增长率和工业产值，以及加工设备进出口及消费等多顶指标来看，斯洛伐克、捷克和波兰排名前三甲。而在全球范围内机床产值排名前三位的为日本、德国与中国，按机床消费排名前三位的则为中国、日本与美国。限制机床生产大国德国产业扩大的主要因素来自原材料成本的上升、人力资源缺乏与技术能力进步减缓而导致的定单减少，其中原材料问题是最主要的影响因素。制造刀具的主要原材料硬质合金和高速钢中的重要辅助原材料APT（Ammonium Paratungstate）是此次会议中的一个热点问题。APT的化学分子式为（NH4）[H2W12O42]4H2O，是生产钨制品的主要中间原料和市场交易形式。由世界主要刀具材料分布图可见，其中高速钢占到35％，硬质合金占15％。目前钨的主要产区在阿尔卑斯山、喜玛拉雅山脉以及太平洋周边地区。中国拥有60％的钨矿藏，国际市场上由于原材料紧缺，APT的价格在最近的几年中从每吨50美元涨到每吨250美元左右。而成本的增加终将转嫁到刀具终端用户身上。目前世界上相关的研究机构针对此类情况，正在进行积极研究，主要的研究方案是尽最大可能减少刀具中钨的用量，主要方法为只在刀具的要害部分使用钨或设计非凡的刀具几何外形。（数据来源：OECD，ifo-Institut，VDW，VDMA，National association，Gardner Publications，此数据不包含零部件）


　　从美国刀具协会的统计数据看，美国2006年的工业产值增长为4％，预计2007年为3.2％；2006年底机床产值增长为5.2％，预计2007年增长为4.5％；2006年机床消费量增长为29.9％，预计2007将为18％；金属加工业的增长率将持续缓步正增长，2008年有望进一步增长。从行业角度看，轿车和轻型卡车增长缓慢，2006年底为负增长（－4.2％），预计2007年可达到0.5％的微弱增长；重型卡车、建筑机械、农用机械及设备2006年为较大负增长，预计2007年增长速度将放缓．而2008年又将攀升；航空产品增长最为迅速，2006年底增长为22％，预计2007年增长为10％，2008年则为23％。从刀具行业的统计数据可以看出，未来硬质合金所占比率将逐步增大．而高速钢产品的比率将逐步减少。日本刀具协会的统计数据显示，中国已经成为世界上最大的机床消费国，紧接着为日本、美国、意大利等。亚洲经济增长迅速，根据亚洲开发银行的统计数据，中国2007年的GDP增长约为10％，印度约为8％。在良好的经济环境下，日本金属加工业近年也持续高增长，从刀具产值来看，硬质合金刀具的产量近年持续增长，而高速钢刀具开始呈现下降趋势，硬质合金的进出口量均显着增长，主要的出口对象为亚洲，其次为欧洲，然后为北美及其他地区。


　　全球机床销售的主要客户群依次为通用机械和汽车行业，各自约占35％，其次为航空、医疗和模具业，客户分布从10％到5％之间。从2006年不同组织的统计数据可以看出．在全球轿车行业增长中亚洲的贡献最大，其中中国以绝对领先的40％的增长令人瞩目，而同期全球平均增长率不到5％。


　　纳米技术前景广阔


　　西班牙科学研究机构Inasmet Technalia的欧洲项目经理Jose Luis Viviente博士负责纳米技术项目第二阶段，该项目侧重发展纳米技术在健康、航空、太空、汽车、能源等领城的应用。他以纳米技术是刀具的挑战为题，介绍了纳米技术的重要性以及在刀具领域的发展现状，纳米材料、纳米结构涂层、镀膜涂层技术等。纳米源自希腊语的%26ldquo；矮子%26rdquo；，1纳米等于10的负9次方米，纳米技术是指设计、生产能够将物质结构的外型及尺寸控制在纳米级的装置和系统，其范围界定在0.1～100nm范围内。纳米之所以重要主要有两点原因，一是其表面/体积比使其具备了独特的表面特性优势；二是量子效应。目前面对的挑战及需要改进的地方主要包括：机械和结构特性：硬度、强度、耐磨性；热和化学特性：耐热性、绝缘性、催化性；生物特性：适应性、杀虫特性；电子和光学特性：反射性、透明性等。乐观的估计，在未来7～8年间纳米技术所创造的价值将达到30亿美元，即使是悲观的估计也可达到10亿美元。


　　高速加工已被普遍认为是提高产量、降低制造成本的加工技术。干式加工或微量润滑概念是如今加工业为减少环保及生产成本的主要目标。对刀具制造商和涂层供给商而言，最重要的是生产率。切削性能（切削速度，单位时间切削量）提高20％，制造成本将减少15％。越来越严苛的加工要求需要刀具材料和涂层进一步发展，改善加工条件及改进刀具设计。在加工过程中，刀刃处会出现温度和机械力的骤然变化以及剧烈的化学反应．需要采用保护涂层以减少机械和热负载。近年来，（Ti，Al）涂层的硬质合金刀具在高性能刀具市场上已经占据了主导地位。在某些非凡应用场合的高需求促进了非凡涂层或精确涂层的发展。


　　纳米材料和纳米结构材料的主要形式有：原子簇、纳米粒子、纳米层、纳米纤维；多层式（层的厚度在纳术级范围内）；纳米结构涂层或纳米涂层；纳米结构的粒状材料等。纳米级涂层：涂层至少有一个尺寸（如晶粒或独立的层）小于100nm。纳米晶粒涂层比传统的粗粒涂层具有更低的磨损率、更高的硬度和强度，微小的颗粒尺寸改变了涂层的破裂形式和材料去除机制，但关健问题是在热应力下保持颗粒的尺寸。纳米混合涂层包含至少两个相位（晶相和非晶相）或两个结晶状态。尺寸、体积和纳米晶粒的分布以及非晶相的厚度需要优化，以找到在超硬度和强度间的平衡点，需要考虑热稳定性，在涂层过程中及后来的阶段显示出的非混合性、分解拐点和偏析现象。纳米多层结构由不同材料的纳米层交替组成，具有各向异性的特性，加强了单层镀层的性能，通过不同的交替层相互辅助，改善了涂层特性。薄膜沉积技术主要分为物理气相沉积和化学气相沉积，分别具有不同的优势及工艺特点。物理涂层具有高度一致的厚度，可提供理想的化学计量控制和相对低的沉积温度，答应整个表面同时进行涂层，但需要注重沉积率，控制内应力以限制涂层厚度，以及与基体的粘着力。化学气相沉积则具有一致的厚度和高沉积率，对复杂几何外型具有一致的沉积性，但其具有温度高、内应力大的问题。mag.stonebuy.com


　　世界上有多个学术研究机构或私人研究组织都在积极进行纳米技术的研究，如由德国航空中心组织开展的为期4年的INNOVATIAL项目，研究内容包括纳米结构高性能涂层的合成，以提供1000℃的环保温度，新的涂层结构如纳米多层、合成涂层和金属间相涂层（由高能量脉冲磁场喷涂）；进一步理解沉积参数和纳米结构、相关机械性能的相关性，如微量元素、内应力形式、扩散等，超硬特性的起源，强度及变形机制、氧化机制等。主要的两个应用领域为：y-TiAl基体，应用于航空、能源和汽车行业；钢、硬质合金和铸铁基体，应用范围更为广泛，如刀具制造、液压、能源及其他。而对市场，成本是最主要的挑战，必须实现真正的增值或新的功能，需要强调的是市场需求而不是技术的需求，供给商与用户的合作要害是成本和性能。


　　航空技术的发展趋势


　　英国Sheffield大学先进制造研究中心商务经理Adrian Allen先生介绍了在航空领城的未来发展趋势。其所在研究中心为Sheffield大学与Boeing公司共同组建，除了将科学理论转为实际制造，还为高级制造问题寻找增值的解决方案。Adrian Allen先生还拥有一间工程咨询公司。新型加工技术和设备以及IT和微电子技术的发展，在制造领域内提供了更高级的实践，对零件要求具有更优异的性能、更快的加工速度、更低的成本和更高的环保性，促进了材料科学的发展，理想的加工工艺要求具有高可靠性、高重复精度和可再现性。传统的飞机零件则为薄璧零件、大型一体化零件，普遍的低产量。在未来，合成材料和钛的应用将减少金属用量，并将大幅减少加工量。采用金属直接沉积成型工艺将生产大尺寸、近净型零件。其他具有潜力的技术还包括熔融成型、金属注塑模具、激光金属沉积技术、焊接技术、粉末冶金等。熔融成型可显着减少零件重量（如图所示引擎悬挂支撑可以减少50％的重量）。金属沉积成型则主要应用于快速原型、维修和复杂外型零件和混合元件，典型的应用为骨头移植零件的制造。


　　西班牙的刀具企业


　　为了对西班牙的刀具企业有更为直观的熟悉，主办方组织了参观当地工厂IZAR和TIVOLY。IZAR于1910年成立时就开始生产精密刀具（如钻头、立铣刀、扩孔钻、铰刀、丝锥和板牙等），在欧洲工业领域拥有一流的口碑。为了保证在切削和钻孔时具有最优性能，IZAR采用高品质的原料如HSS、HSSE和HSSE-8％Co、PMX和HM等。先进的刀具设计和外形确保了最佳的表面光洁度和切削性能。采用现代涂层技术使TiN涂层刀具的切削速度提高40％，TiAlN涂层刀具的切削速度提高75％。所有的产品都经过严格的品质检测，确保其在市场上的优良口碑，即使在最恶劣的加工条件下依可保持高效率。IZAR持续改进整体品质，例如采用ISO 9001：2000质量保证体系等。IZAR在中国设有分公司 TIVOLY工业集团致力于刀具及相关产品、服务的概念设计、生产和商业化，其总部设在法国，在西班牙、美国及中国均有制造工厂及分公司，在中国上海设有办事处，并在嘉定地区有制造工厂。TIVOLY集团总裁为Jean-Michel Tivoly先生，执行总裁为Marc Tivoly和Jean-Francois Tivoly兄弟。1999年通过了波音认证，其在美国的分公司是美国最大的丝锥生产私人企业。公司成立于1917年，凭借优秀的价值观和积极的行动，发展成为高速钢刀具类全球前10名企业，集团目前年销售额为7500万欧元，在全球有700名雇员。公司注重研发设计，以客户为导向并追求高品质产品，积极投身行业活动，与同行分享知识、经验和信息，聆听并尊重同行的观点与意见，坚守承诺，不断的超越自我。其主要的客户分布：DIY消费类35％，小型工业、维修、MRO、建筑及工艺制品类35％、工业生产领域30％。