金屬加工雜志社 趙宇龍 執(zhí)筆

前言

第三屆切削刀具用戶調(diào)查是金屬加工雜志社在2002年、2008年全國范圍內(nèi)的第一屆、第二屆“切削刀具用戶調(diào)查”基礎(chǔ)上再次進(jìn)行的，自2013年4月啟動，歷時半年，利用網(wǎng)絡(luò)、郵發(fā)和電話等多種渠道進(jìn)行刀具用戶調(diào)查，領(lǐng)域覆蓋汽車、航空、航天、軌道交通、能源、電力、模具等行業(yè)，截止到2013年年底共收到有效問卷近千份。

前兩屆調(diào)查在行業(yè)內(nèi)掀起了巨大波瀾，對刀具生產(chǎn)、刀具使用等方面都有著指引作用。那么時隔五年，刀具市場和技術(shù)發(fā)生了哪些變化？用戶對刀具又有哪些新要求呢？本屆調(diào)查報告以回收的問卷樣本為基礎(chǔ)，以科學(xué)的方法對反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，力求真實(shí)地反映刀具市場情況和用戶需求，為行業(yè)和企業(yè)制定產(chǎn)品和市場策略提供借鑒。

圖1 企業(yè)性質(zhì)

圖2 所屬部門

調(diào)查對象分析

1.所在企業(yè)性質(zhì)

問卷將企業(yè)劃分為國有企業(yè)、民營企業(yè)、外資企業(yè)和港澳臺資企業(yè)，結(jié)果如圖1所示。

2.所在部門

由圖2可知，72％被調(diào)查者來自工藝制造部門，工藝制造部是刀具的管理或直接使用者，對刀具品牌的選擇起著決定作用。

3.所在企業(yè)人數(shù)

調(diào)查問卷大部分來自大中型企業(yè)，問卷來自500人以上的企業(yè)占到58％，如圖3所示。

4.所屬行業(yè)

由調(diào)查可知，來自普通機(jī)械加工、汽車摩托車、機(jī)床工具、工程機(jī)械和模具行業(yè)用戶共占到75％，而這些行業(yè)也是刀具的使用大戶，調(diào)查問卷具有一定代表性。如圖4所示。

圖3 企業(yè)規(guī)模

圖4 所屬行業(yè)

刀具材料

刀具材料一般有硬質(zhì)合金 、高速鋼、陶瓷、立方氮化硼、金剛石等，問卷希望用戶對所用的刀具材料由多到少進(jìn)行排序，并結(jié)合前兩屆的調(diào)查結(jié)果，從而了解刀具材料的發(fā)展過程。結(jié)果如圖5所示。

統(tǒng)計顯示，硬質(zhì)合金和高速鋼仍是刀具的兩大材料，和前兩屆相比，先后順序區(qū)別不大。和2002年第一屆相比，涂層刀具的應(yīng)用有增加的趨勢。涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（HSS）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物（也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而獲得的。涂層作為一個化學(xué)屏障和熱屏障，涂層刀具的構(gòu)成減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了月牙槽磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性，切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命3～5倍以上，提高切削速度20％～70％，提高加工精度0.5～1級，降低刀具消耗費(fèi)用20％～50％。涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具、以及在陶瓷和超硬材料（金剛石或立方氮化硼）刀片上的涂層刀具。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度（可提高10％以上），可減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

圖5 刀具材料

工件材料

問卷設(shè)計為一道排序題，用戶對以下所加工的材料鋁（鎂）合金，不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金等難加工材料，碳纖維復(fù)合材料 ，普通鋼，鑄鐵進(jìn)行先后排序，結(jié)果如圖6所示。

工件的主要材料中排在前兩位的依然是普通鋼（35％）和鑄鐵（24％），二者之和（59％）占到一半以上。值得注意的是，不銹鋼、耐熱鋼和鈦合金等難加工材料達(dá)到了21％，這些材料對刀具性能的要求進(jìn)一步提高。

難加工材料的特點(diǎn)是：刀具壽命低，切削力大，切削溫度高，加工表面粗糙，切屑難于處理。以不銹鋼和耐熱鋼為例，這兩類材料大多塑性很大，切削變形系數(shù)大，加工硬化傾向大，切削后，不銹鋼硬化程度可達(dá)240％～320％，硬化層深度可達(dá)背吃刀量的1/3；高溫合金的硬化程度可達(dá)200％～500％。

不銹鋼的切削加工性較差，其加工性約是45 鋼的1/2，切削時需選用紅硬性高、抗彎強(qiáng)度高、耐磨、導(dǎo)熱性好、抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散和抗氧化磨損性好的刀具材料。因此，常選用YG類及含Ta（N b）C的YG類硬質(zhì)合金。粗車時可選用YG8或者YC6，若用YG8N和813硬質(zhì)合金，能大大地提高刀具耐用度。在連續(xù)切削條件下的高速精車或半精車宜選用YT5、YTl5、798、YW l和YW 2等硬質(zhì)合金。

加工鈦合金的理想刀具材料必須同時具備較高的熱硬度，良好的韌性、耐磨性，高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的化學(xué)活性。切削鈦合金時宜選用與鈦化學(xué)親和作用小、導(dǎo)熱系數(shù)高、強(qiáng)度大、晶粒度小的鎢鈷類硬質(zhì)合金作刀具材料，以不含或少含TiC的硬質(zhì)合金為宜，如YG 8、YG 3、YG 6X、YG6A、813、643M、Y S2、YD15、YG10H 等牌號。若用金剛石和立方氮化硼切削鈦合金效果更好，這是因?yàn)榈毒邔?dǎo)熱性高、抗粘結(jié)、刀刃鋒利。但是金剛石和立方氮化硼刀具在價格上比較昂貴，所以在實(shí)際切削鈦合金材料時，還是以硬質(zhì)合金刀具為主。

圖6 工件材料

另外，淬硬鋼也是典型的難加工材料，這類工件經(jīng)淬火處理后硬度高達(dá)50～65H RC，并且具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞磨損能力。淬硬鋼的切削加工性差、強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、導(dǎo)熱性差，因此給切削加工造成很大困難。切削淬硬鋼時宜選用紅硬性高、耐磨、導(dǎo)熱性好的刀具，可以選用硬質(zhì)合金、陶瓷和立方氮化硼作為刀具材料。用硬質(zhì)合金時，一般以含TaC（Nb C）的K類和M類硬質(zhì)合金為好，可選用600、610、767、726、712、YW 1、YW 2、YN 05、YT05等牌號。由于陶瓷刀具耐磨耐熱性好，切削時不僅可以提高刀具耐用度，還可在更高的切削速度范圍內(nèi)切削，從而提高生產(chǎn)率，這是硬質(zhì)合金刀具所不能比擬的。

刀具費(fèi)用占總生產(chǎn)成本的比例

在生產(chǎn)中，刀具成費(fèi)用在生產(chǎn)占有較大的比例，一些大型企業(yè)如汽輪機(jī)企業(yè)每年的刀具購置費(fèi)都在億元以上。本屆調(diào)查將刀具成本生產(chǎn)成本的比例分為6個層次，分別為1％以下、1％～2％、2％～3％、3％～4％、4％～5％和5％以上。統(tǒng)計結(jié)果如圖7所示。統(tǒng)計表明，有27％用戶選擇刀具費(fèi)用占到總生產(chǎn)成本的2％～3％，有25％的用戶選擇4％～5％。

圖7 刀具費(fèi)用

圖8 兩次調(diào)查刀具費(fèi)用對比

對比上一屆的調(diào)查就會發(fā)現(xiàn)（見圖8），從選擇4％～5％這個選項(xiàng)中，用戶已從上一屆調(diào)查的12％上升到25％，說明對刀具投入的重視程度越來越高。事實(shí)上，許多用戶從提高切削質(zhì)量和效率角度考慮，更多地采用高效刀具，從而導(dǎo)致刀具費(fèi)用的提高。

如果將刀具費(fèi)用和機(jī)床費(fèi)用相比的話，據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達(dá)國家每年的刀具消費(fèi)額約為機(jī)床消費(fèi)額的50％左右。大大高于中國制造業(yè)刀具消費(fèi)的比重。從全球范圍來看，2008年，機(jī)床消費(fèi)達(dá)到850億美元的水平，而刀具消費(fèi)也創(chuàng)下了210億美元的新高，刀具消費(fèi)與機(jī)床消費(fèi)比重的全球平均水平約為25％。在我國，機(jī)床消費(fèi)已連續(xù)七年高居世界第一，2008年更達(dá)到了194.4億美元的創(chuàng)記錄水平。我國刀具消費(fèi)額也首次超過各主要發(fā)達(dá)國家，達(dá)到40億美元。但是，相對于我國制造業(yè)龐大的機(jī)床消費(fèi)規(guī)模而言，刀具消費(fèi)水平仍大大偏低，僅為機(jī)床消費(fèi)的20％。這一比重不但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，也低于世界平均水平。這就說明，在我國的刀具消費(fèi)中，廉價而低效的傳統(tǒng)刀具仍占主流，機(jī)床功能遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮，制造業(yè)提高勞動生產(chǎn)率的潛力巨大。這既是中國工具工業(yè)的差距所在，也是中國工具工業(yè)的用武之地。發(fā)展現(xiàn)代高效刀具，替代廉價、低效的傳統(tǒng)刀具，是中國制造業(yè)提高競爭力的必由之路。

使用國產(chǎn)刀具的比例

如圖9所示，有23％的用戶認(rèn)為，他們企業(yè)所用的國產(chǎn)刀具占到所用刀具的80％以上；有22％的用戶認(rèn)為，國產(chǎn)刀具占到60％～80％；有28％的用戶認(rèn)為國產(chǎn)刀具占到40％～60％。近幾年，國產(chǎn)刀具品牌市場取得了很大發(fā)展，在某些高端領(lǐng)域也有國產(chǎn)刀具取代了進(jìn)口，但整體來說，國產(chǎn)品牌刀具還有很大提升空間。據(jù)統(tǒng)計，2012年已居全球第一、高達(dá)330 億元的國內(nèi)刀具消費(fèi)市場上，盡管國產(chǎn)刀具以2/3 的市場份額占據(jù)我國刀具消費(fèi)市場主導(dǎo)地位，但其中以現(xiàn)代高效刀具為代表的高端國產(chǎn)刀具只有20 億元，而110 億元的進(jìn)口刀具中，絕大部分卻都是高端刀具。2013年1～11月進(jìn)口刀具額雖然同比下降0.49％，但仍達(dá)到12.5億美元。

圖9 國產(chǎn)刀具比例

圖10 信息來源

采購刀具的信息來源

在采購刀具的信息來源方面，被調(diào)查者對刀具推銷、習(xí)慣性購買、專業(yè)媒體、展會等進(jìn)行先后排序，最后，得到如圖10所示結(jié)果。調(diào)查表明，刀具廠商的業(yè)務(wù)推銷占到了首位。對比第一屆調(diào)查結(jié)果（見圖11），業(yè)務(wù)推銷已從12年前第一屆調(diào)查的第三位（17％）上升到本屆調(diào)查的第一位（28％），說明貼近用戶的服務(wù)越來越重要。業(yè)務(wù)員和用戶直接接觸，不僅了解客戶對刀具的需求，還了解到了產(chǎn)品和工藝，從而可以給客戶量身打造刀具解決方案，刀具的銷售已經(jīng)變成了解決方案的銷售。另外，在和用戶接觸的過程中，商家還可以給用戶提供快捷的銷售服務(wù)，如售前培訓(xùn)、售后技術(shù)跟蹤等。

圖11 信息來源結(jié)果對比

習(xí)慣性購買排在第二位習(xí)慣性購買是忠誠用戶的行為，而忠誠用戶則需要刀具廠商對自己的產(chǎn)品和服務(wù)精心培育，對品牌精心呵護(hù)，這樣，用戶才能成為某一刀具產(chǎn)品的“回頭客”。同樣，通過專業(yè)媒體，用戶獲得了大量刀具信息，專業(yè)媒體也是商家推廣品牌的重要渠道。

提高切削效率應(yīng)關(guān)注的主要因素

調(diào)查結(jié)果如圖12所示，用戶關(guān)注提高效率的因素依次為：采用復(fù)合多功能刀具、改進(jìn)工藝方案、優(yōu)化切削參數(shù)、改進(jìn)工裝夾具、減少輔助時間和選用大功率機(jī)床。

由此可見，采用復(fù)合多功能刀具、改進(jìn)工藝方案、優(yōu)化切削參數(shù)和改進(jìn)工裝夾具是提高切削效率的主要因素；選用大功率機(jī)床已從上屆的第一位幾乎降到本屆的倒數(shù)第一位；使用復(fù)合多功能刀具從上屆的第三位上升到本屆的第一位，由此看來，為客戶量身打造的復(fù)合刀具越來越有市場。

復(fù)合刀具通常是為了某一特定的零件而專門制造的能夠完成兩種或多種工序加工的專用刀具，由于進(jìn)行了專門設(shè)計，因此能夠達(dá)到與單一功能刀具相同的加工質(zhì)量水平。此外，由于加工時無需換刀，因此可以降低加工成本、優(yōu)化生產(chǎn)流程。復(fù)合刀具不僅意味著高的切削速度，還包括高效率和高可靠性。復(fù)合刀具的設(shè)計必須和零件工藝緊密結(jié)合，這要求刀具商非常了解用戶的產(chǎn)品工藝和機(jī)床設(shè)備。復(fù)合刀具是工件大批量化生產(chǎn)必不可少的利器。為了減小復(fù)合刀具的生產(chǎn)周期，建議刀具生產(chǎn)商提高復(fù)合刀具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

工藝是一個金屬加工企業(yè)的核心技術(shù)，是企業(yè)技術(shù)人員和操作工素質(zhì)的綜合體現(xiàn)。刀具可以買，機(jī)床可以買，但工藝無處可買。改進(jìn)工藝方案已成為企業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵方面。

切削參數(shù)一般指切削速度、進(jìn)刀量和吃刀深度，科學(xué)的切削參數(shù)可以提高切削效率，延長刀具壽命。國外的刀具品牌在這方面做得比較細(xì)，一般在刀具包裝上有詳細(xì)的切削參數(shù)，而國內(nèi)刀具品牌在這方面還有很大的進(jìn)步空間。刀具切削參數(shù)的選擇還要考慮現(xiàn)有機(jī)床的情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最好進(jìn)行試切，以制訂最科學(xué)的切削參數(shù)。從和一些國內(nèi)大型企業(yè)的技術(shù)人員交流來看，技術(shù)人員對切削參數(shù)的掌握還不熟練，需要刀具廠商對他們進(jìn)行培訓(xùn)才能更好地發(fā)揮刀具的潛能。

圖12 關(guān)注提高效率的因素

圖13 對刀具系統(tǒng)的重視程度

對工具系統(tǒng)的關(guān)注因素

工具系統(tǒng)的性能包括動平衡性，系統(tǒng)的靜、動剛性，系統(tǒng)精度，互換性和高壽命，用戶對以上指標(biāo)進(jìn)行排序，分析結(jié)果如圖13所示。

用戶對刀具系統(tǒng)的關(guān)注程度依次為高壽命、精度、剛性、互換性和動平衡性。本次的調(diào)查結(jié)果和上次幾乎一樣。

購買刀具關(guān)注的主要因素

用戶在購買某個品牌的刀具時，會從以下幾個方面分別考慮：切削性能、刀具壽命、供貨期、銷售人員素質(zhì)、價格、品牌及售前售后服務(wù)，問卷讓被調(diào)查者對以上因素的重視程度進(jìn)行排序。如果區(qū)分國產(chǎn)刀具和進(jìn)口刀具，對以上因素的重視程度又有哪些不同呢？結(jié)果如圖14所示。

從圖中可以看出，不管是購買國產(chǎn)刀具還是進(jìn)口刀具，用戶最關(guān)注的前三位是切削性能、刀具壽命和價格，而對服務(wù)、品牌和供貨期等三個因素，購買國產(chǎn)刀具和進(jìn)口刀具關(guān)注程度有所不同，購買國產(chǎn)刀具時更關(guān)注服務(wù)和品牌，購買進(jìn)口刀具時更關(guān)注品牌和供貨期。

我國是制造業(yè)大國，進(jìn)口刀具的品牌琳瑯滿目，因此如何在用戶當(dāng)中樹立品牌形象是進(jìn)口刀具商重點(diǎn)考慮的問題。品牌的塑造不僅靠產(chǎn)品的性能價格指標(biāo)，還要靠對產(chǎn)品全方位的宣傳。國產(chǎn)刀具則要在產(chǎn)品的服務(wù)包括售前培訓(xùn)、刀具方案的制定以及售后的信息反饋中加大投入。

圖14 對購買因素的重視程度

國內(nèi)外品牌的差距

近幾年，國產(chǎn)刀具品牌進(jìn)步很大，不管從刀具性價比還是從質(zhì)量可靠性上都有很大的提升，但和國外知名品牌相比還有不小的差距，這些差距具體體現(xiàn)在哪些方面呢？調(diào)查結(jié)果如圖15所示。

圖15 國內(nèi)外品牌的差距

由調(diào)查可知，和國外知名品牌相比，國內(nèi)品牌在切削穩(wěn)定性、切削效率、壽命、提供解決方案的能力方面還有較大差距。

切削穩(wěn)定性是指同種切削條件下同類型的刀具加工出合格的零件數(shù)量應(yīng)該是一致的，表現(xiàn)的結(jié)果就是所加工工件質(zhì)量的一致性，刀具磨損的一致性和刀具壽命的一致性。雖然影響切削穩(wěn)定性的因素很多，包括機(jī)床主軸的穩(wěn)定性、夾具的穩(wěn)定性等，但和國外知名品牌相比，國產(chǎn)刀具的切削穩(wěn)定性還要亟待提高。就刀具本身而言，刀體材料、熱處理硬度以及刀具角度的一致性都是影響切削穩(wěn)定性的重要因素，也是代表刀具質(zhì)量的重要參數(shù)，換句話說，切切實(shí)實(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高為用戶提供解決方案的能力是國內(nèi)刀具企業(yè)要努力的主要方向。

結(jié)語

經(jīng)過分析，我們可以總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）硬質(zhì)合金和高速鋼是刀具的兩大主要材料。和2002年第一屆調(diào)查相比，涂層刀具的應(yīng)用有增加的趨勢。

（2）工件材料排在前三位為普通碳鋼、鑄鐵和不銹鋼、耐熱鋼和鈦合金等難加工材料。

（3）對比2008年第二屆的調(diào)查就會發(fā)現(xiàn)，刀具占生產(chǎn)總成本的比例增加，這表明用戶對刀具的投入和高效刀具使用越來越重視。相對于我國制造業(yè)龐大的機(jī)床消費(fèi)和較少的刀具消費(fèi)而言，高效刀具的推廣亟待加強(qiáng)。

（4）采購刀具的信息來源排在前三名的依次為刀具推銷、習(xí)慣性購買和專業(yè)媒體。

（5）采用復(fù)合多功能刀具、改進(jìn)工藝方案、優(yōu)化切削參數(shù)和改進(jìn)工裝夾具是提高切削效率的主要因素。為客戶量身訂做高效率的復(fù)合刀具已成趨勢。

（6）不管是購買國產(chǎn)刀具還是進(jìn)口刀具，用戶最關(guān)注的前三位是切削性能、刀具壽命和價格，而對服務(wù)、品牌和供貨期等三個因素，購買國產(chǎn)刀具和進(jìn)口刀具關(guān)注程度有所不同，購買國產(chǎn)刀具時更關(guān)注服務(wù)和品牌，購買進(jìn)口刀具時更關(guān)注品牌和供貨期。建議國產(chǎn)刀具廠商要加大售前售后服務(wù)的投入，為用戶選用國產(chǎn)刀具解除后顧之憂；進(jìn)口刀具更要注重自身品牌的打造和個性化宣傳，這樣可使用戶在林林總總的刀具品牌中方便選擇。

（7）用戶認(rèn)為國產(chǎn)刀具對比進(jìn)口刀具的差距依次為切削穩(wěn)定性、切削效率、壽命和提供解決方案的能力。因此切切實(shí)實(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高為用戶提供解決方案的能力是國內(nèi)刀具企業(yè)要努力的主要方向。

本屆調(diào)查還評出了用戶滿意品牌，詳情請見本刊2014年第6期。對調(diào)查給予大力支持的專家和讀者，我們表示衷心的感謝！