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【涂协】面向2035年高端产品发展研究报告

来源:涂附磨具分会

时间:2020-05-09

涂附磨具 2035

摘要:国外涂附磨具已进入高精密、高效率、高寿命、绿色化的发展阶段。高性能的磨具需要先进的制造、检测装备来保障其性能、质量稳定性。随着高端、高性能磨具制品的发展,国外磨具制造、检测设备的发展趋势为自动化、智能化、节能化。

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01

产品发展方向。目前本行业现状,对标国际产品分析差距,明确发展目标,阐明确定目标的思路和依据(产品要从整个分行业考虑);


自20世纪60年代以来,欧、美、日等工业发达国家在砂带磨床技术及砂带制造技术方面有了新的突破,取得了巨大的成就,已进入向现代化发展的新阶段。从日用汤勺到宇航器件,各行各业无不竞相采用砂带磨削技术,新型机大量涌现,砂带磨床朝着小型化、便携性、智能精巧和强力、高效、大功率宽砂带磨床两个方向发展。


涂附磨具进行磨削加工,已成为这些发达国家获得高额经济效益的重要手段,砂带磨削的功能已远超出了除锈、粗磨、抛光等范围,并与特种加工方法和现代化技术紧密结合。国际知名的砂带品牌有美国3M、Norton,德国Hermes、VSM,韩国DEER和日本理研、NCABUFFALO等,著名的砂带磨床制造厂商有美国Cincinnati、EmersonElectric、Sundstand,德国Loser,瑞士ASEA等。砂带是涂附磨具磨削技术发展的关键和重要标志,是衡量一个国家磨削技术发展水平高低的标准。


国外涂附磨具已进入高精密、高效率、高寿命、绿色化的发展阶段。高性能的磨具需要先进的制造、检测装备来保障其性能、质量稳定性。随着高端、高性能磨具制品的发展,国外磨具制造、检测设备的发展趋势为自动化、智能化、节能化。


1.高精密


国外精密砂带在40μm以细粒度的产品方面占据国内主要市场,砂带磨削后的工件表面尺寸精度、形状精度和表面粗糙度与同类砂轮磨削相当,尺寸精度可达0.1μm,Ra值可达0.01μm,即达到镜面效果,磨削后的工件表面残余应力及冷硬程度仅为砂轮磨削的1/10。


汽车曲轴、凸轮轴、发动机叶片等都需要高精密砂带进行柔性加工,例如采用粒度40微米以细精密聚酯薄膜砂带研磨抛光,聚酯膜背基平整性好,在精密抛光过程中可以很好的控制打磨参数。使用寿命长,打磨时间更短,耐油和乳化液。每万辆约需1500平方米,主要依赖进口。


2.高效率


我国的钢铁产量已跃居世界第一,2018年年产粗钢9.283亿吨,钢板需要涂附磨具砂光其表面,根据国外统计每吨钢铁需要消耗涂附磨具0.7~1平方米。而其重负荷磨削、高精度磨削所需的锆刚玉砂带、陶瓷磨料砂带、金字塔砂带等主要也是依赖进口。


目前国外的强力砂带磨削的切削速度已达40m/s,磨削压力为100~300MPa,对铸铁材料切除率可达870cm³/min,对铸铁件一次切深可达5~10mm,加工效率比普通铣削提高了5~10倍。


3.高寿命


超硬磨料砂带保形性好,使用寿命长,减少停机换带时间,提高生产效率,有较好的综合性能。例如同样生产55W平方米汽车玻璃,碳化硅砂带每副使用寿命为30min,每次更换砂带及调试时间约为15min;德国进口金刚石磨边砂带,每副砂带使用寿命约为3天,生产线24小时连续运作。电镀型砂带(M系列)国内十二五期间已经开始量产。树脂点胶型砂带(R系列)国内还处于研发阶段,超硬树脂砂带具有多层磨料结构,有效克服了电镀砂带在干磨时的不足,提高了在镜面抛光阶段的抛光效果,尤其在大型轧辊磨抛加工中有非常明显的优势。


4.绿色化


一些工业发达国家已开展了砂带磨削应用和制造绿色化研究工作。通过砂带磨削替代固结磨具湿磨或传统游离磨粒抛光加工,实现了“以磨代抛”的高效、超精密、绿色化加工,大大提高了材料去除率,同时避免了由于加工废液带来的环境危害。


使用超硬砂带替代普通砂带,实现诸如干式磨削、消除加工粉尘、减少磨削残渣等改善加工环境,磨削效率和寿命大大增加,目前国内也在大力推进。


5.自动化与智能化


国外生产设备的自动化程度高,自动称料、成型、转运较多,在线检测应用较多,实现智能化相对容易很多。国内有砂带生产商引进国外的自动化生产线等高端装备,但是在线监测还没有完全实现正常运转,产品制造基本处于半自动加手工生产状态。自动化尚未完全实现,智能化还没有起步。


近年来,国外高端涂附磨具的结构和材料不断发展和完善,出现了堆积磨料砂带,陶瓷磨料砂带、金字塔型砂带、多层磨粒砂带、超涂层砂带、空心球型砂带、无纺布砂带/砂盘、聚酯薄膜精密研磨砂带、金刚石砂带/砂盘以及各种异形涂附磨具产品等,此外随着IC、5G等信息产业的飞速发展,CMP抛光液及其相关产品也大量依赖进口。


我国的涂附磨具是在解放后,特别是改革开放以后才发展起来的,近几年来,我国涂附磨具行业以市场为导向,调整产品结构,加快发展速度,在行业规模、产品质量、工艺技术等方面均发生了较大的飞跃,从整体实力上已经发展成为世界涂附磨具生产大国。


目前我国的涂附磨具产品还处在产业链的前端、价值链的中低端,附加值低。国内涂附磨具企业的发展方式还是数量型的,普遍同质化,发展的质量和效益还很差。我们的产品与国际先进水平相比,存在很大的差距。美国和德国的先进高端涂附磨具的金属材料去除率是我们国产涂附磨具的3~5倍,寿命是我们的2~10倍,在陶瓷磨料、堆积磨料及超精密涂附磨具产品方面我们还刚刚起步,尤其是在国家重点发展的涉及军工的航发叶片、舰船推进器和核电汽轮机叶片及核电高压容器制造等方面的涂附磨具全被3M、VSM、NCA等国外知名产品占据。目前,中国市场年销售额大约在100多亿元,低端产品已出现产能过剩问题,但高档涂附磨具供需缺口很大,我国每年从国外进口用汇达2亿多美元(2018年进口2.78亿美元),并且销量稳定,价格高居不下。若不能抓住机遇加大科技开发,加大资金投入,发展高端涂附磨具,尽快缩小与国际先进涂附磨具产业之间的差距。一旦国外限制一些特殊用途高档涂附磨具对我国的进口,就会影响到国内制造业的正常发展。


因此国内涂附磨具行业必须大力发展高档涂附磨具产品,在汽车工业、五金工具、家具与木材、航空航天等行业的精密研磨中替代进口,包括堆积磨料砂带、陶瓷磨料砂带、金字塔型砂带、超涂层砂带、无纺布砂带/砂盘、聚酯薄膜精密研磨砂带、金刚石砂带/砂盘以及各种异形涂附磨具产品等。


涂附磨具行业量大面广的产品到2025年基本达到世界先进水平,努力塑造世界涂附磨具强国形象。主要门类产品的目标分述如下:


砂带产品,木材、汽车、钢板等领域加工用砂带、达到世界先进水平,可在高端应用领域与发达国家产品同台竞技。研究开发高寿命强力砂带并实现产业化,国内市场占有率力争达到30%。高精密聚酯薄膜砂带、堆积磨料砂带、金字塔型砂带以取代进口为目标;家具、铝合金、不锈钢、钛合金等专用涂层砂带达到进口水平;在电子信息、汽车、航空航天、船舶、能源、刀具、家电等行业应用领域能与进口产品同台竞技;逐年提高国内高端市场的占有率,达到或接近世界先进水平。2035年,力争达到50%的国内高端市场占有率,同时积极开发国际市场,力争冲出亚洲、批量出口欧美等发达经济体;提高出口中高端产品比例,改善出口产品结构。


砂布砂纸领域,超涂层砂布、砂纸替代进口,力争占领国内汽车领域的50%,家具领域的80%,进入世界强者之列,除满足国内市场需求外,国际市场占有率达到40%以上。


进一步发展异形产品和专用产品在发动机、电子、光伏、LED等领域用超精超细磨抛工具,进入世界强者之列,与发达国家产品可同台竞技,争夺市场,国内外市场占有率达到30%以上。


02

完成目标的措施。逐步缩小差距的方法和路径,各阶段需要的条件?目前阻碍产品发展的主要原因分析(技术、装备、人才、环境等)?


通过与国内涂附磨具骨干企业的交流,发现影响国内产品质量和精度的内外部因素主要包括:


(1)生产设备的可靠性和稳定性,在线检测没有或者发挥作用有限,不能与产品质量形成有效反馈与实时调整;


(2)原材料品质的稳定性,部分基础材料产品质量不稳定;


(3)部分原材料性能达不到设计要求,国内没有可替代的原材料;


(4)产品标准简单,不能满足市场要求;


(5)产品性能检测方法和设备不能满足市场多样化需求;


(6)产品创新性不足,研发人才急缺,不能满足高端产品开发的需求;


(7)企业同质化竞争加剧,产业聚集度较低,企业利润不足,研发资金紧缺。


中国的涂附磨具制造业要实现向现代制造业、智能制造业的转型,“打铁还得自身硬”我们就必须筑牢自主研发的能力,“君子务本,本立而道生”,没有强大的研发体系和创新体系,没有来源于“卡脖子”现象的基础研究,一切都是空谈。针对国内涂附磨具行业的发展现状及发展趋势,涂附磨具行业需要针对目前存在的高端产品缺乏,大量依赖进口的局面,在先进磨削理论、关键基础材料和产业技术基础上形成新的突破。


①推进制造自动化和智能化

②加快推进互联网+的应用

③加强基础材料与应用科研平台建设

④加大产业政策支持力度

⑤加大人才培养力度


在2025年实现:


①建立中国涂附磨具磨削研究中心及客户体验中心;

②建立涂附磨具产品研发、基础材料研究、制造技术研究实验室;

③建立与国内外大学共建的涂附磨具创新研究实验室;

④建立一支中国自己的涂附磨具高水平研发人员队伍。并与相关行业研发人员、产业链上下游的研发人员,建立共享的信息大数据平台;

⑤继续推动引进高科技人才工作,持续引进拥有世界领先技术的高科技人才。


03

产业如何健康可持续发展?前期一些项目存在的问题?希望国家如何支持?如果04专项能够接续应采取什么样的政策和管理?


政策和相关措施建议:


(1)推进产业集群建设,完善全产业链条

(2)构建产学研用创新体系

(3)加快人才培养步伐

(4)推进知识产权战略


需要的支持:


1.研发人员和资金支持。目前企业竞争激烈,研发资金短缺,而创新性项目需要召集大量高端研究人员参与,另一方面相关研发设备和检测仪器投入巨大,涂附磨具行业的单个企业都很难承担,因此需要政府在项目上给与资金支持。


2.政策支持。创新性项目的研发需要涉及的内容众多,需要产学研用多个企业共同合作。建议通过行业协会将涂附磨具产业链上的各个企业联合起来,共同攻关。


(1)一是国家应该在上下游行业结合上起到平台支撑的作用,促进上游和下游沟通,使上下游无缝对接,加快技术转化。


(2)二是国家应该给予实体企业技术及财力上的支撑,使实体企业在自身发展过程中享受技术创新所带来的红利,国家及行业对技术上突破的企业应该给予财政补贴或者税收减免,鼓励实体企业进行高端产品的技术创新。


(3)三是国家需将研发经费向实体企业倾斜,以实体企业作为研发经费使用主体,研究院所配合参与的方式加快技术创新,进行贴近市场以及客户需求的研发,加快产业转化。


2035重点产品发展规划

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