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金刚石锯片技术发展现状和走势分析

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金刚石锯片技术发展现状和走势分析

发布日期:2018-05-14 作者: 点击:

工具是人类能力的延伸,是推动社会发展进步的杠杆。在人类发展史上工具起着不可替代的作用,并且随着高效率、高精度的工作要求,对工具的生产技术要求越来越高。1955年人造金刚石首次在美国合成成功,为金刚石工具的制造及推广奠定了基础,同时也为许多艰难的硬脆非金属材料加工业带来了曙光,成为人类史上的一次划时代的工具革命,其加工效率明显地高于以往,金刚石工具以其无与伦比的性能优势,成为当今公认的、惟一有效的硬脆非金属材料加工工具。

就产品定位而言,金刚石工具市场大体上分为专业市场、通用市场和DIY市场。专业市场对金刚石工具的要求主要体现在对性能指标要求较高,即针对特定切割设备、特定切割材料,要求金刚石工具必须满足一定切割效率、切割寿命和加工精度等技术指标。专业金刚石工具就其产量来说仅为金刚石工具产品总量的10%左右,但其市场销售额却占金刚石工具市场总额的50%以上。

20世纪60年代,金刚石工具制造业率先在欧美发达国家实现产业化并迅速发展。70年代,日本以其相对较低的制造成本赢得竞争优势,迅速成为金刚石工具制造业的主导者之一。80年代,韩国替代日本成为金刚石工具产业的后起之秀。90年代,伴随着中国制造产业在全球的崛起,中国金刚石工具制造业也开始起步,并逐渐显示出强大竞争力,如今,中国已有金刚石工具厂家上千家,年产值超过百亿元,成为继韩国之后目前国际金刚石工具市场的主要供应国之一。

近几年,随着中国在金刚石工具制造业上的技术积累与进步,中国金刚石工具企业已完全具备制造中高档金刚石工具的能力,并具有显著的产品性价比优势,西方国家以往在中高端专业市场的技术垄断已经被打破。中国金刚石工具企业进军中高端市场的趋势已经显现。

按照用途,金刚石工具可分为锯切工具、钻探工具、磨具及其他工具四大类。其中锯切类工具年产值约占超硬磨料制品总产值的60%〜70%。金刚石锯片在金刚石工具中的占有比例最高,根据中国机床工具工业协会超硬材料分会预计,金刚石锯片国外市场容量已达到人民币250亿元,近几年的海关数据显示,我国每年出口金刚石锯片应该在3亿美元左右,约合人民币20亿元。因此国外市场的结构性空间还很大,出口前景十分广阔。

国内金刚石锯片市场容量超过2亿片/年,按照金刚石锯片25元/片的单价计算,国内金刚石锯片市场容量达50亿元,全球金刚石锯片市场规模已超过300亿元。目前,全球金刚石工具应用领域不断拓宽,专业用高端产品的需求呈上升趋势,加上世界金刚石工具行业向我国产业转移的进程加快,我国金刚石工具行业的市场规模将不断扩大,未来面临较大的发展机遇,预计未来三年国内市场的需求增幅在15〜20%之间。

金刚石锯片基体是构成金刚石锯片的核心支撑部件,其占到了金刚石锯片原材料成本的30%。一般情况下,金刚石锯片原材料成本约占到其销售成本的85%,超硬材料行业的总体毛利率为20.8%,据此可以测算出金刚石锯片基体的市场容量大约占到金刚石锯片的20%,因此,全球金刚石锯片基体的市场容量已经达到60亿元人民币以上。

下文就金刚石锯片作一个简要的分析。

一、金刚石锯片的应用领域

金刚石锯片是一种切割工具,广泛应用于石材加工、钢筋混凝土等建筑领域以及其他领域,在细分市场所占比例见图1。

 石材锯片.png

图1 金刚石工具市场细分

上世纪90年代初期,金刚石工具进入了大规模开发应用时期。作为金刚石工具系列之一的金刚石锯片,因其在切割石材、陶瓷、混凝土等建筑材料时,具有高效、快捷的切割性能,迅速取代了传统加工工具。金刚石锯片给整个石材加工行业及建筑业带来了一次革命,与传统的工具相比,它切速快、锯割灵活,经济、易操作、寿命长,切割后的石材质量相当光滑和平直,可减少随后的磨削加工成本,切削效率大为提高。随着世界经济和科技的快速增长,石材加工及建筑行业已经成为金刚石锯片的稳固应用领域。金刚石锯片的应用量与日俱增。国内外金刚石锯片供不应求,具有广泛的销售市场。

二、金刚石工具未来技术走势分析

在金刚石工具行业中,基础设施建设、房地产开发、建筑装饰、石材加工、陶瓷加工等与建筑相关行业的景气度与宏观经济周期密切相关。其对金刚石工具产品的需求变化直接导致了金刚石工具行业存在着一定周期性。但随着近年来金刚石工具产品的应用领域不断拓展,金刚石工具周期性有趋于弱化的迹象,特别是激光焊接金刚石工具等高端产品明显处于成长期,有的产品如复合消音锯片、PCD等甚至处于投入期。

1、金刚石工具焊接技术革新

目前我国金刚石锯片生产厂家普遍采用高频焊接和烧结的方式,这种方式焊接强度低,锯片在工作磨擦过程中不断升温,焊接部位较易出现松动,甚至掉齿而造成安全事故;此外,这种方式加工的产品寿命低、工作效率低、尺寸精度差,在使用过程中偏摆过大,易变形,噪音大,即消耗大量的电力资源,又浪费大量的矿产资源等。

随着激光技术的应用和推广,激光焊接替代高频焊接和烧结成为可能。通过激光能量,将锯片基体和金刚石刀头熔化,使两者形成冶金结合,从而提高了金刚石锯片的焊接强度,解决了锯片工作过程中因温度升高而造成松动和掉齿的缺憾,使用过程中噪音明显降低。由于激光焊接金刚石锯片基体相对于高频焊接金刚石锯片基体,对基体产品的应力分布、硬度的取值和均匀性、机械性能、几何尺寸及公差等方面都提出了更高的性能要求和质量要求,因而国内能够生产高性能的激光焊接金刚石锯片基体的厂家很少,大多数金刚石锯片基体生产厂家只能生产高频焊接金刚石锯片基体和低端烧结片基体等低档次产品。

2、日益提高的环保要求引领金刚石工具未来发展方向

当今社会最为关注的问题就是如何更有效的保护生态环境,“绿色生活”、“低碳出行”等更健康环保的生活方式得到越来越多人的接受和提倡,金刚石工具技术的未来也应顺因时代的发展方向。降低切割噪音、提高资源利用率、减少废渣排放和有效回收利用加工余料等等,都是对未来金刚石工具的更高要求。复合金刚石消音锯片、超薄金刚石锯片等新型金刚石工具便是其中的优秀代表,而市场的广泛认可和需求的稳步上升,也再一次印证的任何事物的发展革新都不能违背整个时代发展需求的这一铁律。

3、工业用精密切割金刚石工具的潜力与挑战并存

工业是人类社会进步的基础,在工业技术日新月异的今天,在其核心部件、关键构造的加工中,也渐渐出现了金刚石工具的身影。区别于传统的工具形式,由于这类工具加工的对象的精密性、高价值性(如:电子元件、电路板、汽车构件等),以及对加工要求的严整性,决定了这类工具的性能参数、工艺控制都会上升到一个很高的层次,生产难度自然可想而知。目前,也只有少数几个国家有能力生产。但是,也正是这样一些苛刻的技术要求限制,让很多厂家望而止步。因此,如果有某一企业能突破壁垒成功进入这一领域,就会迎来无限广阔的商机和更高的产品附加值。

4、与新技术、新装备的配合协同发展

众所周知,金刚石工具必须与相关设备配合使用,两者缺一不可。因此,一些具有里程碑意义的新装备、新技术的出现,往往也会引起金刚石工具行业的一次新变革。以加工花岗岩的金刚石锯片为列:近年来行业内出现的“流水线”式的石材大切机,可一次安装40套“大小配组”锯片,它改变了石材加工的传统切割方式,将石材加工效率提升到了一个以前不可想象的高度。同时,也极大的降低了加工成本,提高了石材的加工质量。由于是金刚石锯片的多片集中使用,使得该型设备对金刚石锯片的要求更高。相同规格锯片的各项技术标准的一致性、稳定性是这一类设备发挥最大功效的基本保证。虽然,该型设备初期使用中还存在一些瑕疵,但它所代表的未来石材加工装备的发展方向没有人质疑。也许,随着该型设备技术的逐步完善、提高,与之配套的专用金刚石锯片也将随之出现,这必将是对石材加工行业的一次颠覆式变革。

5、一些关键技术和市场尚待突破

近几年来,机械、宝石、医疗器械、木材、玻璃钢、石材工艺品、陶瓷和复合非金属硬脆材料的加工领域对金刚石工具的需求量逐年增加,目前,这些产品国内还主要是依赖进口,如石油钻探用PDC钻头、金刚石薄膜涂层工具、橡胶结合剂金刚石塑性工具、PCD金刚石刀具、金刚石唱针、金刚石散热片等产品。为保证其产品质量,必须加快新技术、新工艺的推广,如真空焊接技术、电火花烧结技术、金刚石均布技术、金刚石镀铱技术及金属化粘结技术、激光焊接工艺等。随着应用领域的扩大,在国外,一些高品质的专业化锯片,在切割桥梁、公路、大坝等建筑领域,使用量越来越大,产品的附加值也很高。而在国内,建筑领域的专业化锯片还没有得到市场的认可,金刚石锯片还主要应用在石材加工领域,一些节能型、环保型、资源型的石材锯片开始越来越受到市场的欢迎,其市场需求的增长速度也要快于其他产品。

以金刚石石材锯片为例,目前国内就正在向环保性、高效性、节能性和专业性四个方向发展。

(1)、金刚石薄片、超薄片

金刚石薄片、超薄片,主要以锯片的厚度来区分。利用薄片、超薄片加工花岗石和大理石板材,可以大幅提高切割效率和荒料成材率,降低电力消耗。

由于薄片、超薄片锯片基体厚度薄、直径大,热处理时变形较大,因而热处理工艺对平面度和HRC的控制相当重要。同时由于厚度较薄,给端跳、应力的调整,包括检测都造成极大的困难,一般情况下,仅靠人工校平和检测是难以达到较好效果的,必须结合使用相应的先进设备才能使锯片满足使用要求。因此,该项技术也是需要继续投入,加大研究力度的主要领域之一。

(2)、框架锯条

金刚石框架锯又称金刚石大锯,是上世纪50年代开始发展起来的一种新型框架锯机。目前在石材工艺较发达国家,金刚石框锯架已基本上取代了砂锯,其优点是:切割速度快,生产效率高;加工质量好,锯切的板材光滑平整,可省去一道粗磨工序;节省劳力和钢材,改善劳动环境,便于管理。

目前,金刚石框架锯在我国大理石锯切领域中已得到广泛推广应用,尤其北京、广东、福建和上海等地发展很快。据了解,锯机总容量已达2500余台。国内的大量资料证明,金刚石框架锯的技术经济指标全面优于砂锯。随着国内刀头和锯条基体的技术进步,金刚石框架锯取代砂锯是必然趋势。

(3)、直径2600mm以上的超大型锯片基体

以前在中国主要采取打眼放炮这种落后的方法来开采石材荒料,不但生产效率低而且作业不安全,特别是由于爆炸引起的岩体破裂,对石材资源破坏严重,开采出来的荒料尺寸不规则,甚至由于出现裂纹而报废,成材率很低。据估算,采用打眼放炮的方法开采荒料只有5%到25%的开采量可以加工成材。一些石材工业发达国家,已明令禁止采用炸药爆破方法开采石材,国际业界人士认为中国的石材矿山生产率低和资源浪费严重,其主要原因是缺乏相应的锯片和相关机械化设备的大量产业化,开采技术落后,生产管理不善。

近几年,随着矿产资源的减少和对环境保护的需要,国内一些矿山企业,利用Φ2600mm以上规格的超大片进行矿山的开采,矿山资源的利用率达到70%以上。据统计,目前国内利用超大型锯片进行石材荒料的开采,已越来越受到重视和推广,其矿山锯机台数已迅速增长到4000台以上。

另外,市场对石材大板的需求量越来越大,过去主要依赖于框架锯条加工石材大板,但金刚石框架锯条主要适用于切割大理石等软质石材,对于花岗石和工艺石的切割仍需圆锯片来完成。石材加工企业为满足国内外市场的要求,采用超大型圆锯片切割大板,将会在近几年出现一个高峰。

(4)、掏空型锯片

掏空型锯片相对于常规锯片,只是在上片体加工了几排孔,孔的形状主要以水滴型为主。从目前掏空型圆锯片的使用情况看,在锯切工艺不作任何改变的情况下,掏空型锯片突出表现出以下几大优点:①易于进水,明显提高了冷却效果;②加大了排屑量;⒄减轻了锯片重量及锯机的运行负荷,电流同比下降5安培;④降低了运行噪音;⑤由于锯片重量的减轻,使小组合锯机装载更多的锯片成为可能;⑥可延长锯片使用寿命,增加切割平米数,焊接变形小;⑦使用间歇,张力恢复性能良好。从大量的使用数据表明,使用掏空型锯片加工石材,不仅能够使单位平方米的电能消耗大大降低,而且提高了石材荒料资源的利用率,提高了石材加工的劳动生产率。目前,掏空型锯片不仅广泛应用于石材加工领域,而且在石材开采领域,φ2600mm以上超大型掏空锯片也越来越得到大量的推广使用,并在国内各地多处矿山得到了实际使用验证。

(5)、专业锯片

石材种类繁多,特征迥异。针对不同地区的特色石材品种,一些具有特定性能的专业锯片受到顾客的欢迎。如四川、重庆、江西等地的砂岩专用锯片;云南、贵州等地的切割软硬大理石的大理石锯片,北方一些地区大下刀等恶劣操作环境下的锯片,这些锯片对基体的张力、硬度、齿数、齿形以及金刚石刀头的外形尺寸、粉料配方、焊接方式等诸多技术细节都提出了更高、更专业的要求。

三、未来市场预测

近十多来年,中国生产金刚石工具的企业发展很快。从企业的数量来看,生产金刚石工具的企业近千家,年销售收入超过百亿。总体来看,我国企业面临的竞争主要来自两方面,一方面是国外企业的竞争,主要欧美、韩国、日本等国家;另一方面,是国内的行业内竞争。我国的金刚石工具企业众多,但是整个行业却缺乏统一的管理和宏观调控,导致企业盲目发展,行业的生产布局出现散而乱、遍地开花的局面,工具销售市场产品质量不稳定,竞争无序,价格混乱。随着我国企业技术水平的提高、产品质量的提升和应用领域的拓宽,金刚石工具企业有望向规模化方向发展,行业的集中度也会提高。

总体上看,在过去10年中,金刚石工具的市场需求平均以每年15%的幅度增长;早在2005年,全球金刚石工具市场容量已突破100亿美金。据预测,今后5〜10年中,金刚石工具的全球市场需求仍将以每年10%以上的速度增长, 2015年全球金刚石工具市场总额将达到200亿美元。因此,金刚石工具制造业面临着较好的行业发展前景和机遇,也有较好的产业吸引力。


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关键词:金刚石锯片,金刚石锯片批发,石材锯片

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