數(shù)據(jù)顯示，我國齒輪行業(yè)從2007年開始，進(jìn)入快速增長期，2014—2017年進(jìn)入調(diào)整期， 2017年再次出現(xiàn)高速增長，2019 年產(chǎn)值達(dá)到2800億元，同比增長 7.7%。2007—2019年，我國齒輪行業(yè)產(chǎn)值如圖1所示。
圖1 2007-2019年我國齒輪行業(yè)產(chǎn)值
2020年，我國齒輪工業(yè)在新能源汽車、機(jī)器人、工程機(jī)械、 風(fēng)力發(fā)電、軌道交通和航空航天等領(lǐng)域都取得喜人成績。得益于此，盡管第一季度受疫情影響較大，但從第二季度起，在國家復(fù)工復(fù)產(chǎn)、稅收減免等一系列政策的刺激下快速恢復(fù)，三季度突飛猛進(jìn)，四季度預(yù)計也將有新的突破。按齒輪與電驅(qū)動分會估計，2020年，我國齒輪工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到3 000億元人民幣，穩(wěn)居世界第一制造大國和機(jī)械通用零部件行業(yè)最大市場。
目前，我國齒輪制造企業(yè)有5 000 多家，骨干企業(yè)300多家，其中法士特、南高齒、雙環(huán)傳動、重齒、杭齒等行業(yè)龍頭企 業(yè)，在各自細(xì)分市場取得了亮眼的成績。按照齒輪產(chǎn)品的檔次來分，高、中、低端產(chǎn)品的比例大約為25%、35%和40%。我國齒輪行業(yè)高中低端產(chǎn)品比例見圖2。總體來說，齒輪行業(yè)整體創(chuàng)新能力逐步提升，產(chǎn)品處于從中低端向高端轉(zhuǎn)變的過程中。
圖2 我國齒輪行業(yè)高中低端產(chǎn)品比例
2019年，中國齒輪產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)到2 800億元，按中高端齒輪產(chǎn)值比約60%計算，2019年中高端齒輪產(chǎn)值約為1 680億元，隨著機(jī)械制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，中高端齒輪產(chǎn)值規(guī)模以及占比有望穩(wěn)步上升。
從消費端來看，齒輪主要用于各種汽車、工程機(jī)械、艦船、軌道交通裝備、機(jī)器人、發(fā)電裝備、冶金建材裝備等。高端齒輪對精度、噪聲、傳動效率、功率體積比、可靠性和使用壽命等的要求越來越高。目前，汽車、機(jī)器人、高鐵等領(lǐng)域使用的齒輪傳動裝置依然存在大量進(jìn)口。2005—2017年我國齒輪行業(yè)進(jìn)出口情況見圖3。2017年，我國齒輪產(chǎn)品進(jìn)口額160億美元，出口額60億美元，逆差約為100億美元。
圖3 2005-2017年我國齒輪行業(yè)進(jìn)出口情況
二、影響我國齒輪生產(chǎn)升級的幾個因素
1、國內(nèi)齒輪行業(yè)基礎(chǔ)研究和基礎(chǔ)試驗不足，共性技術(shù)及工藝亟待突破
在材料方面，目前國內(nèi)與日本、德國、美國生產(chǎn)的齒輪鋼相比，存在的差距主要是：國內(nèi)齒輪材料標(biāo)準(zhǔn)落后，牌號未形成系列化。齒輪鋼中含有大量氧化物及非金屬夾雜物雜質(zhì)，且雜質(zhì)分布不均勻，大顆粒夾雜物含量較多，造成產(chǎn)品性能差，硬度波動大，容易變形或開裂，產(chǎn)品壽命短。在軋制、鍛造和熱處理過程中，雜質(zhì)容易導(dǎo)致齒輪零件出現(xiàn)局部疏松、變形和開裂等現(xiàn)象。其次，我國熱處理工藝基礎(chǔ)薄弱，國外齒輪行業(yè)普遍采用真空滲碳和稀土滲碳工藝，而國內(nèi)還在采用氣體滲碳，嚴(yán)重影響高端齒輪的性能和壽命。
另外，全行業(yè)試驗檢測服務(wù)能力薄弱，許多新產(chǎn)品沒有經(jīng)過第三方檢測、驗證和評價，行業(yè)難以積累可共享的設(shè)計、制造及性能試驗等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接影響齒輪行業(yè)整體設(shè)計水平和創(chuàng)新能力的提高。齒輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化投入少，造成適用標(biāo)準(zhǔn)少，貫標(biāo)率低，難以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。
2、國產(chǎn)齒輪機(jī)床的精度和精度保持性有待于進(jìn)一步提高
齒輪加工按照工序劃分大致可分為齒坯加工、熱前制齒、熱后精加工3 個階段。齒坯加工階段主要加工設(shè)備以全功能數(shù)控車床為主，經(jīng)過多年發(fā)展，該類設(shè)備已經(jīng)滿足高效高精度要求。熱前制齒設(shè)備主要包括滾齒機(jī)、插齒機(jī)、車齒(刮齒)機(jī)、剃齒機(jī)等，熱后精加工設(shè)備主要包括磨齒機(jī)、強(qiáng)力珩齒機(jī)等。目前，除毛坯制造階段所采用的數(shù)控車外，其他制齒設(shè)備還大量依賴進(jìn)口，特別是熱后精加工階段，在磨齒和強(qiáng)力珩齒領(lǐng)域，國外設(shè)備幾乎處于壟斷地位。在齒輪加工行業(yè)，大部分制齒設(shè)備都是進(jìn)口品牌，包括美國格里森、瑞士萊斯豪爾和德國利勃海爾、埃馬克、卡帕等。
近年來，我國齒輪加工機(jī)床行業(yè)突破國外技術(shù)封鎖，自主創(chuàng)新成果突出，相繼開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高精、高速、高效的各類型數(shù)控齒輪加工機(jī)床，改變了數(shù)控齒輪加工機(jī)床幾乎完全依靠進(jìn)口的局面，如國內(nèi)的秦川機(jī)床、重慶機(jī)床、南二機(jī)等等。但我國 仍有一些高端齒輪制造裝備空白，并且現(xiàn)有的裝備在精度、壽命、可靠性、加工效率、智能化水平等多方面仍存在較大差距，要達(dá)到國際水平，還需在多層面上開展系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究及技術(shù)創(chuàng)新。
3、高端夾具被國外壟斷，影響齒輪行業(yè)快速升級
國內(nèi)齒輪行業(yè)中，夾具費用通常只占到齒輪加工成本的2%~4%，但卻對整個加工環(huán)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。中高端齒輪制造工藝中對夾具的精度要求高：一般粗加工0.01 mm，精加工0.005 mm，重復(fù)精度0.002 mm以內(nèi)。此類夾具都屬于高端回轉(zhuǎn)類夾具，包括各類高精度卡盤、滾齒夾具、磨齒夾具、珩齒夾具等等。高端夾具應(yīng)具備高精度、高效率、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化等特點，以應(yīng)對中高端齒輪的高精、高效、高穩(wěn)定性、自動化加工。
目前，世界主要齒輪加工機(jī)床供貨商均為歐美日廠商，與之配置的齒輪加工用高端夾具也隨之進(jìn)入國內(nèi)市場，如美國的福卡特、日本的帝國和德國雄克、柯尼格、翰伯格埃莫克、Mytec、羅姆等等。近幾年，國內(nèi)少數(shù)企業(yè)在高端齒輪夾具技術(shù)上取得了重大突破，如森泰英格在國內(nèi)率先研發(fā)出液脹夾具、粘結(jié)夾具等高精度夾具產(chǎn)品，產(chǎn)品精度、性能及使用壽命達(dá)到國外先進(jìn)水平，能夠滿足高端齒輪制造高精度、穩(wěn)定、快速裝夾的工藝要求。但是國內(nèi)品牌的知名度和市場占有率較小，未來在高端夾具的替代上有巨大市場空間。
4、齒輪刀具及磨料磨具性能有待于進(jìn)一步提高，高效加工刀具保證齒輪產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性及提高生產(chǎn)效率
為了滿足高精和高效切削加工齒輪的需要，近年來，齒輪刀具的研發(fā)也與數(shù)控高效機(jī)床的發(fā)展保持了同步并取得了很大進(jìn)展。隨著硬質(zhì)合金材料的發(fā)展和加工技術(shù)的進(jìn)步，在齒輪加工中使用硬質(zhì)合金整體和可轉(zhuǎn)位刀具代替?zhèn)鹘y(tǒng)高速鋼刀具的比例越來越高，在歐洲發(fā)達(dá)國家已高達(dá)70%以上。近年來國外各刀具廠商如德國英格索爾、瑞典山特維克和美國格里森、肯納等研發(fā)了各種硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位齒輪刀具，大幅提高了齒輪加工的效率和刀具的使用壽命。特別是風(fēng)電行業(yè)大型內(nèi)齒圈的高效加工中，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具除了可用于粗切外，還可直接精切齒輪。國內(nèi)如漢江工具 廠、恒鋒工具、江陰賽特、哈一工等也 研發(fā)了此類刀具，但相比于國外產(chǎn)品 質(zhì)量和性能，還有一定差距。
由于中高端齒輪精加工的精密高速磨床主要依賴進(jìn)口，在齒輪磨削砂輪方面，國外品牌具有與進(jìn)口設(shè)備配套的先發(fā)優(yōu)勢，3M、珂箔石等國外品牌壟斷國內(nèi)中高端齒輪磨削砂輪市場。多年來，我國雖然在磨料磨具上取得了一定進(jìn)展，特別是磨料方面，我國大量出口國外，甚至國際知名品牌使用的磨料都來自中國，但我國在砂輪制造技術(shù)上與國外仍有一定差距。
三、展望未來：政策鼓勵齒輪加工配套企業(yè)做大做強(qiáng)，未來齒輪市場國產(chǎn)化替代趨勢增強(qiáng)
目前，受新冠疫情、國際形勢瞬息萬變，呈現(xiàn)出長期復(fù)雜不確定性的特點。 當(dāng)下大環(huán)境對于國內(nèi)齒輪行業(yè)是重大機(jī)遇，要以加強(qiáng)國內(nèi)循環(huán)為主，打造完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
國家高度重視產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力，齒輪行業(yè)要依托智能制造、綠色制造、補(bǔ)短板、國家支持實體經(jīng)濟(jì)等政策，在研發(fā)、制造、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化方面，集中力量突破關(guān)鍵點，以政策為保障，實行產(chǎn)業(yè)技術(shù)再造，突破卡脖子問題。
我國齒輪行業(yè)在新形勢下，抓住機(jī)遇，狠抓創(chuàng)新，攻克影響齒輪行業(yè)升級的瓶頸，在高端齒輪領(lǐng)域快速做大做強(qiáng)。未來，高端齒輪市場國產(chǎn)化替代的趨勢會愈來愈強(qiáng)，我國齒輪行業(yè)的 “春天”已經(jīng)到來。