机床行业系列专题（四）：刀具——通用耗材的基础概念

强于大市|维持 收盘点位1451.93 52周最高1606.0 52周最低1371.55 机械设备 沪深300 11% 9% 7% 5% 3% 1% -1% -3% -5% -7% -9% 2022-102022-122023-032023-052023-082023-10 资料来源：聚源，中邮证券研究所 分析师:刘卓 SAC登记编号:S1340522110001 Email:liuzhuo@cnpsec.com 研究助理:傅昌鑫 SAC登记编号:S1340123050006 Email:fuchangxin@cnpsec.com 《仪器仪表系列专题（二）：超声热量表--受益供热计量改革政策，空间有望逐步打开》-2023.10.09 机床行业系列专题（四）：刀具——通用耗材的基础概念 证券研究报告：机械设备|深度报告 2023年10月15日 行业投资评级 行业基本情况 投资要点 刀具：直接影响制造业水平的“工业牙齿”。刀具行业是机械制造 行业相对指数表现（相对值） 行业和重大技术领域的基础支撑性行业，约占整个机械加工工作量的90%，在汽车、航空航天、能源、军事、模具等现代机械制造领域发挥着重要作用。刀具一般可分为工具系统、刀体、切削耗材三部分：（1工具系统：与机床主轴及刀体相连，将机床主轴的回转精度、转动扭矩传递给被加工工件；（2）刀体：与工具系统联接并承载切削耗材，用于实现不同切削工艺的装置；（3）切削耗材：直接与被加工工件发生相互作用的数控刀片、整体式合金刀具。虽然刀具成本仅占机械加工制造成本的1%-4%，但其作为耗材在执行过程中极为关键，直接影响到加工结果。 研究所 产业链：金属原材为主要上游，下游应用领域广泛且分散。上游配套企业为上游原材料，是影响刀具生产成本的重中之重，碳化钨粉是硬质合金数控刀片最主要的原材料，我国作为钨业大国具备先天优势；中游是指各类刀具的设计制造生产企业，其全球市场规模接近400亿美元，2022年我国刀具市场消费总规模464亿元；下游为制造业企业，目前全球市场和国内市场需求端还存在着结构化差异，随着汽车电动化浪潮以及航空航天领域的推进拉动加工需求，高端硬质合金刀具、超硬刀具有望持续增长。 近期研究报告 分类：硬质合金数控刀具是主流，超硬刀具有望得到成长。材料是刀具的基础，对刀具的切削性能具有至关重要的作用。硬质合金刀具产品稳定占据主流，综合占比63.08%。未来我国刀具材料会向更高生产率和更高切削速度发展，改善现有刀具的切削性能，超硬刀具或将迎来发展空间。 “上游原材料+中游高研发壁垒+下游销售渠道”。上游原材料的 稀缺性仍不可忽视，占据稀缺资源的企业存在竞争优势。国内中钨高新、厦门钨业等公司，以其资源禀赋带动硬质合金切削刀具的发展。中游长期保持高研发投入，筑造行业准入技术壁垒。下游销售渠道需转变，提升直销比例与大客户共研共赢。直销渠道的开拓发展，也有利于树立品牌效应，增强客户粘性。 国内制造业回暖先于海外，迎来国产替代好时机。国内9月制造业PMI已升回扩张区间，先于欧洲等市场。海外经济复苏缓慢，我国刀具进口规模逐年下降，贸易顺差不断扩大。原本国内市场主要被海外知名品牌所主导，而如今进口不景气，国内需求方自然会面临难进货、进货贵的问题，国产替代成必然之势。主要原因一是刀具产品本身就是切削耗材，替代转换的周期及成本可控；二是国际贸易摩擦等情况导致自主可控需求不断提升；三是国内厂商在产品性价比方面极具优势。 风险提示： 硬质合金刀具市场竞争加剧风险；下游直销渠道拓展不达预期风险；国内制造业复苏不及预期风险。 目录 1刀具行业概况5 1.1刀具：直接影响制造业水平的“工业牙齿”5 1.2产业链：金属原材为主要上游，下游应用领域广泛且分散6 1.3分类：硬质合金数控刀具是主流，超硬刀具有望得到成长10 2刀具行业企业未来发展机遇12 2.1“上游原材料+中游高研发壁垒+下游销售渠道”12 2.2国内制造业回暖先于海外，迎来国产替代好时机15 3风险提示17 图表目录 图表1：刀具示意图（以普通车削刀具为例）5 图表2：刀具行业产业链6 图表3：2017-2023年中国国产/出口碳化钨粉价格走势图7 图表4：全球刀具行业企业梯队情况8 图表5：2005-2022年中国刀具市场规模变化9 图表6：2023年中国刀具市场下游行业分布10 图表7：各类刀具材料的特点、应用领域及行业主要生产企业10 图表8：第三届（2014）至第五届（2023）刀具材料变化趋势12 图表9：2020-2023H1行业内公司研发费用率13 图表10：截至2023H1行业内公司专利情况13 图表11：2010-2022年山特维克研发费用及费用率14 图表12：第四届（2019）与第五届（2023）销售渠道变化情况15 图表13：2018-2022年我国刀具市场进出口情况16 图表14：2022年我国刀具市场进出口商品单价比较17 1刀具行业概况 1.1刀具：直接影响制造业水平的“工业牙齿” 刀具行业是机械制造行业和重大技术领域的基础支撑性行业。切削加工属于机械加工中的精加工处理环节，一般指用手持刀具或机床刀具从金属零件上切削多余材料的过程，约占整个机械加工工作量的90%，刀具技术在汽车、航空航天、能源、军事、模具等现代机械制造领域发挥着重要作用。 图表1：刀具示意图（以普通车削刀具为例） 资料来源：华锐精密招股书，中邮证券研究所 刀具一般可分为工具系统、刀体、切削耗材三部分。从整个数控刀具的宏观维度来进行分类，大致可分为工具系统、刀体、切削耗材，每一类工具的具体功能如下： （1）工具系统：一端与机床主轴联接，另一端与刀体或整体式刀具联接，将机床主轴的回转精度、转动扭矩传递给被加工工件的装置。工具系统设计制造的优劣直接决定了数控机床的加工性能能否有效、精准、稳定、持久地向被加工工件传递； （2）刀体：刀体一端与工具系统联接，另一端承载切削耗材，用于实现不同切削工艺的装置。通过不同的刀体结构设计，才能实现车、铣、镗、钻、磨等不同种类的加工工艺。刀体的结构设计和制造水平，一是直接决定了能否将特定 加工工艺通过切削耗材作用于被加工工件的某个位置，即该工件能否被顺利制造；二是直接决定了在某一工件上完成某种加工工艺所需的有效功率，即决定了加工效率；三是在较大程度上决定了加工精度和精度维持能力，即该工件的精密程度。由于不同的被加工工件，因其形状、结构、材质、复杂程度各不相同，在不同工件的不同加工位置上实现同一种类的加工工艺所需的刀体结构存在较大差异；同时，完成一个工件的加工，往往需要不同种类加工工艺的相互配合，进而需要设计不同结构的刀体，以满足加工需求；随着被加工工件种类的增加，所需要设计的刀体结构数量将呈现几何增长。刀体结构需要持续不断地优化迭代，从而在保证加工精度的同时，实现更高的加工效率； （3）切削耗材：直接与被加工工件发生相互作用的部分，主要包括不同类型的数控刀片、整体式合金刀具。通常，数控刀片以不同的压紧方式安装在刀体上，而整体式刀具根据被加工工件所需要的加工工艺不同，既可以安装在刀体上，也可直接与工具系统联接。 虽然刀具成本仅占机械加工制造成本的1%-4%，但其作为耗材在执行过程中极为关键，直接影响到加工结果。根据《第五届切削刀具用户调查分析报告》（韩景春等。下文简称“第五届调查报告”）显示，31.60%的受调查制造企业刀具费用占生产成本的比例为2%-3%，20.60%的企业刀具费用占生产成本的比例为3%-4%，10.30%的企业刀具费用占生产成本的比例为4%-5%，占比1%-2%的调查对象为 16.90%，占比1%以下的调查对象为5.10%。综合来看我国刀具成本占比低于发达制造业国家企业的平均刀具成本占比。在生产中，刀具属于消耗品，制造业企业每年都会花费不小的费用采购刀具，而高效先进刀具能够明显提高加工效率，使生产成本降低10%-15%。刀具的质量直接决定了机械制造行业的生产水平，更是制造业提高生产效率和产品质量的最重要因素。 1.2产业链：金属原材为主要上游，下游应用领域广泛且分散 图表2：刀具行业产业链 资料来源：《切削加工刀具产业专利分析报告》（国家知识产权局），中邮证券研究所 刀具上游配套企业是指与刀具设计制造相关的刀具材料供应及其他配套企业，主要进行材料的性能研究、现代刀具材料研制、刀具制造装备研制等。包括： ①原材料生产行业（高速钢、高性能高速钢行业，碳化钨、钴粉等粉末冶金行业，以及金刚石、立方氮化硼等超硬材料行业）；②涂层设备制造技术开发行业；③刀具制造专用设备和测量仪器制造行业。 上游原材料是影响刀具生产成本的重中之重。根据华锐精密招股书数据，其硬质合金数控刀片产品的直接材料占主营业务成本的比例为45.40%，占比水平较高，而其中主要原材料为碳化钨粉、钴粉和钽铌固溶体，三者合计约占直接材料的93%左右。 碳化钨粉是硬质合金数控刀片最主要的原材料，我国作为钨业大国具备先天优势。根据美国地质局（USGS）发布的全球钨产/储量数据，2022年全球钨产量约8.4万吨，其中中国约7.1万吨，占全球总产量的84.52%，全球钨储量约380万吨，中国钨储量约180万吨，占全球总储量的47.37%。由此可见，中国是世界上最大的钨储量和生产的国家。观察近几年国内的碳化钨价格趋势，主要受到国内经济状况和工业活动的影响。 图表3：2017-2023年中国国产/出口碳化钨粉价格走势图 资料来源：Wind，中邮证券研究所 刀具设计制造企业是指各类刀具的设计制造生产企业，主要进行刀具专用数字化设计、刀具制造技术与装备、刀具辅助设备制造等，其全球市场规模接近400亿美元。我国数控刀具产业经过多年发展，已经逐步在刀片等切削耗材领域涌现出包括株洲钻石、厦门金鹭、欧科亿、华锐精密等在内的一批优秀企业，其技术能力已开始逐渐接近国际水准，而在高端刀柄、刀体领域则明显落后，这在较大 程度上制约了我国机械加工领域的整体技术水平。目前，我国设计制造水平发展不平衡、不充分问题较为突出，整体与西方发达国家还存在着较大差距。 图表4：全球刀具行业企业梯队情况 具体条件 代表企业 主要特点 第一梯队 具备深厚的技术积淀和较多关键核心刀柄、刀体产品的设计制造能力，拥有丰富的产品线，这类企业往往拥有较为深入的机加工艺设计能力，能够对下游机加客户的生产工艺进行解构、设计、优化，并且自主制造出承载整套工艺的标准和非标刀具组合，帮助客户顺利实现产品加工过程，同时更加高效地完成加工任务，为其提供综合加工解决方案。 以欧美刀具企业为主 （瑞典山特维克SANDVIK、德国瓦尔特WALTHER、瑞典三高SECO、美国肯纳KENNAMETAL、德国MAPAL等） 欧美企业提供的解决方案或产品价格普遍较为昂贵、交货期较长 第二梯队 主要提供高精度中高端标准化刀具，包含刀柄、刀体中较为通用的型号，以及切削耗材，一般直接销售刀具产品，对客户生产工艺的理解相对较为薄弱。 主要以日韩刀具企业为主（日本三菱MITSUBISHI MATERIALS、韩国特固克TAEGUTEC、日本京瓷KYOCERA），国内有部分企业也处于该 梯队。 （国内还涌现出一批在单一产品性能上已达到或超过国际先进水平的优秀企业）产品通用性高、稳定性较好、性价比较高 第三梯队 主要以生产精度较低的传统切削刀具，且能提供的产品种类有限。 众多 产品技术水平较低，已难 以满足现代高端制作业日益提升的精加工需求 资料来源：中国机床工具工业协会，中邮证券研究所整理 2022年我国刀具市场消费总规模464亿元，同比下降2.7%。其中：国产刀具约338亿元，占比72.8%，同比下降0.3%，在国内市场的占有率同比增加1.8%；进口刀具（含国外品牌在华生产并销售）126亿元，占比27.2%，同比下降8.7%。一定程度上说明我国数控刀具的自给能力在逐步增强，进口替代速度加快。 图表5：2005-2022年中国刀具市场规模变化 资料来源：中国