渤海证券在报告中详细分析了丝杠生产工艺及关键设备。丝杠生产需经历下料、热处理、校直、金属加工、检测等多道工序,涉及热处理设备、校直机、数控机床等。目前国内热处理设备中高端仍依赖进口,但校直机已基本实现国产替代。以车代磨、车铣复合等高效工艺成为趋势,浙海德曼等企业已实现高精度“以车代磨”。设备国产化将有效降低丝杠生产制造成本,推动下游应用渗透。
丝杠生产工艺复杂,多道工序控制精度
丝杠生产制造需要经历下料、热处理、校直、金属加工、检测等多道工序,除了在初期设计及原材料选取上有较高要求外,丝杠生产过程中需要用到热处理设备、校直机、机床等多类设备。目前国内设备水平已实现明显提升,但与国际领先水平仍有一定差距。
精度是衡量丝杠性能的关键指标。国内滚珠丝杠副分为定位(P型)和传动(T型)两类,精度等级划分为0、1、2、3、4、5、7、10八个等级,0级精度最高,10级最低。P0级滚珠丝杠副在任意300mm内行程变动量要求为3.5μm,任意2π行程内行程变动量要求为3μm。高精度要求对设备和工艺提出了极高挑战。
热处理与校直——保障丝杠性能与精度的关键工序
热处理是强化金属材料的重要工艺措施,分为整体热处理、表面热处理、化学热处理。丝杠常用原材料为碳素结构钢、Cr/Mo合金结构钢、马氏体/渗碳不锈钢。目前Cr/Mo合金钢应用较多,但国产产品在材料纯度和组织结构均匀性上与国外产品有差距。国内热处理总体水平与国际先进水平仍有差距,中高端热处理设备还主要依赖进口。
丝杠属于细长类零部件,加工中容易出现形变,影响精度和使用寿命,因此需要校直处理。目前丝杠校直已实现机器自动化,相比于手工校直在准确度、生产效率上均有明显优势。国内校直机生产企业如集智股份等已基本实现国产替代,其丝杆自动校直机采用全PLC控制,可实现一键换型,适用于多种轴类产品的跳动测量与校直。
以车代磨、车铣复合——提升生产效率的工艺趋势
丝杠生产中的金属加工主要依赖金属切削机床(车、铣、磨)。削磨工艺时间长且磨床成本较高,用车削、铣削工艺实现磨削精度的加工工艺是当前一大趋势。以车代磨、以铣代磨、车铣复合工艺在精度达到一定水平后,可对磨削实现部分替代,大幅提升丝杠生产效率、减少生产所用资本开支。
浙海德曼刀塔式数控车床配置同步电主轴、伺服刀塔、伺服尾座和热补偿技术,可实现高精度“以车代磨”,适用于大切削量时的高刚性要求,满足粗精加工集约化。车铣复合中心则进一步将车、铣工序集成,减少装夹次数,提高加工精度和效率。这些设备的国产化将降低丝杠企业的固定资产投资成本,加速行业扩产。
丝杠设备国产化加速,降本增效推动下游应用
随着国产热处理设备、校直机、数控机床水平的提升,丝杠生产制造成本有望进一步降低。目前国内设备企业在热处理领域已划分三个梯队,第一梯队为国际企业华资或合资企业及少数技术实力较强的中国企业;校直机领域集智股份等已基本实现国产替代;数控机床领域浙海德曼、科德数控等企业在高端五轴机床方面持续突破。
设备国产化将直接降低丝杠企业扩产的资本开支和运营成本,推动丝杠产品价格下降,进而提升人形机器人、汽车、机床等下游应用的渗透率。丝杠设备产业链(热处理、校直、机床)同样将受益于丝杠需求的爆发式增长。
表:丝杠生产关键设备及代表企业| 设备类型 | 关键作用 | 代表企业 | 国产化进展 |
|---|
| 热处理设备 | 改变材料内部组织,达到所需性能 | 丰东热技术、恒进感应 | 中高端依赖进口 |
| 校直机 | 消除细长轴形变,保证精度 | 集智股份、中机试验 | 基本国产替代 |
| 数控车床 | 车削加工,实现以车代磨 | 浙海德曼 | 持续突破 |
| 车铣复合中心 | 集成车铣工序,提高效率 | 浙海德曼 | 持续突破 |