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重要工業母機——磨床 迎數個增量需求市場+國產化推進丨黃金眼
來源:全景財經作者:全小景2024-02-20 20:19

磨床為適應精加工和硬表面加工需求而生,是重要的工業母機之一,在絲杠、鈦合金、碳化硅三大需求增量市場推動下,有望迎來規模大幅增長和國產化加速。

01

磨床是什么?

數控磨床作為重要的工業母機之一,是磨削加工各種材料及復雜型面零部件的基礎裝備,其下游的細分行業數量眾多。

磨床類機床是以磨料、磨具(砂輪、砂帶、油石、研磨料)為工具進行磨削加工的機床,它們是由精加工和硬表面加工的需要而發展起來的。磨床屬于機床精度最高一檔,超精密磨床要求尤其高,技術難度最高。

磨削加工 來源:《五軸聯動工具磨床的關鍵技術及其研究現狀》

磨削加工根據被加工工件形狀不同有較多分類,其中外圓磨、內圓磨、平面磨為最常見的三種磨削加工方式。外圓磨削應用最為廣泛,可用于加工軸、套筒等零件的外圓柱面、圓錐面、軸上臺階和端面等。內圓磨削方式主要包括中心內圓磨削、行星內圓磨削等,進給運動方式與外圓磨削類似,分為縱向磨削法和切入磨削法。內圓磨削相比外圓磨削整體難度更高。平面磨床主要用于工件平面磨削加工,磨削方法包括砂輪平面磨、砂輪周邊磨等。

磨具為磨床加工核心耗材,包含砂輪、磨頭、油石、砂瓦等磨具是由許多細小的磨粒用結合劑固結成一定尺寸形狀的磨削工具,由磨粒、結合劑和空隙(氣孔)三要素組成。

資料來源:機床商務網

數控磨床是加工發動機、內燃機等工業機器重要零部件的關鍵設備,除汽車制造以外,工程機械、鐵路機車、船舶制造等領域中均需要使用數控磨床加工曲軸、活塞環等核心零部件。

在航空航天和國防軍工等尖端領域,各種新材料、新技術、新產品的開發、加工、應用,如晶體、陶瓷、超硬材料、特種耐磨材料、金屬新材料等,均需要數控磨床的投入,因此,精密、智能、新型的數控磨床在該類領域的市場需求不斷擴大。

02

為什么此刻提及磨床?

隨著國產高端數控磨床得到市場的廣泛認可,綜合競爭力大幅提高,民族品牌開始崛起,高端數控磨床的國產化率將逐步提高。

我國制造業目前正在從“制造大國”向“制造強國”轉變,未來“高端化、高利潤”替代“薄利多銷”是我國制造業的發展趨勢,未來對高精度、高效率、高價值的高檔數控磨床需求的占比也將越來越高。

《中國制造2025》也明確提出“高端數控機床與基礎設施裝備到2025年國內市場占有率超過80%;主軸、絲桿、線軌等中高檔功能部件國內市場占有率達到80%;高檔數控機床與基礎制造裝備總體進入世界強國行列”。

另一端,從“巴統清單”到“瓦森納協定”,西方發達國家針對中國進行了嚴格的技術封鎖,例如日本進口的高端磨床需經過外方嚴格審查,并且限制使用范圍、限制移機等。近年在國際局勢趨于緊張背景下,高精度多軸機床對中國技術封鎖有進一步加劇的趨勢。

當前,日、美、德等國家磨床技術實力領先企業發展成熟,以“大而全”(例如PSS集團下屬9大磨床品牌)、“小而美”(例如三井精機螺紋磨床份額領先)不同定位搶占市場。但從技術、專利看,國內企業正奮起直追。

根據海關總署數據進行統計,中國磨床進口額一度高達10億美元,近年進口額有下降趨勢,但2022年仍為8.35億美元,進口替代空間較大。同時進口均價遠高于出口均價,例如數控平面磨床2022年進口均價18.31萬美元、出口均價4.44萬美元。

來源:海關總署,Wind

其實國產五軸工具磨床與進口磨床技術差距已經較小,專業機構推測在有足夠需求催化的背景下能夠實現國產替代。根據《復合磨床專利及機床行業知識產權現狀分析》數據,截至2020年8月,以磨床整個技術領域進行專利檢索,中國磨床專利數量14257組,已經達到全球第一。

同時根據《國產與進口五軸工具磨床加工能力的對比測試》中的株洲鉆石刀具加工案例信息,使用國產磨床和進口磨床各加工5支D10抗振銑刀,結果顯示,國產磨床和進口磨床加工所有參數均合格,一致性均較好,僅從檢測樣品A齒和B齒的刃徑、芯厚、前后角及跳動的一致性來看,國產磨床加工的產品質量比進口磨床略好。

雖然產磨床的裝夾跳動精度和加工產品的外徑跳動精度與進口磨床相比存在一定差距,但兩種機床加工的產品參數無明顯差異,因此國產磨床加工抗振銑刀的調整控制能力能滿足加工要求,與進口磨床的加工能力處于同一水準??梢妵a磨床已具備一定技術積累能夠與進口品牌進行競爭。

來源:《國產與進口五軸工具磨床加工能力的對比測試》

03

多輪增量需求持續加速國產化率

根據機床工具工業協會數據,2022年中國磨床進口額占金屬加工機床的12.2%,考慮進口機床中磨床的占比較高(磨床主要精加工),假設金屬加工機床中磨床占比8%。根據中國機床工具工業協會測算數據,22年國內金屬加工機床消費額1843.6億元人民幣(274.1億美元),按照8%占比計算磨床市場空間為147.49億元。

目前絲杠、鈦合金、碳化硅三大市場帶來不少增量需求。

其中絲杠在加工過程中,粗加工環節有磨削/硬車/旋風銑三種技術路線,精加工主要采用磨削加工,磨削工時約占總工時的39%,從秦川機床案例看磨床的投資額約占絲杠擴產設備投資額的48%。絲杠加工難點主要集中在滾道加工,螺母、絲杠軸分別需要進行內螺紋、外螺紋加工。根據機構測算,按照不同加工工時計算,100萬臺人形機器人對應磨床22至44億元市場空間。

目前頭部企業絲杠磨床主要使用日本、德國進口設備,秦川機床采購高精度床身導軌磨床單價高達2800萬元。當前一方面國產螺紋磨床已具有一定技術積累,2014年上海機床廠SK7420已可實現P1級滾珠絲杠副加工,說明國內企業具備制造高端螺紋磨床的技術實力;一方面人形機器人絲杠降本訴求較強,對定制化開發&自動化升級要求較高,在這方面國內企業貼近終端客戶有望搶占先機,在人形機器人行業有望實現高增長背景下,通過使用國產設備實現降本勢在必行。

遠期來看,人形機器人若迅速放量有望催生大量絲杠需求,根據東吳證券研究所測算,中性假設下,至2030年人形機器人行星滾柱絲杠用磨床市場空間可達50億元,遠期空間廣闊。

數據來源:日發精機官網,東吳證券研究所測算

天風證券研究所測算,當人形機器人年產能達100萬臺時,對應高精度數控磨床/數控磨床市場規模約為29.4/8.4億元,預計人形機器人共計為磨床市場帶來37.8億元增量空間。

資料來源:秦川機床公告,天風證券研究所

而在鈦合金領域,蘋果在手機、手表采用鈦合金材料,拉動磨拋設備需求。在消費電子行業磨床廣泛用于手機、電腦的玻璃面板、外殼、中框打磨拋光。目前蘋果手機、手表使用了鈦合金材料,安卓廠商有望跟進。鈦合金材料加工難度更高,會出現高磨削溫度、砂輪黏附等問題,需要對現有設備進行升級改造或更新,有望拉動相關磨拋設備需求。

由于鈦合金的熱傳導率低、加工硬化嚴重、與刀具的親和性高、塑性變形小等特性,導致鈦合金極難加工,因此對鈦合金加工設備的要求提升。鈦合金粗加工工藝完成后需要研磨拋光,提高工件精度及光潔度。因此鈦合金中框加工時長是鋁合金的約為3-4倍,當鈦合金被廣泛應用于3C電子產品時,磨床加工設備需求將同步提升,有望持續受益鈦合金材料加工。

再加上碳化硅方面,硅片制備過程中,滾磨(外圓磨)、倒角(端面磨等)、研磨(平面磨)、拋光(類似平面磨)均需要使用到磨床。根據Wolfspeed數據,汽車碳化硅滲透率有望大幅提升,2027年汽車用碳化硅市場空間達到49.86億美元,2022至2027年CAGR39%,有望拉動相關磨拋設備需求。

04

相關企業有哪些?

作為國內軋輥磨床領軍企業的華辰裝備,產品主要用于鋼鐵、有色等下游行業,根據華辰裝備公司公告數據,16/17年軋輥磨床行業占有率分別為32%、34%。華辰裝備新研發亞μm級磨床,產品性能實現進一步突破。同時華辰裝備實現了核心功能部件自主可控,砂輪主軸、工件主軸、B軸、高速內磨主軸、HCK2000C數控系統均為華辰自主研發制造。

宇環數控是消費電子磨拋設備領軍企業,與蘋果產業鏈建立了長期合作關系,同時為華為、榮耀、小米、三星等消費電子品牌企業的供應商及代工廠提供相關的設備配套服務,覆蓋消費電子領域一線廠商。

在其他領域宇環數控開發了高精度數控立式復合磨床,可對大型軸承、液壓閥套、液壓缸體、精密齒輪、閥門等具有高精度及表面質量要求的產品進行加工;同時開發了導軌磨床,采用龍門式布局,可對機床或其他裝備產品上的中、大型結構件進行加工,加工精度可達到IT3級,目前已實現小量銷售。

日發精機子公司日發機床定位高端數控機床,下游覆蓋高端軸承、汽車及零部件、工程機械等高精密機械及零部件制造業。國內軸承行業規??壳暗?0家企業中,有25家采用日發精機的高端軸承磨超加工及裝配生產線產品。日發精機并購的子公司意大利MCM為全球知名4軸/5軸臥式加工中心制造商,有能力通過FMS柔性制造系統為汽車、航空航天等領域提供整體解決方案。

秦川機床則包含了主機業務、高端制造業務、核心零部件業務、智能制造業務四大業務板塊,產品包括高端數控車床、外圓磨床、齒輪加工機床、加工中心、滾動功能部件等,擁有寶雞機床、漢江機床、漢江工具、沃克齒輪等子公司。

其子公司漢江機床為國內螺紋磨床主導企業,能夠提供滾珠絲杠副成套設備。子公司格蘭德在磨床領域也開發了外圓磨床、萬能外圓磨床、端面外圓磨床、軸承磨床、球面磨床、外圓系列數控磨床、汽車及工具行業專用磨床等11大類、110多個品種、150多個規格,根據公司官網信息格蘭德具有年產磨床1.5億能力。

責任編輯: 高蕊琦
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