轴承行业深度报告:工业的关节,新需求孕育新动力圈子铸位来

轴承是机械传动的支承:主要功能是支承旋转轴或其它运动体,进行转动或移动运动并承受相应的载荷和转速。轴承的精度、性能和可靠性对机械设备的性能起着关键作用,因此其技术水平直接影响着一个国家工业发展的水平。

根据轴承中摩擦性质的不同,可将轴承分为滑动轴承和滚动轴承(1)滑动轴承:适用于低速低噪音环境下,多应用于家电、电动工具、印刷机械、摩托车等;(2)滚动轴承:适用于高速高载荷环境下,多应用于汽车、飞机发动机、机床、轴承和涡轮机等领域。

滑动轴承由以下部分组成:轴被轴承支承的部分称为轴颈,与轴颈相配的零件成为轴瓦。轴瓦可以做成整圆筒形,也称为轴套,是支撑并旋转于轴上的主体零件。用于支撑和固定轴瓦的部分称为轴承座。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。注油孔用于向油沟内注入润滑油,而油沟则用于储存润滑油并使润滑油均匀分布。滑动轴承靠平滑面支撑转轴,在滑动摩擦下工作,具备工作平稳、可靠、无噪声的优点。在液体润滑条件下,滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,还可以大大减小摩擦损失和表面磨损。此外,滑动轴承承压面积大,承载能力相对较高。

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转;外圈作用是与轴承座相配合,起支撑作用;滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间,其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命;保持架能使滚动体均匀分布,引导滚动体旋转起润滑作用。此外,润滑剂也被视为滚动轴承的第五大件,主要起润滑、冷却、清洗等作用。滚动轴承依靠滚动体的传动支撑转轴,具有更低且数值更稳定的摩擦系数,摩擦损失较小。在投入实际应用的情形下,滚动轴承还具备使用维护方便、起动性能好的优势,并且在高载荷环境下有较强的承载能力。轴承种类和下游应用领域广泛,国产轴承集中在中低端滚动轴承种类众多,可根据其承载方向、滚动体种类、滚动体列数、形状等标准进行分类。轴承构造、材料选取决定轴承的性能和使用场景。

轴承产业链:(1)上游:主要包括特种钢材、铜材、非金属材料等供应商。(2)下游:广泛应用于工业自动化、高端装备、机器人、汽车制造、工程机械、家用电器、电动工具、纺机、农林机械、国防、能源、航空航天及轨道交通等领域。

中国是全球第三大轴承生产国,汽车是最大的下游应用领域。2022年我国轴承行业整体营业收入2500亿元,产量259亿套。汽车是轴承应用最广泛的领域,2021年来自汽车行业的轴承消费量已占到轴承行业总量的39.19%。

新能源汽车、人形机器人带来新兴轴承需求。当前,国产轴承厂商大多处于海外轴承大厂发展的第一阶段,以新能源汽车、人形机器人为代表的新兴市场增量需求将为具备研发实力与卡位优势的厂商带来发展所需的资金,助力这些企业进一步拓展不同下游市场扩大营收规模、抵御行业波动。风电轴承国产替代空间较大,以滑替滚趋势逐渐显现。我国风电轴承主要依赖进口,国产化率较低。风电主轴轴承、齿轮箱轴属于附加值较高的两个产品,但国产化率仍处于较低的水平,分别只有32.97%、0.58%。滑动轴承具有承载能力强、体积小、结构简单等特点,将会是未来风电齿轮箱最具潜力的设计方案之一,有望逐渐实现“以滑替滚”。机床轴承包括主轴轴承、丝杠轴承和传动轴轴承,面临较大国产替代空间。2023年全球市场规模达231.51亿元人民币,贝哲斯咨询预计2028年全球机床轴承市场总规模有望达289.48亿元。国内高端数控机床零部件自供率较低,轴承厂商面临较大国产替代空间。

2.1、新能源车渗透率提升,带动轴承需求翻倍

单台汽车轴承价值量为1500元。传统汽车的驱动、转向、传动、底盘及辅助系统等领域以及新能源汽车的电机、减速器等部件均需要使用轴承。根据捷太格特官网和NSK数据,单台汽车约使用100套轴承。根据中国轴承工业协会数据,单台汽车轴承价值量约1500元。

新能源汽车较传统燃油汽车新增电驱动总成,对轴承提出新的挑战。传统燃油汽车的驱动系统在新能源汽车中被替代为了电驱动总成。电驱动总成由电机与减速器构成。汽车驱动电机调速范围宽、启动转矩大、功率密度高、效率高的特性,使其对轴承的高速、高低温、耐久性、稳定性、可靠性提出了更高的要求。

新能源汽车渗透率不断提升,带动新能源汽车用轴承市场空间翻倍。根据五洲新春公告,新能源汽车用轴承单车数量较传统汽车单车数量减少20个左右,但由于技术要求更高,价格也更高,预计新能源汽车单车轴承价值总量与传统汽车单车价值总量相当。根据我们测算,2023年国内新能源车轴承市场空间约144亿元,到2030年有望增长至292.5亿元。

传统燃油汽车高端轴承被美、日、欧轴承企业主导。汽车内使用的中高端轴承包括发动机系列轴承,汽车变速器、差速器等齿轮箱用长寿命轴承,以及汽车轮毂单元轴承。国内部分汽车轴承企业虽然也有生产、配套,但大部分被应用在合资品牌的低档车型和部分自主品牌汽车上,国内85%以上的中高端汽车的高端轴承仍以海外品牌的轴承为主。国内新能源汽车崛起,客户定点体系重构,为汽车轴承国产化带来机遇。自2008年中国首次推出新能源汽车产业发展规划至今,在政策支持、产业链玩家自主创新提升技术实力的推动下,国产新能源车销量快速提升。国产轴承厂商在产业发展初期就配合主机厂共同研发,配合新能源汽车车型变化快速迭代,与主机厂形成绑定,在主机厂降本趋势下,新能源汽车轴承国产化率不断提升。

2.2、人形机器人量产在即,轴承需求释放可期

轴承是机器人的关键配套件之一。根据所配套的机器人关节零部件不同,可分为谐波减速器轴承、RV减速器轴承、行星减速器轴承、行星滚柱丝杠轴承。

(1)关节轴承

人形机器人大量使用关节轴承。人形机器人旋转关节使用交叉滚子轴承、角接触轴承和柔性轴承。线性关节使用四点接触轴承和深沟球轴承。其中,交叉滚子轴承制造难度最大,国内量产企业少。角接触轴承、四点接触轴承有一定的难度,国内可以供应,价格远低于进口,精度低于进口;深沟球轴承技术成熟、国内稳定供货,价格远低于进口。

旋转关节按速度可以分为三部分:外壳固定的部分、高速电机轴、低速输出轴。交叉滚子轴承安装于外壳固定部分和低速输出轴。需要承受减速器扭矩外的全部力和扭矩,要求极强的刚性。交叉滚子轴承有变形,拉直后可以变成十字交叉滚子导轨,圆柱的滚子呈90°相互垂直交叉排列,通过隔离块将相互垂直的滚子进行隔离。可受径向力和轴向力,游隙更小,载荷更大。谐波减速器中的交叉滚子轴承又叫薄壁轴承,加工难度在薄壁的抗变性能。角接触轴承:用于固定部分和高速电机轴之间的轴承,可以承受较高的转速,也可以承受一定的轴向力。通常成对使用,提供不同的轴向力。

线性关节按速度分为电机固定部分①、电机转动部分+丝杠螺母部分②、丝杠部分③。其中①和②之间采用了一个四点接触轴承和一个深沟球轴承,两种轴承的作用是高转速部分和固定部分进行分离和支撑,四点接触轴承克服了深沟球轴承轴向窜动量大的缺点。

(2)减速器轴承

目前应用于机器人的减速器主要有两种:谐波减速器和RV减速器。谐波减速器用轴承主要包括交叉滚子轴承和柔性轴承,RV减速器主要采用角接触球轴承。谐波减速器用交叉滚子轴承包含四种系列,CSG(CSF)系列、CSD系列、SHG(SHF)系列、SHD系列,其命名方式采用减速器的命名;谐波减速器用柔性轴承的命名为HYR,RV减速器主轴承的命名为RV。CSF/CSG系列谐波减速器用交叉滚子轴承在外观和热处理工艺上与标准交叉滚子轴承具有差异。该系列交叉滚子轴承与标准交叉滚子轴承相比,内外套圈共有三层不同尺寸和数量的安装螺纹孔,在外观上与基本型交叉滚子轴承差别较大;另外该种轴承外圈热处理采用整体淬火工艺,内圈采用滚道表面高频淬火工艺,这是工艺上与普通交叉滚子轴承的主要不同。SHF/SHG系列谐波减速器和SHD系列谐波减速器用交叉滚子轴承内外圈均为整体结构。SHF/SHG型安装时对性能几乎没有影响,能够获得稳定的旋转精度和扭矩,主要应用在SHG和SHF系列的各类减速器输出部位。SHD型高度比SHG的更低,节约减速器的安装空间,主要应用在SHD减速器输出部位。

柔性(HYR)轴承是谐波减速机的主要组成部分,其精度和稳定性直接决定了谐波减速机的功能。柔性轴承在工作中,内圈安装在椭圆形的凸轮上,工作中承受循环应力载荷,外圈安装在柔轮上,工作中随凸轮的转动而发生弹性变形,不仅承受循环应力载荷,而且承受交变应力载荷。

(3)丝杠轴承

人形机器人应用场景丰富,在工业、家庭等应用场景均有广阔的发展空间,属于万亿级别市场空间的行业,2024年有望成为人形机器人量产元年。当特斯拉人形机器人出货量达到100万台时,关节轴承市场规模将达到35亿元,此外由于人形机器人关节轴承会定期更换,未来总市场空间将更大。

2.3、风电装机保持高增,大型化带来滑动轴承需求

2.3.1、风电轴承以滚动轴承为主,大型化趋势带动滑动轴承需求

风电装机保持高增。2000-2023年国内新增风电装机量CAGR达34.8%,全球新增风电装机量CAGR达16.1%,均保持高增态势。

风力发电机用轴承是一种特殊的轴承,使用环境恶劣,维修成本高,寿命要求高。风电轴承主要包括偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承、变速箱轴承、发电机轴承。每台风力发电机设备包括:1套偏航轴承、3套变桨轴承、2套发电机轴承、2套齿轮箱轴承和1套主轴轴承。双馈式和半直驱式风机带有变速箱轴承,其需求量根据变速箱的结构形式而变化。风力发电机用轴承的结构形式目前以滚动轴承为主,包括四点接触球轴承、交叉滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承以及深沟球轴承等。滚动轴承摩擦力小于滑动轴承,节能效果显著,主轴承采用滚动轴承的一般小型球磨机节电达30%~35%,中型球磨机节电达15%~20%,大型球磨机节电可达10%~20%。但是风力发电机的工况条件通常比较恶劣,需要面对较大范围的温度、湿度和轴承载荷变化,及最高达23m/s的冲击载荷,因此,风力发电机的轴承的密封和润滑、耐冲击、使用寿命和可靠性等都有着严格要求,近年“以滑替滚”趋势逐渐显现。

大型化是风电技术发展趋势。风轮直径每增加10%,整机发电量将提高8%以上,因此发展大功率机型是降低风电度电成本的有效措施之一。半直驱型风电机组融合了双馈型风电机组高可靠传动和直驱型风电机组超紧凑设计等技术优势,在重量、成本等方面具有明显优势,发展大功率半直驱型风电齿轮箱是未来的主流方向之一。

滑动轴承具有承载能力强、体积小、结构简单等特点,与传统的滚动轴承相比主要具有两方面优势:(1)风机承载能力提升,传统的滚动轴承为点接触或者线接触,单位重量或尺寸承载能力有限,滑动轴承为面接触因此承载能力大幅度上升;(2)风机维护成本低,滑动轴承结构可设计为分块式,适用于更高容量的风机中,灵活的安装结构使轴承实现现场安装维修成为可能。

滑动轴承在风电机组有望实现弯道超车。2021年10月,全球最大、国内首台金风科技新型轴系样机在新疆维吾尔自治区达坂城风电场成功实现并网发电及满发运行。金风科技新型轴系采用滑动轴承替代滚动轴承,实现了“两升一降”,轴承载密度提升超过20%,运行可靠性提高,维护成本降低超过60%。齿轮箱轴承亦可由滑动轴承替代,相较于采用滚动轴承的风电齿轮箱,采用滑动轴承的风电齿轮箱扭矩密度可提升25%,传动链长度能减少5%,齿轮箱重量可降低5%,成本相应降低15%,因此滑动轴承将会是未来风电齿轮箱最具潜力的设计方案之一。

2.3.2、预计2024-2025年滑动轴承市场规模有望从3亿元增长至36.9亿元

2025年风电轴承市场规模有望达368.5亿元,其中风电滑动轴承市场有望迎来快速增长期,2025年市场规模有望达到36.9亿元。我们做如下假设:2024-2025年国内风电新增装机容量分别为80、100GW,其中海风新增装机容量分别为15、20GW,陆风新增装机量分别为65、80GW。假设2024-2025年风电滑动轴承渗透率分别达1%、10%,以此计算出2024/2025年国内风电轴承市场规模分别为300.6、368.5亿元,其中风电滑动轴承市场规模分别为3.0、36.9亿元。

2.4、机床行业处于周期底部,景气提升带动轴承需求复苏

轴承运用于机床的旋转和直线运动中,它们能够充当量具设备和工具中的接触点和枢轴点、液压泵中的柱塞以及尺寸和圆度量规的母版。精密轴承主要应用于机床的主轴、丝杠和传动轴中,滚动轴承的精度通常分为五个等级:P0,P6,P5,P4和P2,精密机床主轴上使用的轴承精度应为P5及更高等级。对于高速高精度机床(例如CNC机床和加工中心)的主轴支撑,应选择P4及其更高级别的超精密轴承。主轴轴承:机床主轴轴承通常有六种结构类型:深沟球轴承,角接触球轴承,圆柱滚子轴承,双向推力角接触球轴承,圆锥滚子轴承和推力轴承。但是,随着数控技术的发展以及对加工速度,精度和环保要求的日益提高,数控机床的主轴轴承仅限于四种类型的结构:角接触球轴承,圆柱滚子轴承,双向推力角接触球轴承和圆锥滚子轴承。主轴轴承作为机床的基础组件,其性能直接影响着机床的转速,旋转精度,刚度,抗振动切削性能,噪声,温升和热变形,进而改变加工的精度和表面质量。

3.1、我国轴承行业景气度仍于底部震荡

轴承行业景气度随制造业景气度周期性波动,目前我国轴承行业PPI指数仍于底部震荡。2023年下半年我国滚动轴承产量有所回升,截至11月产量累计同比提高35.8%,同期我国制造业固定资产投资完成额累计同比提高6.3%。目前轴承、齿轮和传动部件PPI仍于底部震荡,已连续15个月处于底部区间。电气、汽车、3C等轴承下游行业景气度较高,2023年其固定资产投资额分别累计同比提高32.2%、19.4%、9.3%,均高于制造业固定资产投资额同比上升幅度(6.5%)。

3.2、大规模设备更新方案发布,顺周期方向将率先受益

政策推动设备更新落地。新时期,需要从投资端(设备)+需求端(消费)两方面刺激经济。2008年11月,在国际金融危机给我国经济带来下行压力的背景下,国务院提出投资4万亿刺激经济方案,包括鼓励普通商品住房消费、进一步推进保障性安居工程建设等稳定经济民生的系列政策,带动了中国经济实现快速发展。经过多年的发展,我国公路、铁路等基础设施已实现较大水平提升,房地产建设逐步收窄,需要从投资端(设备)、需求端(消费)两方面刺激经济。

3.2.1、投资端:有望拉动能源/基础设施/交运/农机等行业的设备需求

本次《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》(下简称“《设备更新和以旧换新方案》”),在2024年2月23日财经委第四次会议的基础上,进一步明确了重点行业设备、建筑和市政基础设施领域设备、交通运输设备和老旧农业机械、教育医疗设备等方向。

此前,2024年1月29日发改委、工信部等六部门发布的《关于发布<重点用能产品设备能效先进水平、节能水平和准入水平(2024年版)>的通知》(下简称“《通知》”),将产品设备能效水平划分为先进水平、节能水平、准入水平三档,提出设备更新改造和回收利用等方向。此外,新版设备能效标准新增了对工业锅炉、数据中心、充电桩、光伏逆变器等设备产品的能耗要求,提高了对电机、空调机组、冷水机组等设备产品的能耗要求。

我们认为,本次《设备更新和以旧换新方案》可看作此前《通知》的扩大补充方案。其中提及的“能耗、排放、技术”等标准,与此前的《通知》内容互相契合,除明确提到的基建、交运等方向外,也有望带动能源、化工等由央国企主导、具有高能耗高排放特征的产业设备大规模更新。

3.2.2、消费端:汽车、家电等耐用消费品产业链有望直接受益

此前,我国分别在2007-2009年2022-2023年颁发过家电下乡、汽车下乡、以旧换新等消费端刺激政策。在本轮政策与过往政策的区别上,上一轮“以旧换新”活动属于大件耐用品普及的阶段,而本轮政策则侧重绿色低碳、智能化、信息化等标准。根据商务部数据,2023年我国汽车保有量是3.4亿辆,冰箱、洗衣机等主要品类的家电保有量超过30亿台,更新换代的需求和潜力可观,汽车、白电等耐用消费品产业链有望直接受益。在设备更新政策的推动下,轴承产业将迎来发展机遇。设备更新政策将显著利好汽车、电机、工程机械、农机等轴承主要下游产业,促进下游设备更新,轴承作为机械运转的核心部件,其性能和可靠性直接影响到机械设备的整体效率和稳定性。随着国内设备更换需求的增长和高端装备制造的发展,对高精度、长寿命以及智能化的轴承产品的需求日益增长,未来高端轴承生产商将有望率先受益于设备更新政策。

4.1、观海外:格局稳定,高度集中,八大家占据全球70%市场份额

全球轴承行业经过多年产业竞争后,形成集中在瑞典、德国、日本、美国四个国家的八家大型轴承企业掌控全球市场的态势。包括瑞典斯凯孚、德国舍弗勒、日本NSK、日本JTEKT(捷太格特)、日本NTN、美国TIMKEN(铁姆肯)、日本NMB(美蓓亚)、日本NACHI(不二越),2020年,八大轴承企业占全球市场规模比例达70.7%。

回顾产业发展史,全球八大家轴承企业在发展初期打磨技术创造品牌影响力并形成资金储备,进一步发展过程中纵向一体化整合产业链提高产品性能、横向并购扩大能力圈与产能规模,实现从国内向全球范围的扩张,最终成长为行业巨头。

纵向一体化是提高产品性能、降本的有效途径。日本不二越除了生产轴承,还向产业链上游延伸进入钢厂和刀具领域,向下游延伸进入多关节机器人市场,实现纵向一体化布局,通过对钢材、刀具质量控制进一步提高了轴承的性能,所生产的轴承可以用于自产的工业机器人,同时工业机器人作为自动化设备引入产线后可提高轴承生产的人效。

外延并购是进一步扩大营收的正确决策。轴承根据其下游不同需求,会有不同性能要求。不同性能要求使得制备工艺、加工设备各不相同,因此企业通过内生增长拓展不同领域轴承产品成本较高。海外厂商通过并购实现产品品类的扩充,如斯凯孚从1980年开始利用内生增长积累的资金在轴承领域进行了48次并购,下游市场从汽车、工业扩大到了航空、铁路、机床等多个行业,规模效应不断扩大,从而保证了良好的盈利能力和健康的现金流。

4.2、复盘海外轴承巨头成长历程——以SKF为例

斯凯孚发展跨越百年,1948-2023年营收CAGR达7.3%。斯凯孚主要产品为轴承及其配套产品、生产过程检测设备与系统、应用程序机械保养服务、汽车后市场服务五类产品,主要下游包括工业与汽车市场。2023年斯凯孚实现营业收入1038.8亿瑞典克朗(约合人民币712亿元),1948-2023年营收CAGR达7.3%。

近35年,斯凯孚全球布局增强公司抗风险能力,营业收入进入快速上升期。1988-2023年期间对公司主要影响事件包括海湾战争、金融危机、新冠疫情等:1990-1993年海湾战争导致全球轴承销售额下降20%;1996年汇率变化影响公司销售额;1998年为了提升公司业绩,斯凯孚替换首席执行官,剥离公司非核心业务,从此开启了公司的快速发展期;金融危机后公司通过业务重组与降本措施逐渐恢复营收增长;新冠疫情后的工业需求反弹促进了公司产品销售,2023年公司营收创历史新高。

并购是公司扩张的主要手段。自1916年起斯凯孚合计开展了超过84次并购项目,其中有48次并购发生在轴承领域,2000年以来公司并购开始加速,通过并购,斯凯孚得以进入航空轴承、铁路轴承、机床轴承等行业,下游分布广泛,子公司遍布全球。斯凯孚实施国际化战略,通过横向与纵向延伸,成功建立起全球生产制造与销售网络。通过纵向延伸,斯凯孚收购许多轴承钢厂商,目前80%的轴承生产原料由公司自有的炼钢厂提供。通过横向拓展,公司丰富自身产品种类,得以进入多个行业进行经营。目前斯凯孚在全球拥有15个技术中心、29个轴承再制造基地,17000个经销商,下游涉及行业达40个,产品遍布全球129个国家。

公司毛利率整体较为平稳,近年呈现逐渐提高态势。公司毛利率整体呈现稳定态势,1990-1993年收到海湾战争影响下游轴承需求下滑导致公司毛利率显著下滑;1996-1998瑞典克朗升值叠加西欧市场低迷,影响公司销售收入,1998年业务重组导致销售成本增加,影响公司毛利率。自1998年公司业务重组,剥离机床制造和钢铁等非核心业务以来公司毛利率呈现稳中有升的态势。

公司净利率表现与毛利率表现接近,整体抗风险能力较强。除海湾战争、业务重组与金融危机外,2012年市场需求疲软,欧洲汽车市场需求下降对公司净利润造成一定影响,公司整体净利率在6%左右波动,呈现出较强的抗风险能力。

5.1、国内轴承市场低端产能有望逐步出清,市场份额向头部集中

不同于全球轴承行业呈现高度集中的状态,我国轴承行业市场格局分散,2021年CR6仅为24.1%。2021年全球八大跨国轴承企业占据全球75%的市场。2021年度舍弗勒的收入规模最高,约1000亿元,而国内目前仅有人本股份、万向钱潮产值突破百亿元,并与其他国产轴承厂商营收体量形成断层。

5.2、国产替代与新兴需求拓宽国内轴承企业发展空间

我国轴承产品的生产制造集中在中低端市场,中高端轴承产量占比低于20%。国产中低档轴承约占总产量的80%左右,而各类专用、精密、高可靠性等高技术含量的轴承产品只占20%左右。从进出口轴承产品平均每套价格来看,出口价格基本为进口价格一半,说明我国出口轴承产品附加值较低。

国家支持高端精密轴承国产化替代,高端化、精密化将成为国内轴承产业发展趋势。我国对于轴承产品的要求更加趋于智能化与高端化,对于高精密大型轴承的需求也较大。2019年10月30日,国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2019年本)》,重点鼓励重载铁路货车轴承、2MW及以上风电机组用精密轴承、P5/P4级高速精密冶金轧机轴承等类型轴承产业的发展。2021年4月14日,工信部发布《“十四五”智能制造发展规划(征求意见稿)》,明确到2025年,年规模以上制造业企业基本普及数字化,智能制造装备国内市场满足率超过70%,轴承作为装备中的重要组成,其高端精密领域的国产化替代对国家战略发展具有重要意义。

国产替代与高端化精密化将成为我国轴承产业未来发展主线。国内轴承产业大而不强,主要生产产品集中于低端产品,中高端产品占比不足20%,部分如风机主轴轴承、重载铁路轴承、动车组轴承等领域的轴承国产化率较低。未来我国将持续推进国产轴承高端化、精细化发展,解决轴承高端应用场景的卡脖子问题,轴承产业头部厂商有望收益。

5.3、轴承重点公司分析

5.3.1、五洲新春:卡位机器人、新能源汽车高景气赛道

5.3.3、力星股份:轴承滚动体领导者,全资子公司布局新能源车陶瓷球

力星股份主营产品为轴承滚动体,包括轴承钢球(2023收入占比84.7%)和轴承滚子(2023收入占比12.0%),下游客户为轴承企业。终端应用领域包括机动车制造、精密电机、工业母机、风力发电、轻工家电、工程机械、航空设备等。终端领域的客户包括丰田、尼桑、现代等厂商。力星股份轴承钢球销售收入连续多年排名国内第一,是目前国内唯一一家进入国际八大轴承制造商采购体系的内资企业,供货给全球最大轴承制造商瑞典斯凯孚集团。公司Ⅱ级轴承滚子也已开始大批量生产,Ⅰ级轴承滚子已通过国家轴承质量监督检测中心检测,开始小批量生产。2022年力星股份拟使用自有投资资金1亿元设立全资子公司“力创精密”,主营业务为精密陶瓷滚动体。目前陶瓷球生产线已进入试生产阶段,部分样品已交由下游客户检验,2024年已有量产能力。

5.3.4、光洋股份:深耕汽车轴承,发力新能源汽车与机器人轴承市场

公司自成立以来始终将汽车轴承作为主业,发展过程中逐步拓展同步器行星排等其他汽车零部件业务以及以柔性线路板为代表的消费电子业务。2023来自轴承产品、汽车行业的营收分别占公司总营收的51%、91%。公司成功为大众、比亚迪、斯堪尼亚、戴姆勒、北京奔驰、理想、蔚来、小鹏、零跑、一汽、东风、重汽、长城、吉利、广汽、长安、麦格纳、爱信、博格华纳、ZF、伊顿、纳铁福等国内外知名新能源与燃油汽车及零部件制造商开发出高精密、高可靠性、轻量化的轴承及其他汽车零部件产品实现进口替代。根据公司2023年最新发布的定增说明书,公司计划使用募集资金4亿元建设“年产6500万套高端新能源汽车关键零部件及精密轴承”项目。该项目涵盖新能源汽车三代轮毂轴承单元、新能源汽车精密高速球轴承、新能源汽车精密锥轴承、新能源汽车精密冲压角接触球轴承和新能源汽车线控制动系统丝杠轴承单元五大类产品。本次募投项目产品的客户主要涵盖比亚迪、大众、蜂巢传动、富临精工、奇瑞、吉利、博格华纳、理想等新能源汽车产业链知名企业。除了重点开拓汽车领域,公司也在全力开拓机器人零部件市场,目前在减速器用交叉滚子轴承、RV组合轴承等产品领域已经实现了批量配套。

5.3.5、人本股份(IPO申报):机器人、新能源汽车、高铁等中高端轴承取得多项突破

公司是中国产销规模最大的轴承企业,汽车为公司第一大下游,2022H1营收占比35.7%。根据中国轴承工业协会2023年2月的统计显示,公司自2013年以来的轴承产销量在全国主要轴承企业中排名第一位,是中国产销规模最大的轴承企业。在汽车、轻工机械、重型机械、轨道交通等领域积累了稳定的优质客户资源。公司是国内少数具备全产业链能力的轴承企业之一,拥有从材料轴承钢技术研发、轴承产品的设计、到轴承的锻造、车加工、热处理、精磨、装配等各个关键环节一体化的能力。在以重大装备轴承为代表的中高端轴承产品领域,公司已取得了众多突破。包括新能源汽车驱动电机、轮毂轴承、地铁轻轨轴承、高铁动车牵引电机、轴箱和齿轮箱轴承、风电主轴轴承、机器人轴承领域和精密机床轴承。

5.3.6、国机精工:坐拥轴研所优质资产,承担高端轴承国产替代使命

6.1、车加工、热处理和磨削加工为轴承主要工艺环节

车加工:是指选用不同规格的车床或自动旋削连线设备将锻件或管件车削成符合工艺规定形状和尺寸的车加工成品,需要选用不同规格的车床或自动旋削连线设备;热处理:是指将车削加工后的轴承套圈进行淬火及回火处理,实现从珠光体到马氏体的转变,需要选择不同的热处理炉、淬火方法和淬火介质;

磨削加工:包括端面磨削、外圆磨削、沟道磨削、内径磨削、沟道超精等工艺环节,其中不同环节堆设备的要求不同,端面磨削采用轴承专用双端面磨床,外圆磨削采用轴承专用外圆磨床,沟道磨削采用轴承专用沟道磨床,内径磨削采用轴承专用内圆磨床,沟道超精需要采用轴承专用超精研设备。未来轴承工艺的发展主要集中于材料、制造工艺和设计三个方面。材料方面:陶瓷等新材料的应用将成为轴承材料发展的主要方向。轴承的材料需要具备高强度、高硬度、高耐磨、高耐腐蚀和耐高温等特性,未来随着技术的进步,新材料的应用将成为轴承材料的主要方向。目前,陶瓷、纳米材料和复合材料等先进材料具有更高的强度和硬度,能够使得轴承的性能得到大幅提升,延长轴承的使用寿命并提高其工作效率。

制造工艺方面:精密制造技术将成为轴承制造的重要发展方向。精密制造技术能够提高轴承的制造精度与质量,减小尺寸误差和表面粗糙度,使得轴承的运转更加平顺可靠。目前可采用的先进加工技术包括激光加工、电化学加工和微细加工等,可以实现对轴承零件的高精度加工。设计方面:轴承的设计将会更加注重优化结构和提高性能。轴承的设计需求越来越高,需要满足更高的载荷、更大的转速和更长的使用寿命的要求,需要引入先进的仿真技术和优化算法,对轴承的结构和参数进行全面的优化和分析,从而提高轴承的承载能力与稳定性。将轴承与其他机械零部件进行集成设计将实现更高的系统效率和整体性能。

6.2、原材料、热处理工艺、磨削设备为国内外轴承产业主要差距点

轴承制造工业自起源之日起发展已超过百年,轴承制造的基本原理未发生过颠覆性变化。在中高端轴承领域,国内产品与进口轴承相比存在的差距主要体现在尺寸公差与旋转精度的差距、高速性能的差距、噪音与异音的差距、寿命的差距、特殊工况应用的差距等方面。造成这些差距的原因是中高端轴承生产制造过程中存在原材料、热处理工艺、磨削设备三大壁垒,国内在这三面均有不足。

6.3、轴承与丝杠生产工艺相通,轴承厂商转向丝杠生产具备先天优势

国内厂商切入高端丝杠市场主要面临三大壁垒:成熟工艺、设备储备与高质量原材料。壁垒一:成熟的加工工艺。高端丝杠的制造难度大。以行星滚柱丝杠为例,螺纹牙型的设计通过决定滚柱-螺母间啮合点位置与轴向间隙大小来决定丝杠的性能。丝杠行业先进入者凭借长期深耕提炼出成熟的螺纹牙型设计方式与加工工艺,抢占高端市场份额。这些厂商更容易导入终端龙头客户并且形成客户粘性,通过龙头客户的高质量反馈,再对加工工艺进行改进形成良性循环。壁垒二:丝杆为重资产行业,对设备储备要求高。对于无精度要求的C7-C10级滚珠丝杠,国内一般采用车削后轧制的方式生产。对于C0-C5级精密滚珠丝杠和行星滚柱丝杠,国内主要采用先车削、后磨削的方式,如果加工带端齿的螺纹滚柱时还需要使用滚齿机或一体成型的滚压机。磨削为核心工艺,约占整个加工过程的2/3,使用的设备是数控螺纹磨床,根据丝杠精度要求不同,选择中高端数控螺纹磨床或高端数控螺纹磨床。

壁垒三:原材料纯度、配方,材料热处理工艺。丝杠的主体材料需要具有高强度、硬度及良好的淬透性、耐摩擦性来保证长期稳定的工作。制造出上述高质量原材料的核心壁垒在于材料本身的纯度、配方以及球化退火、调质处理、中频淬火三项核心热处理工艺。成熟的轴承生产企业能够有效克服丝杠生产壁垒,因此轴承企业拓展丝杠业务具有先天优势。轴承企业在丝杠生产中具有优势主要出于以下原因:(1)轴承和丝杠部分生产设备可以共用,轴承企业能够节约设备投资额。锻压机、车床、热处理设备线(真空炉、淬火炉、退火炉等)、质量检测的设备(圆度仪、油隙仪、振动检测仪)设备能够同时用于轴承与丝杠生产中,能够节约轴承企业转向生产丝杠的投资额,同时加快产线建设,获得市场先机。轴承企业转向丝杠生产主要投资设备包括滚齿机、数控螺纹磨床、插齿机等。在实际生产中,丝杠的生产通常会使用专门的丝杠磨床或者螺纹磨床,因此虽然轴承磨床在技术上可能用于生产丝杠,但在工业生产中,通常会选择更适合丝杠制造的专业设备。

(2)轴承企业在原材料选取和加工工艺上具有丰富经验,能够满足丝杠生产需求。丝杠的主体材料需要具有高强度、硬度及良好的淬透性、耐摩擦性来保证长期稳定的工作。而轴承钢是重大技术装备用轴承零件的关键基础材料,广泛应用于航空航天、高铁机组、大型盾构机等领域,这些领域对轴承的性能要求极高,因此轴承钢的质量直接关系到装备的可靠性和安全性。因此轴承企业在轴承生产中积累了丰富的原材料选取和配方的经验,能够满足丝杠的原材料需求。另外轴承生产工人在锻压、切削、热处理等工艺流程中积累了丰富的经验,能够熟练应用于丝杠生产之中,因此轴承企业具备生产丝杆生产的先天优势。

国内轴承企业正逐步布局丝杠,目前已初步具备量产能力。丝杠和轴承在生产加工方面存在技术相通性,近年来五洲新春、长盛轴承等企业开始布局丝杠产品,未来有望将产品应用至汽车和人形机器人领域。

磨床是轴承生产的关键设备。轴承生产中,所需的磨削加工劳动量约占总劳动量的60%,所用磨床数量也占全部金属切削机床数量的60%左右,磨削加工成本占轴承生产总成本的15%以上。

所应用的机床包括端面磨床、外圆磨床(外圆磨)、内圆磨床(内圈磨)无心磨床(外圆磨、外沟磨、内径面磨)等。

轴承加工核心设备包括磨床、超精机、检测机等。我们参考斯菱股份招股说明书,年产629万套轴承生产线项目生产设备投资1.96亿元,对应磨床、超精机、检测机的设备投入分别为4442、2382、1941万元。

在目前的国内外螺纹加工市场中,磨削工艺是主流。由于旋风铣设备价值量等问题,我国丝杠加工方式目前仍以高速或超高速磨削为主。所采用的磨具及设备主要为各种材质的砂轮及螺纹磨床。

内螺纹加工:采用攻丝或铣削工艺,分别对应刀具丝锥、螺纹铣刀。其中,公司工艺因丝锥刀具标准化程度高,价格相对便宜,设备及加工成本相对低廉;国际知名丝锥品牌包括日本OSG、德国EMUGE、德国NORIS和澳大利亚SUTTON等。螺纹铣刀刀具寿命长、不易断刀、螺纹精度好,但设备价格相对较高。对应设备分别为攻丝机、铣床等。

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