冷锻工艺：精度C3+高效低成本,人形机器人丝杠的理想工艺

冷锻工艺：精度C3+高效低成本,人形机器人丝杠的理想工艺 为企业客户提供全方位的“产业+金融”研究服务！ 核心要点 冷锻工艺是一种在室温下利用高压模具对金属坯料施加压力、使其发生塑性流动并直接成形（如螺纹、齿轮等）的金属塑性加工技术。该工艺无需加热材料，具有生产效率高、材料利用率高、尺寸一致性好、表面质量优以及金属流线连续、强度提升等优点，尤其适合大批量生产精密零部件。在行星滚柱丝杠的螺纹加工中，冷锻能够有效克服传统车铣磨工艺带来的成本高、效率低、质量不稳定等问题。螺纹滚压作为冷锻的核心应用，可实现无屑加工，加工效率提高数倍。 冷锻工艺的核心优势在于高强度、高效率与低成本。通过塑性变形使金属流线连续，零件的抗疲劳性能显著优于切削件；滚压螺纹精度可达C3级，表面粗糙度低至Ra0.2～0.6，且螺纹抗拉强度可提升20%以上。材料利用率高达95%以上，单件成本较传统磨削降低30%～50%。这些优势使得冷锻在满足高承载、耐冲击、长寿命等严苛要求时表现出色，尤其在机器人领域具有不可替代的价值。 在机器人应用中，冷锻工艺主要用于加工行星滚柱丝杠、关节轴承、齿轮等高承载传动部件。这些部件需承受频繁启停、冲击载荷及长期磨损，而冷锻成形件凭借连续的金属流线和致密结构，可显著提升关节的可靠性与寿命。随着人形机器人放量在即，冷锻工艺不仅有望成为丝杠制造的主流技术路线，并且已成为行星滚柱丝杠、滚珠丝杠等关键传动部件大批量生产的核心技术。 从竞争格局看，全球冷锻件市场规模2024年约342亿美元，预计2032年增至584亿美元，年复合增长率约6.7%。国内冷锻产业链已形成较完整的布局：新坐标为全产业链龙头，覆盖材料、模具、设备及产品，并已获得滚珠丝杠传动结构专利；思进智能是A股首家冷成形装备上市公司，产品包括搓丝机、滚丝机、滚压机，正推进高端滚压机（目前依赖宝飞螺、肯尼福等进口品牌）的国产替代；恒锋工具在冷挤压成型刀具领域市占率国内第一，其螺纹滚轧轮、旋锻芯棒等广泛应用于丝杠加工；浙江黎明专注于精密冷锻零件，适用于高强度复杂零件；精锻科技是乘用车冷锻件主要国内厂商；三维大通则在电机轴、液压阀体冷锻技术方面具备隐形冠军实力，材料利用率可达90%。这些企业共同构成了国内冷锻工艺从设备、刀具到产品的完整生态。 风险提示 技术路线不确定风险，下游需求不及预期风险。 分析师及联系人 陈传红SAC:S1130522030001chenchuanhong@gjzq.com.cn 苏晨SAC:S1130522010001suchen@gjzq.com.cn 内容目录 一、冷锻VS车铣磨：性能、效率和成本均具有优势...................3性能对比：冷锻工艺有更高的强度和表面质量...................3效率和成本对比：冷锻工艺大幅提速和降本.......................5 二、冷锻工艺供应链和竞争格局...................................10 海内外市场规模稳健增长......................................10加工端：本土企业竞争密集....................................12模具端：冷锻工艺最核心技术环节，同时制造螺纹和齿轮可大幅提升效率........................................................12设备端：滚压机是最核心设备，进口替代进行时..................15 三、国内主要企业冷锻工艺布局...................................16 风险提示.......................................................23 图表目录 图表1：丝杠螺母分类............................................3图表2：螺纹加工方法分类........................................4图表3：车铣磨工艺与冷锻工艺应用领域具备较高重复度..............4图表4：车/铣/磨削/滚压技术原理.................................5图表5：滚珠丝杠软车+磨削工艺路线...............................6图表6：硬铣削螺纹设备及螺距误差补偿技术........................6图表7：精密冷锻铸件生产工艺流程................................7 图表8：螺纹滚压技术路线........................................8图表9：滚压螺纹相比切削具有高效率低成本优势....................9图表10：滚压螺纹效率较传统车削加工提高近十倍..................10图表11：2024-2032年全球冷锻市场规模变化.......................11图表12：冷锻技术布局者进展....................................12图表13：行星滚柱丝杠传动机构主要结构..........................13图表14：螺纹滚柱轧制成型......................................13图表15：同一个轴上成形螺纹和齿轮的加工工艺的比较..............14图表16：内螺纹冷挤压原理......................................14图表17：使用旋锻芯棒工件.....................................14图表18：冷挤压内螺纹相比切削具备较多优势......................15图表19：特斯拉人形机器人丝杠方案..............................15图表20：滚压机公司布局........................................16图表21：思进智能冷镦机列表....................................17图表22：新坐标覆盖材料、模具、设备、产品的全产业链技术研发....19图表23：新坐标已布局丝杠技术..................................20图表24：恒锋工具布局多种冷挤压成型刀具........................22 一、冷锻VS车铣磨：性能、效率和成本均具有优势 性能对比：冷锻工艺有更高的强度和表面质量 行星滚柱丝杠被视为人形机器人中最卡脖子的环节，其主要加工工艺为螺纹加工。丝杠螺母传动可将旋转运动转换为直线运动（或相反传递），主要分为滑动丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三类。其中，滑动丝杠依靠滑动摩擦，结构简单但精度较差，传动效率仅为25%-50%；滚珠丝杠采用滚动摩擦，传动效率高达90%以上，精度高、效率高，但价格昂贵；行星滚柱丝杠则兼具承载能力强、耐冲击、体积小等优点，然而由于其结构复杂、加工难度大、成本高，至今未能广泛应用。行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的核心区别在于，前者使用螺纹滚柱而非滚珠作为负载的传递单元。 螺纹加工方法众多，其中最广泛采用的是滚压法（属于锻压工艺，包括搓丝和滚丝）与切削法（包括车削、铣削、磨削等）。具体到高精度螺纹的加工，主要有两种工艺路径：一是“车铣磨”工艺，即对粗坯件进行热加工后，先通过车削和铣削完成粗加工，再以磨削进行余量精加工，从而获得高精度；二是“冷锻+磨削”工艺，即先利用冷轧技术将粗坯件直接加工至一定精度，随后再通过磨削完成余量精加工。 与车铣磨工艺相比，冷锻工艺在提升产品强度和表面质量方面更具优势。车铣磨工艺通常用于对尺寸精度和表面光洁度要求较高的金属零件加工，能够满足精密应用的需求；而冷锻工艺则能提供更高的材料强度和更优的表面质量，因而更适用于对零件性能要求严苛的领域，广泛用于生产高强度、高精度的金属零件。 效率和成本对比：冷锻工艺大幅提速和降本 车铣磨复合生产工艺较为复杂且加工速度较低，其粗加工采用车削或铣削，后道精加工采用磨削，具体可细分为车削、铣削和磨削三道工序。其中，车削通过旋转工件并用刀具切削表面来形成所需形状，通常用于加工轴、轴承等圆柱形零件；铣削则使用旋转刀具在工件表面上切削材料，以产生平面、凹槽、齿轮等复杂形状和轮廓；磨削作为高精度加工工艺，通过磨削轮对工件表面进行切削，以获得更高的表面精度和尺寸精度，常用于模具、轴承等精密零件的加工。 目前常用的滚柱丝杠加工工艺以车削+磨削和硬铣工艺为主，其中前者精度更高。车削+磨削工艺的螺纹滚道部分通过软车、淬火、硬车螺纹、磨削螺纹等步骤成 型，相比以往的全磨削工艺，效率有所提升且精度较高。 硬铣削螺纹工艺则是在专用精密数控旋风铣床上，采用CBN刀具在淬硬的光杠上将螺纹滚道一次铣削成型，具有齿形精度高、表面光洁度好、加工效率高等优点。 冷锻工艺的优势是流程较短，效率较高。冷锻是在室温下对金属坯料施加压力，使其发生塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的成形工艺。该工艺常用于生产高强度、高精度的金属零件，广泛应用于汽车、航空航天、工程机械等领域。 完整的冷锻工艺流程通常包括以下步骤：（1）材料准备：选用合适的金属坯料，通常为圆形或方形的棒料或型材；（2）表面处理与润滑（可选）：对坯料进行磷化、皂化等润滑处理，以降低摩擦、延长模具寿命；（3）冷锻成形：将坯料置于冷锻机模具中，施加高压使其发生塑性流动，一次或多次成形为所需零件；（4）后处理：根据需要进行去应力退火、清洗、尺寸精整等工序，以消除内应力并保证尺寸稳定性。 来源：佛山昊通机械设备有限公司官网，国金证券研究所 螺纹滚压是一种通过成形滚压模具使工件产生塑性变形从而获得螺纹的工艺。根据滚压模具的不同，可分为搓丝和滚丝两类。 1.搓丝：利用两块带螺纹牙形的搓丝板，两者错开1/2螺距相对布置，其中静板固定，动板作平行于静板的往复直线运动。工件送入两板之间后，动板前进搓压工件，使其表面发生塑性变形而形成螺纹。 2.滚丝：借助较硬的模具对工件表面进行挤压，主要包括径向滚丝、切向滚丝和滚丝头滚丝三种方式。 a.径向滚丝：采用两个或三个带螺纹牙形的滚丝轮，安装在互相平行的轴上。工件置于两轮之间的支承上，滚丝轮同向等速旋转，其中一轮还作径向进给运动。工件在滚丝轮带动下旋转，表面受径向挤压形成螺纹。 b.切向滚丝：又称行星式滚丝，滚压工具由一个旋转的中央滚丝轮和三块固定的弧形丝板组成。滚丝时工件可连续松紧，生产效率高于搓丝或径向滚丝。 c.滚丝头滚丝：通常用于短螺纹的加工。滚压头内均匀分布有3～4个滚丝 轮，加工时工件旋转，滚压头轴向进给，将工件滚压出螺纹。 冷锻工艺的核心优势在于通过提升生产效率、减少废料来降低成本。其中，滚压（作为冷锻的一种形式）相比传统切削，是一种更高效、低成本且能提升螺纹强度的加工方法。滚压螺纹利用材料在冷态下的可塑性，在滚压工具的压力作用下使工件产生塑性变形，从而滚制出螺纹。与切削相比，滚压具有以下优势：①螺纹表面质量更好，粗糙度值更低；②提高工件表层金属的硬度和强度；③经济效率高，比切削螺纹可提高工效数倍至数十倍，且易于实现自动化；④属于无屑加工，节省原材料；⑤能够加工细长螺杆等无法用切削方法成形的零件；⑥成品螺纹具有更高的耐腐蚀性。 来源：齐会萍《螺纹冷滚压理论与工艺参数研究》，国金证券研究所 冷锻加工螺纹相比车削和磨削效率更高，更适合批量生产。磨削丝杠的工艺流程长、生产周期久，导致成本较高；而冷锻螺纹的工艺路线短、生产周期快，生产效率显著提升，制造成本相对较低。因此，冷锻丝杠更适于大规模批量生产，而磨制丝杠则难以实现批量制造。 二、冷锻工艺供