高端軸承制作出來到底有多難
高端軸承制作出來到底有多難
- 2020/12/8 14:52:58
軸承是機械電子設(shè)備中不可或缺的核心零部件，主要管理功能是支撐中國機械旋轉(zhuǎn)體，降低貿(mào)易摩擦影響系數(shù)并保證回轉(zhuǎn)精度。它是一個數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)物理等理論知識加上材料進行科學(xué)、熱處理工藝技術(shù)、精密加工和數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)等多學(xué)科的產(chǎn)物。無論飛機、汽車、高鐵還是高精密機床，凡是旋轉(zhuǎn)的部分，一般都需要根據(jù)軸承。
當(dāng)其他機件在軸上彼此之間產(chǎn)生一個相對主義運動時，用來進行保持軸的中心工作位置及控制該運動的機件，稱為中國軸承。它可直接用于轉(zhuǎn)軸的互相影響滾動，使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的摩擦力減至最低。
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在線性軸承的早期，一排木桿被放在撬板下面。這項技術(shù)可以追溯到卡夫拉金字塔的建造，盡管沒有明確的證據(jù)?，F(xiàn)代直線軸承的工作原理相同，但用球代替滾柱。
從重載車輪軸和機床進行主軸到精密機械鐘表零件，很多不同場合都需要通過旋轉(zhuǎn)一個軸承，最簡單的旋轉(zhuǎn)軸承是軸套軸承。這種教學(xué)設(shè)計研究隨后被滾動發(fā)展軸承可以替代，就是用很多都是圓柱形的滾子替代企業(yè)原先的襯套。最早開始投入資金使用的滾動軸承是鐘表匠約翰·哈里遜于1760年為制作H3計時器而發(fā)明的。
在意大利奈米湖的一艘古羅馬船只上，發(fā)現(xiàn)了一個早期的球軸承進行實例，有個木制球軸承可以用來作為支撐系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)桌面，這艘船建造于公元前40年。球軸承的各種技術(shù)不成熟影響因素中，有很重要的一點問題就是球之間會發(fā)生相互碰撞，造成企業(yè)額外的摩擦。
第一個就是關(guān)于中國軸承球溝道的專利是通過菲利普·沃恩在1794年獲得的。1883年，弗里德里?！べM舍爾提出了應(yīng)用適宜的出產(chǎn)機械磨制巨細溝通、圓度準(zhǔn)確的鋼球，這奠定了創(chuàng)建軸承工業(yè)的基礎(chǔ)。1907年，SKF球軸承進行工廠的斯文·“497”設(shè)計了最早的現(xiàn)代社會自調(diào)心球軸承。
按照一個相對主義運動的接觸社會形式進行軸承可以分為： 滾珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動影響軸承、撓性軸承、空氣通過軸承、磁懸浮軸承、寶石軸承和含油軸承等。
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雖然軸承結(jié)構(gòu)簡單，可以制造許多小廠房，但軸承具有很高的技術(shù)含量，甚至作為衡量一個國家科技、工業(yè)實力的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前，世界上所有的科技強國和工業(yè)強國都是軸承研發(fā)和制造強國。
世界發(fā)展軸承進行市場70％以上的份額，被十大企業(yè)跨國研究軸承作為集團有限公司所占據(jù)，其中一個美國占23％、歐盟占21％、日本占19％。世界影響軸承產(chǎn)品市場基本是由日本NSK 等五大管理公司、瑞典SKF 公司、德國FAG 等兩家上市公司、美國Timken 等幾家保險公司所主導(dǎo)。
同時，世界軸承行業(yè)的高端市場被上述企業(yè)壟斷，而低端市場主要集中在中國。而我國瓦軸等10家最大的軸承企業(yè)，銷售額僅占整個行業(yè)的24.7％ ，前30名的生產(chǎn)集中度也只有37.4％ 。
近幾年，我國對于軸承工業(yè)已發(fā)展形成自己一整套獨立進行完整的工業(yè)經(jīng)濟體系，無論從軸承產(chǎn)量，還是中國軸承銷售額，我國都已經(jīng)開始邁入軸承工業(yè)制造大國行列，位列世界第二第三。數(shù)據(jù)分析顯示，2017年，我國軸承行業(yè)市場規(guī)模達到以上這些企業(yè)實現(xiàn)主營業(yè)務(wù)工作收入1788億元，軸承產(chǎn)量210億套。能夠提高生產(chǎn)小至內(nèi)徑0.6毫米，大致外徑11米，共計多達9萬多個品種規(guī)格的軸承。
資料來源: 中國軸承工業(yè)協(xié)會，中國工商行業(yè)研究院整理
2006年至2017年，我國對于軸承出口額不斷增長較穩(wěn)定，增速明顯高于中國進口，進出口服務(wù)貿(mào)易順差呈增長發(fā)展趨勢，2017年貿(mào)易順差達15.50億美元。且對比分析進出口軸承單價，近幾年隨著我國企業(yè)進出口軸承價差較大，但價差幅度逐年減小，反映出目前我國軸承不同行業(yè)信息技術(shù)知識含量雖然與先進文化水平尚存在具有一定程度差距，但在追趕中。同時可以反映出我國中低端軸承產(chǎn)能過剩，高端軸承產(chǎn)能不足的現(xiàn)狀。
資料來源: 中國軸承工業(yè)協(xié)會，中國工商行業(yè)研究院整理
當(dāng)前，國產(chǎn)軸承的設(shè)計和制造企業(yè)技術(shù)發(fā)展基本上是模仿，產(chǎn)品進行開發(fā)工作能力低，在某些學(xué)生核心信息技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域甚至影響還是一個空白。雖然對國內(nèi)主機的配套率達到80％，但高速鐵路客車、中高檔轎車、計算機、空調(diào)、高水平軋機等重要目標(biāo)主機的配套和維修軸承，基本上可以依靠中國進口。
國產(chǎn)軸承制造生產(chǎn)工藝和工藝過程裝備信息技術(shù)企業(yè)發(fā)展速度緩慢，車加工數(shù)控率低，磨加工系統(tǒng)自動化管理水平低，全國僅有200多條自動生產(chǎn)線。對軸承使用壽命和可靠性至關(guān)重要的先進熱處理工藝和裝備，如控制環(huán)境氣氛可以保護加熱、雙細化、貝氏體淬火等覆蓋率低，許多科學(xué)技術(shù)研究難題攻關(guān)未能取得重大突破。
軸承鋼新鋼種的研發(fā)，鋼材進行質(zhì)量的提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨具等相關(guān)信息技術(shù)的研發(fā)，尚不能為了適應(yīng)中國軸承企業(yè)產(chǎn)品水平和生活質(zhì)量不斷提高的要求。
以最常見的深溝球軸承為例，國外先進產(chǎn)品的實際使用壽命一般是計算壽命的8倍以上，最高可達30倍，可靠性達98％ 以上。
而國產(chǎn)軸承的壽命進行一般為計算使用壽命的3~5倍，可靠性為96％左右，差距主要還是很顯著的。這對于一個普通的運動發(fā)展機械企業(yè)來說，問題研究不算太大。但是在中國高端技術(shù)領(lǐng)域就很難接受了，因此我們國內(nèi)國際航空軸承、高鐵軸承、機器人軸承等基本以進口軸承為主。
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高端軸承廣泛應(yīng)用于高速鐵路、大型飛機、重型武器等高端裝備中，必須滿足精度、性能、壽命和可靠性的要求，軸承材料的高質(zhì)量和可靠性是決定軸承性能的關(guān)鍵因素。
由于不同物體的高速進行旋轉(zhuǎn)，軸承的各個重要部位要承受變應(yīng)力、高頻的作用，一般企業(yè)單位建筑面積最大壓力可以高達每平方毫米1500到5000N在這些影響因素的作用下，軸承很容易導(dǎo)致產(chǎn)生有效應(yīng)力疲勞，進而發(fā)展造成學(xué)生疲勞剝落，使得中國軸承失去其作用，與此同時通過滾動軸承還需自身承受離心力、摩擦力、高溫、腐蝕等因素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼。
在滾動軸承的四個主要部件中，除了保持架外，內(nèi)圈、外圈、滾子（球、滾子或滾針）都是由軸承鋼組成的，軸承鋼被稱為“鋼中之王” ，是鋼鐵生產(chǎn)中要求最高的鋼種。
軸承鋼的質(zhì)量管理主要發(fā)展取決于通過以下問題四個方面因素：一是鋼中的夾雜物進行含量、形態(tài)、分布和大??；二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大?。蝗卿撝械闹行慕Y(jié)構(gòu)疏松縮孔和中心偏析；四是軸承鋼生產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)性能的一致性。這四個影響因素分析可以自己歸納為純凈度和均勻性指標(biāo)。
▲高端軸承鋼中均勻一些細小的碳化物公司組織和熱處理后均勻程度分布的細小部分碳化物
其中，純凈度較高要求材料中的夾雜物可以盡量少，純凈度的好壞對軸承的疲勞使用壽命有直接通過影響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物形成顆粒具有細小、彌散，這會嚴(yán)重影響到中國軸承設(shè)計制造中熱處理后的變形、組織結(jié)構(gòu)均勻性等。
我們國家制軸工藝已經(jīng)接近世界頂尖水平，但材質(zhì)——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。
“PPM”在煉鋼中是氧含量的單位，意指百萬分率或百萬分之幾。一般企業(yè)而言，在鋼鐵公司行業(yè)，8個PPM的鋼屬于好鋼；5個PPM的鋼屬于中國頂級鋼，正是因為高端設(shè)備軸承所需要的。
高端軸承用鋼的研發(fā)、制造與銷售人員基本上被世界發(fā)展軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙臺、濟南建立一個基地，采購管理中國的低端產(chǎn)品材質(zhì)，運用學(xué)習(xí)他們的核心企業(yè)技術(shù)可以做成高端軸承，以十倍的價格信息賣給我們中國經(jīng)濟市場。
煉鋼生產(chǎn)過程中可以加入中國稀土，就能使企業(yè)原本優(yōu)質(zhì)的鋼變得更加“堅強”。但怎么加，這是我們世界軸承巨頭們的核心技術(shù)秘密。
近日，中科院金屬所材料加工模擬研究團隊通過對單重百噸級大鋼錠的實物解剖和計算，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)是導(dǎo)致成分不均勻的主要根源，據(jù)此開發(fā)了商用稀土合金的純凈化制備技術(shù)和稀土在鋼中特殊加入技術(shù)，從而突破了稀土在鋼中進行工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了在鋼中添加稀土后的工藝順行和性能穩(wěn)定。
我們中國國家發(fā)展已經(jīng)能造出好鋼，接下來要做的就是企業(yè)如何可以將其運用在軸承上，高端軸承還涉及材料、設(shè)計、高精度加工、軸承制造等技術(shù)管理難題，還有對于一些交叉學(xué)科如疲勞與破壞、潤滑學(xué)等，因此作為我國社會距離高端軸承技術(shù)研究還有具有一定程度差距。