​高端軸承製造出來到底有多難？

軸承是機械設備中不可或缺（quē）的核心零部件，主要功能是支撐機械旋轉體，降（jiàng）低摩擦係數並保證回轉精度。它（tā）是（shì）數學物理等理論加（jiā）上（shàng）材料科（kē）學、熱處理技術、精密加（jiā）工和（hé）數（shù）控技術等多學科的產物。無論（lùn）飛機、汽車、高鐵還是高精密機床，凡是旋轉的部分（fèn），一般都需要軸（zhóu）承（chéng）。

當其他機件在軸上彼此產生（shēng）相對運動（dòng）時，用來保持軸的中心位置及控製該運動（dòng）的機件，稱為軸承。它可用於轉軸（zhóu）的互相滾動，使轉軸轉動（dòng）時產（chǎn）生的摩擦力減至最低。

01早期的（de）直（zhí）線運動軸承，是在撬板下放置一排木杆。這個技術可以追溯到修建卡（kǎ）夫（fū）拉金（jīn）字塔的（de）時（shí）候，雖然（rán）還沒有明確的（de）證（zhèng）據。現代直線運動軸承使用的是（shì）同一種工作原理（lǐ），隻不過是（shì）用滾球代替滾子。

從重載車輪軸和機床主（zhǔ）軸到精密鍾表零件，很多場合都需要旋轉軸承，最簡單的旋轉軸承是軸套軸承。這（zhè）種設計隨後（hòu）被滾動軸承替代，就是用很多（duō）圓柱形的滾子替代原先的襯套。最早投入使用的滾動軸承是鍾表匠約翰·哈裏遜於1760年為製（zhì）作H3計（jì）時器而發明的。

在意大利奈米湖的一艘古羅馬船隻上，發現了早期的球軸承實例，有個木製球（qiú）軸承用來支撐旋轉桌麵，這（zhè）艘船建造（zào）於公元前40年。球軸承的各種不成熟因（yīn）素中，有很重要的一點就（jiù）是球之間會發生碰（pèng）撞，造成額外的摩擦。

第一個關於軸承球溝道的專利是菲利普·沃恩在1794年獲得的。1883年，弗裏德裏（lǐ）希·費舍爾提出了使用（yòng）合適的生產機（jī）器磨製（zhì）大小相同、圓度準確的鋼球，這奠定了創建軸（zhóu）承工業的基礎（chǔ）。1907年（nián），SKF球軸承工廠（chǎng）的斯文·溫奎斯特設計了最早的現代自調（diào）心球軸承。

按照相對運動的接觸（chù）形式軸承分為： 滾珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動軸承、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸承、寶石軸承和含油軸承等。

02雖然軸承結（jié）構（gòu）簡單，很多小作坊都能（néng）做出來，但軸承具有很高的技術含量，甚至可作（zuò）為衡量一個國家科技、工業實力的重要標（biāo）準。當今世界科技工業強國無一（yī）例外都是軸承（chéng）研發製造強國。

世界（jiè）軸（zhóu）承市場70%以上（shàng）的份額，被（bèi）十大跨國軸承集團公司（sī）所占據，其中美國占23%、歐盟占（zhàn）21%、日本占（zhàn）19%。世界軸承市場基本是由日本NSK 等五大公司、瑞典SKF 公司、德國FAG 等兩家公司、美國Timken 等幾（jǐ）家公司所主導。

同時，世（shì）界軸承行業的高端市場被上述企業所壟斷，而中低端市場則主要集中於（yú）中國。而我（wǒ）國瓦（wǎ）軸等10家最大的軸（zhóu）承企業，銷售額（é）僅占全行業的（de）24.7%，前30家（jiā）的生產集中度也僅為37.4%。

近幾（jǐ）年，我國軸承工業已形成一整套獨立完整的工業體係，無論從（cóng）軸承產量，還是軸承銷售額，我國（guó）都已經邁入（rù）軸承工業大國行列，位列世界第（dì）三。數據顯示，2017年，我國軸承行業規模以上企業主營業務收入1788億元，軸承（chéng）產量210億套。能夠生產小至內徑0.6毫米，大（dà）至外徑11米，共計多達9萬多個品種規格的軸承。

數據（jù）來源：中國軸承工業（yè）協會、中商產業（yè）研究院整理2006年至2017年，我國（guó）軸（zhóu）承出口額增長（zhǎng）較穩定，增（zēng）速高於進（jìn）口，進出口貿易順（shùn）差呈增（zēng）長趨勢，2017年貿易順差達15.50億美元。且對比進出口軸承單價，近幾年我國進出口（kǒu）軸承價差較大，但價差幅度逐年減小，反映出我國軸承行業（yè）技術含量（liàng）雖然與先進水平尚存在一定差距，但在追趕中（zhōng）。同時反映（yìng）出我國中低端軸承產能過剩，高端軸承產能不足的現狀。

數據來源：中國軸承工業協會、中商產業研究院整理當前，國產軸承的設（shè）計和製造技術基本上是模仿，產品開發（fā）能（néng）力低，在某些核心技術的研發領域甚（shèn）至還是空白（bái）。雖然對國內主機的配套率達到80%，但高速鐵路客車、中高檔轎車、計算機、空調、高水平軋機等重要（yào）主機的配套和維修軸承，基本上依靠進口。

國產軸承（chéng）製造工藝和工藝裝備技術發展緩慢，車加工數控率（lǜ）低（dī），磨加工自動（dòng）化水平低，全國（guó）僅有（yǒu）200多條自動生產線。對軸承壽命（mìng）和（hé）可靠性至關重（chóng）要的先進熱處理工藝和裝備，如控製氣氛保護加熱、雙細化、貝氏體淬火等覆蓋率低，許多技術難題攻關未能（néng）取得突破。

軸承鋼新鋼種的研發，鋼（gāng）材質量的提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨具等相關技術（shù）的研發（fā），尚不能適應軸承產品水平和質量提高的要求。

以最常見的深溝球軸（zhóu）承為例，國外先進產品的（de）實際壽命一般為計算壽命的8倍（bèi）以上，最高（gāo）可達30倍以（yǐ）上，可靠性為（wéi）98%以上。

而（ér）國產軸承的（de）壽命一般為計算壽命的3~5倍，可靠性為（wéi）96%左右（yòu），差距還是很顯著（zhe）的。這對於普通的運動機械來說（shuō），問題不算太大。但是在高端領域就很難接受了，因此國內航空軸承、高鐵軸承、機器人軸承等基本（běn）以進口軸承為主。03高鐵、大飛機、重載型武器等高端裝備上都有（yǒu）高端軸承的使用需求，而要滿足高端軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方（fāng）麵的要求，軸承材料的高質（zhì）量和可靠性是決定性因素。▲維護F110發動機風扇軸承由於物體的高速旋轉，軸承的各個部位要承受變應力、高頻的作用，一般（bān）單位麵積壓力高達每平方毫米（mǐ）1500到5000N在這些因素（sù）的作用下，軸承很容易產生應力疲勞，進而造成疲勞剝落，使得軸承失去其作用，與此同時滾動軸承還需（xū）承受（shòu）離心力、摩擦力、高溫、腐蝕等（děng）因素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼。

在滾（gǔn）動軸（zhóu）承（chéng）的四大組成部分中，除保持器外（wài），內（nèi）、外套圈（quān）、滾動體（滾珠（zhū）、滾柱或滾針）都是由軸承鋼組成，而軸承鋼素（sù）有“鋼中之王”的稱（chēng）號，是鋼鐵生產中要求最嚴的鋼種。

軸（zhóu）承鋼的質量主要取決於以下四個（gè）因素：一是鋼（gāng）中的夾雜物含量、形態（tài）、分布和大小；二是鋼（gāng）中的碳化物含量、形態（tài）、分布（bù）和大小；三（sān）是鋼中的中心疏鬆縮（suō）孔和中心偏（piān）析（xī）；四是軸承鋼產品性（xìng）能的一致性。這（zhè）四個因素可以歸納（nà）為純淨度和均勻性指標（biāo）。

▲高端軸（zhóu）承鋼中均勻細小的碳（tàn）化物組織和熱處（chù）理後均勻分布的細小碳化物其中，純淨度要求材（cái）料中的夾雜物盡（jìn）量少，純淨度的好壞對軸承的疲勞壽命有直（zhí）接（jiē）影響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物顆（kē）粒（lì）細小、彌散，這會影響到軸承製造中熱處理後的變形、組織均勻性等。

我們國家製軸工藝（yì）已經接近世界頂尖水平，但材（cái）質——也就是高端軸承用鋼幾乎全（quán）部依賴進口。

“PPM”在煉鋼中是氧含量的單位，意指百（bǎi）萬分率或百萬分之幾（jǐ）。一般而言，在鋼鐵（tiě）行業，8個PPM的鋼屬於好鋼；5個PPM的（de）鋼屬於頂級鋼，正是高端軸承（chéng）所需要的。

高端軸承用（yòng）鋼的研發、製造與銷售（shòu）基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙台、濟南建立基地，采購中國（guó）的低端材質，運用他們的核心（xīn）技術做成高端軸承，以（yǐ）十倍的價（jià）格賣給中國市場。

煉鋼過程中加入（rù）稀土，就能使原本優質的鋼變得（dé）更（gèng）加“堅強”。但怎麽加，這是（shì）世界軸（zhóu）承巨頭們的核心秘密。

近日，中科院金屬所材料（liào）加工模（mó）擬研究團隊通過對單重百（bǎi）噸級大鋼錠的實物解剖（pōu）和計算（suàn），發現雜質是導致成分不均勻的主要（yào）根源，據此開發了（le）商用（yòng）稀土合金的純淨化製備（bèi）技術和稀土在鋼中（zhōng）特殊加入技術，從（cóng）而突破了稀土在（zài）鋼（gāng）中進行工業化應用的技術瓶頸，實現了在鋼中添加稀土後的工（gōng）藝順行和性能穩定。

以日本NSK軸（zhóu）承為例，它是（shì）從專研（yán）基礎科學開始（shǐ）研發製造軸承的，以摩擦學技術、材料技術、機電一體化技術和解析技術為四大核心（xīn）技術。（華為任正非老先生近期（qī）采（cǎi）訪也（yě）多次提到（dào）要重視（shì）基礎科（kē）學）。

正是因為這種無與（yǔ）倫比的研發精神，NSK從一家日本加工企業演變成了一家世界級（jí）的軸承巨頭。

▲NSK技術發展（zhǎn）曆程我們（men）國家已經能造出好鋼，接下來要做的就是如何將其運用在（zài）軸承（chéng）上，高（gāo）端軸（zhóu）承還涉及材料、設計、高精度加工、軸承製造等技術難題，還有一些（xiē）交叉學科如疲勞與破壞、潤滑學（xué）等，因此我（wǒ）國距離高端軸承技術還有一定差距。