​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的核心零部件，主要功（gōng）能（néng）是支（zhī）撐（chēng）機械旋轉體（tǐ），降低摩擦係數並（bìng）保證回轉精度。它（tā）是數學物理等理論加上材料科學、熱處理技術、精密加工和數控技（jì）術等多學科的產物。無論飛機、汽車、高鐵還是高精密（mì）機床，凡是旋轉的部分，一般都需要軸承。

當其他機件在（zài）軸上彼（bǐ）此產生相對運動時，用來保持軸的中心位置及控製該運動的機件（jiàn），稱為軸（zhóu）承。它可用於轉軸的互（hù）相滾動，使轉軸轉動時產生的摩擦力減至最低。

01早期的直線運動軸承（chéng），是在（zài）撬板下放（fàng）置一排木杆。這個技術可以追溯（sù）到修建卡夫（fū）拉金（jīn）字塔的時候，雖然還沒有明確的證據。現代直線運動軸承使用的是同一種（zhǒng）工作原理，隻（zhī）不過是用滾（gǔn）球代替滾子。

從重載車輪軸和機床主軸到精密（mì）鍾表零件，很多場合都需要旋轉軸承，最簡單（dān）的旋轉軸（zhóu）承是軸套軸承。這種設計隨後被滾動軸承替代，就是用（yòng）很多圓柱形的滾子替代原先的襯套。最早投入使用的滾動（dòng）軸承是鍾表匠約翰（hàn）·哈裏遜於（yú）1760年為製（zhì）作H3計時器而發明的。

在意大利奈米（mǐ）湖的一艘（sōu）古羅馬船隻上，發現（xiàn）了早期的球軸承實例，有（yǒu）個木製球軸承（chéng）用來支撐旋轉桌麵，這艘船（chuán）建造於公元前40年。球軸承的各種不成熟因素（sù）中，有很重要的一點就是球之間會發生碰撞，造成額外的摩擦。

第一（yī）個關於軸承球溝道的（de）專利是菲利普·沃恩在1794年獲得的。1883年，弗裏德裏希（xī）·費舍爾提（tí）出了使用合適的生產機器磨製大小相（xiàng）同、圓度準確的鋼球，這奠定了創建軸承工（gōng）業的基礎。1907年，SKF球軸承工廠的斯（sī）文·溫奎斯特設計了最早的現代自調心球軸承。

按照相對運動的接觸形式軸承分為： 滾（gǔn）珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸（zhóu）承、滑（huá）動軸承、撓性（xìng）軸承、空氣軸承、磁懸浮（fú）軸承、寶石軸承和含油軸承等。

02雖然軸承結構簡單，很多小作坊都能做出來，但軸承具有很高的技術含量，甚至可作為衡量一個國家科（kē）技（jì）、工（gōng）業實力的重要標準。當今世（shì）界科技（jì）工業強國無一例外都是軸承研發製造強國。

世界軸承市場70%以上的份額，被十大跨國軸承集團公（gōng）司所占據，其中美國占23%、歐盟占21%、日本占19%。世界軸（zhóu）承市場基本是由日（rì）本NSK 等五大公司、瑞典SKF 公司（sī）、德國FAG 等兩家公司、美國Timken 等幾家公司所主導。

同時，世界軸承行業的高端市場（chǎng）被上（shàng）述企業所壟斷（duàn），而中低（dī）端市場則主要集中於中國。而我（wǒ）國瓦軸等10家最大（dà）的軸承企業，銷售（shòu）額僅占全行業的24.7%，前30家的生產集中度（dù）也僅為37.4%。

近幾年，我國（guó）軸承（chéng）工業已形成一整套獨立完整的工業體係，無論從軸承產量，還是軸承銷售額，我國都已經邁入軸承工業大（dà）國行列，位列世界第三。數據顯示，2017年，我國軸承行業規模以上（shàng）企業主（zhǔ）營業務收入1788億元，軸承產量210億套（tào）。能夠生產小至內徑（jìng）0.6毫米，大至外徑11米（mǐ），共計多達（dá）9萬（wàn）多個品種規格的軸承。

數據來源：中國軸承工業協會、中商產（chǎn）業研究院整理2006年至2017年，我國軸（zhóu）承出口額（é）增長較穩定，增速高於進口，進出口貿易順差（chà）呈增長趨勢，2017年（nián）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（guó）進出口軸承（chéng）價差較大，但價差幅度逐年減小，反映出我國軸承行業技術含量雖然與先進水平尚存在一定差距，但在追趕中。同時反映出我國中低端軸承產能過剩（shèng），高端軸承產（chǎn）能不足的現狀。

數據來源：中國軸承工業協會、中商（shāng）產業研究院整理當前（qián），國產軸承（chéng）的設計和製造技術基本上是模仿，產品（pǐn）開發能力低，在某些核心技術（shù）的研發領域甚至還是空白。雖然對國內主機的配套率達到80%，但高（gāo）速鐵路客車、中高檔轎車（chē）、計算機、空調、高水平軋機等重要（yào）主機（jī）的配（pèi）套和（hé）維修軸承（chéng），基本上依靠進口。

國產軸承製（zhì）造工藝和工藝裝備（bèi）技術發展緩慢，車加工數控率低，磨加（jiā）工自動化水平低，全國僅有200多條自動生產（chǎn）線。對軸承壽命和可靠性至關重要（yào）的先進熱處理工藝和裝備，如控製氣氛保護加熱、雙細化、貝（bèi）氏體淬火等覆蓋率（lǜ）低，許多技（jì）術難題攻關未能取得突破。

軸承鋼新鋼種的研發，鋼材質量的提高（gāo），潤滑、冷卻（què）、清洗和磨料磨具等相關技術的研（yán）發，尚不能適應（yīng）軸承產品水平和（hé）質量提（tí）高的要求。

以最（zuì）常見的深溝球軸承為例，國（guó）外（wài）先進產品的實際壽命一般為計算壽命（mìng）的8倍以上，最高可達30倍以上，可靠性為98%以上。

而國產軸承的壽命一般為（wéi）計（jì）算壽命的3~5倍，可靠性為96%左右，差（chà）距還是很顯著的。這對於普通的（de）運動機械（xiè）來說，問題不算太大。但是在高端領域就很難接受了，因（yīn）此國內航空軸承、高鐵軸（zhóu）承、機器（qì）人軸（zhóu）承等基本以進口軸承為（wéi）主。03高鐵、大飛機、重載型（xíng）武器等（děng）高端裝備上都有高端軸（zhóu）承的使用需求，而要滿足（zú）高端（duān）軸承（chéng）在精度、性能、壽命（mìng）和可靠性等方麵的要求，軸承材料的高質量和可靠性是決定性因素（sù）。▲維護F110發動機風扇軸承由於（yú）物體的高速旋轉，軸承的各個部位（wèi）要承受變應力、高頻的作用，一般單位麵積壓力高達每平方（fāng）毫米1500到5000N在這些因素的作用下，軸承（chéng）很容易（yì）產生應力疲勞，進而造成（chéng）疲勞剝落，使得軸承失去其作用，與此同（tóng）時滾動軸承還需承受離心力、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（de）四大組成部分中，除保持（chí）器外，內、外套（tào）圈、滾動體（滾（gǔn）珠、滾柱或滾針）都（dōu）是（shì）由（yóu）軸承鋼組成（chéng），而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號，是鋼鐵生產（chǎn）中要求最嚴的鋼種。

軸承（chéng）鋼的質量主要取決於以下四個因素：一（yī）是鋼中的夾雜物含（hán）量、形態（tài）、分布（bù）和大小；二是鋼（gāng）中的碳化物含量、形態、分布和大小；三（sān）是鋼中的中（zhōng）心疏鬆縮孔和中心偏析；四是軸承鋼產品性能的一致性。這四（sì）個因素（sù）可（kě）以歸納為純淨度和均勻性指標。

▲高端軸承鋼中均勻細小的碳化物（wù）組織和熱處理後均勻分布（bù）的細小碳化物其（qí）中，純淨（jìng）度要求材料（liào）中的夾雜物盡量少，純淨度的好壞對軸承的疲勞壽命有直（zhí）接影響；而均勻（yún）性則要（yào）求材料中的夾雜物和碳化物顆粒細小、彌散，這會影響到（dào）軸承製造（zào）中熱處理後的變形、組織均勻性等（děng）。

我們國家製軸工藝已經接近世界頂尖水平，但材質——也就是高端（duān）軸承用鋼幾乎全部（bù）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（fèn）之幾（jǐ）。一般而言，在（zài）鋼鐵行業，8個PPM的鋼屬於好鋼；5個PPM的鋼屬於頂（dǐng）級鋼，正是高端軸承所需要的。

高端軸承（chéng）用鋼的研發、製造與銷售基本（běn）上（shàng）被世界軸承巨頭美國鐵姆肯（kěn）、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東（dōng）煙（yān）台、濟南建立基地，采購（gòu）中國的（de）低端材質，運用（yòng）他們的核心技術做成高端軸承，以十倍（bèi）的價格（gé）賣（mài）給中國市場。

煉鋼過程中加入稀土，就能（néng）使原本優質的（de）鋼變得更加“堅強”。但（dàn）怎麽加，這是世界軸承巨頭們的核心秘密。

近日，中科院金屬所材料加工（gōng）模擬研究團隊通（tōng）過對單重百噸級大鋼（gāng）錠的（de）實物解剖和計算，發現雜質是導致成分不均勻的主要根源，據此開發了商用稀土（tǔ）合金的純淨化製備技術和稀土在鋼（gāng）中特殊加入技術，從而突破了稀土在鋼中進行工業化（huà）應用的技術瓶頸，實現了在鋼中添（tiān）加稀土後的工（gōng）藝順行和性能穩定。

以日本NSK軸承為例，它是從專研基礎科學開始研發製造軸承（chéng）的，以摩（mó）擦學技術、材料技術、機電一（yī）體化技術和解析技術為四大核心技術。（華為任正非老先生近期（qī）采訪也多（duō）次提到要重視基礎科學）。

正是因為（wéi）這種無與倫比的研發精神，NSK從一家日本加工（gōng）企業演變成了一家世界級的軸（zhóu）承巨頭。

▲NSK技術發展曆程（chéng）我們國家已（yǐ）經能造出好鋼，接下來要（yào）做的就是如何將其運用在軸（zhóu）承上，高端（duān）軸承還涉及材料、設計、高（gāo）精度加工（gōng）、軸承（chéng）製造等技術難題，還有一些交叉學（xué）科如疲勞與破壞、潤滑學等，因此我國距離高端軸承技術還有一定差距。