​高端軸承製造出來到底有多難？

軸（zhóu）承是機械設備中不可或（huò）缺的核心零部件，主要功能是支（zhī）撐（chēng）機械旋轉體（tǐ），降低摩擦係數並保（bǎo）證回轉精度。它是數學物（wù）理等理論（lùn）加上材料科學（xué）、熱處理技術、精密加工和數（shù）控技術等多學科的產物。無論飛機（jī）、汽車、高鐵還是高精密機床（chuáng），凡是旋轉（zhuǎn）的部分，一般都需要（yào）軸承。

當其他（tā）機件（jiàn）在（zài）軸上彼此產生相對運動時（shí），用（yòng）來保持軸的中心位置及控製該運動的機件，稱為軸承。它可用於轉軸的互相滾動，使轉（zhuǎn）軸轉動時產生的摩（mó）擦力減至最低。

01早期的直線運動（dòng）軸承，是在撬板（bǎn）下放置一排木杆。這個（gè）技術可以追溯到修建（jiàn）卡（kǎ）夫拉金字塔的時候，雖然還沒有明確的證據。現代直（zhí）線運（yùn）動軸（zhóu）承使用的是同一種工作原理，隻不過是用滾球代替滾子。

從重載車輪軸和機床主軸到精密鍾表零件，很多場合（hé）都需要旋轉軸（zhóu）承，最簡單的旋轉軸承是軸套軸承（chéng）。這種設計隨後被滾動軸承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯（chèn）套。最早（zǎo）投入（rù）使用的滾動軸承是鍾表匠約翰·哈裏遜於1760年為製作H3計時器而發明的。

在意（yì）大利奈米湖的一艘古羅馬船隻上，發（fā）現（xiàn）了早期（qī）的球軸（zhóu）承實例，有個木（mù）製球軸承用來支撐旋轉桌（zhuō）麵，這艘船建造於公（gōng）元前40年。球軸承的各種不成熟因素中，有（yǒu）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·費舍爾提出了使用合適的生產機（jī）器（qì）磨製大小相同、圓度準確的鋼球，這（zhè）奠定了創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球軸承工廠的斯文·溫奎斯特設計了（le）最（zuì）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： 滾珠軸承、滾針軸承、圓（yuán）錐滾柱軸承、滑動軸承、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸（zhóu）承、寶石軸承和含油軸承等。

02雖然軸（zhóu）承結構簡單，很多小作坊都能（néng）做出來，但（dàn）軸承具有很（hěn）高的（de）技術含（hán）量，甚至可作為衡量一個國家科技、工業實（shí）力的重要標準。當（dāng）今世界科（kē）技工業強國（guó）無一例外都是（shì）軸承研發（fā）製造強（qiáng）國。

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

同時，世界軸承行業的高端市（shì）場被上述企業（yè）所壟斷，而中低端市（shì）場則主要集中於中國。而我國瓦軸等10家最大的軸承企（qǐ）業，銷售額僅占全（quán）行業的（de）24.7%，前30家的生產集中度（dù）也僅為37.4%。

近（jìn）幾年，我國軸承工業已形成一整套獨立（lì）完整的工（gōng）業體係，無（wú）論從軸（zhóu）承產（chǎn）量，還是軸承銷售額，我國都已經邁（mài）入軸承（chéng）工業大國行列，位列（liè）世界第三。數據顯示，2017年（nián），我國軸承行業規模以上企業主營業務收入1788億元，軸承產量210億套。能夠生產小（xiǎo）至內（nèi）徑0.6毫米，大至外（wài）徑11米，共計多達9萬多個品種規格的軸承（chéng）。

數據來源：中國軸（zhóu）承工（gōng）業協會、中（zhōng）商產業研究院整理2006年至2017年（nián），我國軸承出口額增長較（jiào）穩定，增速高於進口，進出口貿易順差呈增長趨勢，2017年貿（mào）易順差達（dá）15.50億美元。且對比進出口軸承單價，近幾年我國進出口軸（zhóu）承價差較大，但價差（chà）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（shàng）存在一定差距，但在追趕中。同時反映出我國中低端（duān）軸承產能過剩，高端軸承產能不足的現（xiàn）狀。

數據來源：中（zhōng）國軸承工業協（xié）會、中商產業研究院整理當前，國產軸承的設計和製造技術（shù）基本上是模仿，產（chǎn）品開發能力低，在某些核心技術的研發領域甚至還是空白。雖然（rán）對國內主機的（de）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（děng）重要主機的配套和維修軸承，基（jī）本上依靠進（jìn）口。

國產（chǎn）軸承製造工藝和工藝裝備技術發展緩（huǎn）慢，車加工數控率低，磨（mó）加工自動化水平（píng）低，全國僅有200多條自動生產（chǎn）線。對軸承壽（shòu）命和可靠性至關重（chóng）要的先進熱處理工藝和裝（zhuāng）備，如（rú）控製氣氛（fēn）保護加熱、雙細化（huà）、貝氏（shì）體淬火等覆蓋率低，許多技術難題攻關（guān）未能取得突破。

軸承鋼新鋼種的研發，鋼（gāng）材質量的（de）提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨具（jù）等相關技術的研發，尚不能（néng）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承為例，國外先進產品的實際壽命一（yī）般為計算壽命的8倍（bèi）以上，最高（gāo）可達（dá）30倍（bèi）以上，可靠性為98%以上。

而（ér）國產軸承的壽命一般為計算壽命的3~5倍，可靠性為96%左右，差距還是很顯著的。這對於普通的運動（dòng）機械來說，問題不（bú）算（suàn）太大。但是在高端領域就很難接受了，因此國（guó）內航空軸承、高鐵軸承（chéng）、機器人軸承等基本以進口軸承為主。03高鐵、大飛（fēi）機、重載型武器等（děng）高（gāo）端裝備上都有高（gāo）端軸承的使用需求，而要滿足高端軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方麵的要求，軸承材料的高質量和可靠（kào）性是決（jué）定性因素（sù）。▲維護F110發動機風扇軸承由於物體的高速旋轉（zhuǎn），軸承（chéng）的各個部位要承受變應力、高（gāo）頻的作用，一般單位麵積（jī）壓力高達每平方毫米（mǐ）1500到5000N在（zài）這些因素的作用下，軸承很容易產生應（yīng）力疲勞，進（jìn）而造成疲勞（láo）剝（bāo）落，使得軸承失去其（qí）作用，與此同時滾動軸（zhóu）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（jiù）得用好鋼。

在滾動軸承的四大組成部分中，除保持器外，內、外套圈、滾動體（滾珠、滾柱或滾針）都是由（yóu）軸承鋼（gāng）組成，而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號，是鋼鐵生產中要求最嚴的鋼種。

軸承鋼的質量主要取決於以下（xià）四個因（yīn）素：一是鋼中的夾雜物含量、形態、分布和大小；二是鋼中的碳化物含量、形（xíng）態（tài）、分（fèn）布和大小；三是（shì）鋼中的中心（xīn）疏鬆（sōng）縮孔和中心偏（piān）析；四是軸承鋼產（chǎn）品性能的一致性。這四（sì）個因素可以歸（guī）納為純淨度和（hé）均勻性指標。

▲高端軸（zhóu）承（chéng）鋼中均勻細小（xiǎo）的碳化物組織和熱處理後均勻分布的細小碳化物其中，純淨度要求材料中的夾雜物盡（jìn）量少，純淨度的好壞對軸承的疲勞壽命有直接影響；而均勻（yún）性則要求材料中的夾雜物和碳化物顆粒細（xì）小、彌散，這會影響到軸承製造中熱處理後的變（biàn）形（xíng）、組織均勻性等。

我們國家（jiā）製軸工藝已（yǐ）經接（jiē）近世界頂尖水平，但材質（zhì）——也就是高端軸（zhóu）承用鋼幾乎全部依賴進（jìn）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。一般而（ér）言（yán），在鋼鐵行業，8個PPM的鋼屬於（yú）好鋼；5個PPM的鋼屬於頂級鋼，正是高端軸承（chéng）所需（xū）要的。

高（gāo）端（duān）軸承用鋼的研發（fā）、製造（zào）與銷售基本上被（bèi）世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他（tā）們（men）分別（bié）在山東煙台、濟南建立基地，采購中國的低端材質，運用他（tā）們的核心技（jì）術做成高端軸承，以十倍的價格賣給（gěi）中國市場。

煉（liàn）鋼過程中加入稀土，就能使原本優質的鋼變得更加“堅強”。但怎麽加，這是世（shì）界軸承巨頭們的核心秘密。

近日，中科院金屬所材料加工模擬研（yán）究團（tuán）隊通過對單重百噸級大鋼錠（dìng）的實（shí）物解（jiě）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合金的純淨化製備技術和稀土在鋼中特殊加入技術，從而突（tū）破了稀土在鋼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藝順行（háng）和性能穩定。

以日本NSK軸（zhóu）承為例（lì），它是從專研基礎科學開始研（yán）發製造軸承的，以摩擦（cā）學技術、材料技術、機電一體化技術和解（jiě）析技術為四大核心技術。（華為任正非（fēi）老先生近期采訪也多次提到要重（chóng）視基礎科學）。

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

▲NSK技（jì）術發展曆程我們國家已（yǐ）經能造出好（hǎo）鋼，接下來要做的就是如何將（jiāng）其運用在軸承（chéng）上，高端軸承還涉及材（cái）料、設計、高（gāo）精度加工、軸承製造等技術難題，還有一（yī）些交叉學科如疲勞與破壞、潤滑學等（děng），因此我國距離高端軸承技術（shù）還（hái）有一定（dìng）差距。