​高端軸承製造出來到底有多難？

軸承是機械設備中（zhōng）不（bú）可或缺（quē）的核（hé）心零部件，主要功能是（shì）支撐機械旋轉體，降低摩擦係數並保證回轉精度。它是數（shù）學物理等理論加上材（cái）料科學、熱處理技術、精密加工和數控技術等多學科的產（chǎn）物。無論飛機、汽車、高鐵還是高精密（mì）機床，凡是旋轉（zhuǎn）的部分，一般（bān）都需（xū）要軸承。

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

01早期的（de）直線運動（dòng）軸承（chéng），是在（zài）撬板（bǎn）下放置一排木杆（gǎn）。這個技術（shù）可以追溯到修建卡夫拉金（jīn）字塔的時候，雖然還沒有（yǒu）明（míng）確的證據。現（xiàn）代直線運動軸承（chéng）使（shǐ）用（yòng）的是同一種工作原理，隻不過是用滾球代替（tì）滾子。

從重載（zǎi）車輪軸和機床主軸到精密鍾表零件，很多場合都需要旋轉軸承，最簡單的旋轉軸承是軸套軸承。這種設計隨後被滾動軸承替（tì）代，就是用很多圓柱（zhù）形的（de）滾子替代原先的襯套。最（zuì）早投入使用的（de）滾動軸承是鍾表匠約翰·哈裏遜於1760年（nián）為製作H3計時（shí）器而發（fā）明的。

在意大（dà）利奈米湖的一（yī）艘古羅馬船隻上（shàng），發現了早期的球軸承實（shí）例，有個木製球軸（zhóu）承用來支撐旋轉桌麵，這艘船建造於公元前（qián）40年。球軸承的各種不成熟因素中（zhōng），有很重要的一點就（jiù）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（nián）獲得的。1883年，弗裏德裏希·費舍爾提出了使用合適的生（shēng）產機器磨製大小相同、圓度準確的（de）鋼（gāng）球，這奠（diàn）定了創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球軸承工廠的（de）斯文（wén）·溫奎斯特設計了最早的（de）現（xiàn）代自調心球軸承（chéng）。

按照相對運動的接觸形式軸承分為： 滾珠（zhū）軸承、滾針軸承、圓錐滾（gǔn）柱軸承、滑動軸（zhóu）承、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸承、寶石（shí）軸承和含油軸承等。

02雖然軸承結構簡（jiǎn）單，很多小作坊（fāng）都能（néng）做出來，但軸承具有很高的技術含量（liàng），甚至可作為衡量一個國家科技、工業實力的重（chóng）要標準。當（dāng）今世（shì）界科技工業強國無一例外都是軸承研發製造強國。

世界軸承（chéng）市場70%以上的份額，被十大跨國軸（zhóu）承集團公司所占據，其中美國（guó）占23%、歐盟占21%、日本占19%。世界軸（zhóu）承市場基本是（shì）由（yóu）日本NSK 等五大公司、瑞（ruì）典SKF 公司、德（dé）國FAG 等（děng）兩家公司、美（měi）國Timken 等幾家公（gōng）司所主導。

同時，世界軸承（chéng）行業的（de）高端市（shì）場被上述企業所壟斷，而中低端（duān）市場則主要集中於（yú）中國。而我國瓦軸等10家最大（dà）的軸承企業，銷售額僅占（zhàn）全行業（yè）的24.7%，前30家的生產集中度也僅為（wéi）37.4%。

近幾年，我國軸承工（gōng）業已形成一整套獨立完整的（de）工業體係，無論從軸承產量，還是軸承銷售額（é），我國（guó）都已經邁入軸承工業（yè）大國行列，位列世界第三。數據顯（xiǎn）示，2017年（nián），我國軸承行（háng）業規（guī）模以上企業主營業務收入1788億元，軸承產量210億套。能（néng）夠生產小至內徑0.6毫米，大至（zhì）外徑11米，共計多達9萬多（duō）個品種規格（gé）的軸承。

數據來源：中（zhōng）國軸承（chéng）工業協會、中商產業研究院整（zhěng）理2006年至2017年，我國（guó）軸承出口額增長較穩定（dìng），增速高於進口，進出口貿易順差呈增長趨勢，2017年（nián）貿易順差達15.50億美元。且對比（bǐ）進出口軸承單價，近幾年我國進出口軸承價差較大，但價差幅度逐年減小，反映出我國軸承（chéng）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（zhōng）。同時反映出（chū）我國（guó）中低端軸（zhóu）承產能過剩，高端軸承產能不足的現狀。

數據（jù）來源：中國軸承工業（yè）協會、中商產業研究院（yuàn）整理當前，國（guó）產軸承的設計和製造技術基本上是模仿，產品開發（fā）能力低（dī），在某（mǒu）些核（hé）心技術的研發領域甚至還是空白。雖然對國內主機的配（pèi）套率達到80%，但高速鐵路客車（chē）、中高檔轎（jiào）車、計算機、空調、高水平軋（zhá）機等重要主機的配套和維修軸承，基本上依靠進口。

國產軸承製造工（gōng）藝和工藝（yì）裝備技術發（fā）展緩慢，車加工數控率低，磨加工自動化水（shuǐ）平低（dī），全國僅有200多條（tiáo）自動（dòng）生產線。對軸承（chéng）壽命和可靠性至關重要的先進（jìn）熱處（chù）理工藝和裝備，如控製氣氛保護加熱、雙細化、貝氏體淬火等（děng）覆蓋率低（dī），許多技術難（nán）題攻關（guān）未能取得突破。

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

以最常（cháng）見的深溝球軸承為例（lì），國外先進產品的實際（jì）壽命一般為計算壽命的（de）8倍以上，最高（gāo）可（kě）達30倍以上，可靠性為98%以上。

而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（pǔ）通的運動（dòng）機械來說，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（chéng）等基本以進口（kǒu）軸承為主。03高鐵、大（dà）飛機、重載型武器等高端裝備上都有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（hé）可靠性等方麵的（de）要求，軸承材料（liào）的高質量和可靠性（xìng）是決定性因素。▲維護F110發（fā）動機（jī）風扇軸承由（yóu）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（zuò）用，一般單位麵積壓力高達每平方毫米1500到5000N在（zài）這些因素的作用下，軸（zhóu）承很容易（yì）產生應力疲勞，進而造（zào）成疲勞（láo）剝落，使得軸承失去其作用（yòng），與此同時滾動軸承還需承受離心力、摩擦力、高（gāo）溫、腐蝕（shí）等因素，這也（yě）使（shǐ）得要造好軸承（chéng），就得用好鋼。

在滾動（dòng）軸承的四（sì）大組成部分中，除保持器外，內、外套圈、滾動體（滾（gǔn）珠、滾（gǔn）柱或滾（gǔn）針）都是由軸承（chéng）鋼組（zǔ）成，而軸（zhóu）承鋼素有（yǒu）“鋼中之王”的稱號，是鋼鐵生產中要求（qiú）最嚴的鋼種。

軸承鋼的質量主要取決（jué）於（yú）以下四個因素：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、形態、分布和大（dà）小；三是鋼中的中心疏鬆（sōng）縮孔和中心偏析；四是軸承鋼產（chǎn）品性能的一（yī）致性。這四個因素可以歸（guī）納為純淨（jìng）度和均勻性指標。

▲高（gāo）端軸承鋼中均（jun1）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（liào）中的夾（jiá）雜（zá）物盡量少，純（chún）淨度的好壞對軸承的疲勞壽命有直接影響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物（wù）顆粒細小、彌散（sàn），這會影響到軸承製造中熱處理（lǐ）後的變形、組織均勻性等。

我們（men）國家製軸工藝已經接近世界頂尖水平（píng），但材質——也就是高端軸承用鋼（gāng）幾乎全部依賴（lài）進口。

“PPM”在煉鋼中是氧含量的單（dān）位，意指百萬分率或百萬分之幾。一般而言，在鋼鐵行業，8個PPM的鋼（gāng）屬於好鋼；5個PPM的鋼屬於頂級鋼（gāng），正是（shì）高端軸承所需要的。

高端軸承用鋼的研發、製造與銷售（shòu）基本（běn）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（gòu）中國的低端材質，運用他們的（de）核心技術做成高端軸承，以十倍的價格賣給中國市場。

煉鋼（gāng）過程中加（jiā）入稀土（tǔ），就能使原本優質的鋼變得更加“堅（jiān）強”。但怎麽加，這是世界軸承巨頭們的（de）核心秘密（mì）。

近日，中科院金屬所材料加工模擬研究（jiū）團隊通過對單重百噸級大鋼錠的實物解剖（pōu）和計算，發現雜質是導致（zhì）成分不均勻的主要根源，據此開（kāi）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（rù）技術，從而突破了（le）稀（xī）土在鋼中進（jìn）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和性能穩定（dìng）。

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技術。（華為任正非老先（xiān）生近期采訪也多次提到要重視基礎科學）。

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

▲NSK技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（hé）將其運用在軸承上（shàng），高端軸承還（hái）涉及材料、設計、高精度加工、軸承製造等技術難題，還有一些交（jiāo）叉學科如疲勞與破壞、潤滑學等，因此我國距離高端軸（zhóu）承技術還有一定（dìng）差（chà）距。