​高端軸承製造出（chū）來到底有多難？

軸承是機（jī）械（xiè）設備中不可或缺的核心零部件，主要功能是支撐機械旋轉體，降低摩（mó）擦係數並保證回（huí）轉（zhuǎn）精度。它（tā）是數（shù）學（xué）物理（lǐ）等理論加上材（cái）料科學、熱處理技術、精密加工（gōng）和數控技術等多學科的產物。無論飛機、汽（qì）車、高鐵還是高精密機床，凡是旋轉的部分，一般（bān）都需要軸承（chéng）。

當其他機件在軸上彼（bǐ）此產生相對運動時（shí），用來保持軸的中心位置（zhì）及控製該運動的機件，稱為軸承。它可用於轉軸的互相（xiàng）滾動，使轉軸轉動時產（chǎn）生的摩擦（cā）力減至最低。

01早期的直線運動軸承，是在撬板下放置一排木杆。這個（gè）技術可以追（zhuī）溯到修建卡夫拉金字塔的時候，雖然還沒有明確的證據（jù）。現（xiàn）代直線運動軸承使（shǐ）用的是同一種工作原理，隻不過是用（yòng）滾球（qiú）代替滾子（zǐ）。

從重載車輪軸（zhóu）和機床（chuáng）主軸到精密鍾表零件，很多（duō）場合都需要旋轉軸承，最簡單的旋（xuán）轉軸承是軸套軸承。這種設計隨後被滾動軸（zhóu）承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯套。最早投入（rù）使用的滾動軸承是鍾表匠約翰·哈裏遜（xùn）於1760年為製作H3計時器而發（fā）明（míng）的。

在意大（dà）利奈米湖（hú）的一艘古羅馬船隻上，發現了早期的球軸承實例，有個（gè）木製球軸（zhóu）承用來支撐旋轉桌（zhuō）麵，這艘船建（jiàn）造（zào）於公元前40年。球軸承的各種不成熟因素中，有很重要（yào）的一點就是球之間會（huì）發生碰撞（zhuàng），造成（chéng）額外的摩擦。

第一個關於軸承球（qiú）溝道的專利是菲利普（pǔ）·沃恩在1794年（nián）獲得的。1883年，弗裏德裏希·費舍（shě）爾提出了使用合適的生產機器磨製大小相同、圓度準確的鋼球，這奠定了創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球軸承（chéng）工廠的斯文·溫奎斯特設（shè）計了最早的現代自調（diào）心球軸承。

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

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

世界軸（zhóu）承市場70%以（yǐ）上的份額，被十大跨國軸承集團公司（sī）所（suǒ）占據，其中美國占23%、歐盟占21%、日本占19%。世界軸（zhóu）承市場基本是由日本NSK 等五大（dà）公司、瑞典SKF 公司、德國FAG 等兩家（jiā）公司、美（měi）國Timken 等幾家公司所（suǒ）主導。

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

近幾（jǐ）年，我國軸承工業已形（xíng）成一整套（tào）獨立完整的（de）工業（yè）體係，無論（lùn）從軸承產量，還是軸承（chéng）銷售額，我國都已經邁入軸承工業（yè）大國行列，位列世界第三。數據（jù）顯（xiǎn）示，2017年，我國軸承行業規模以上企業主營業務收入1788億元，軸承產量210億（yì）套。能夠（gòu）生產（chǎn）小（xiǎo）至內徑0.6毫米，大至外徑11米，共計（jì）多達9萬多個（gè）品種規格的軸承。

數據來（lái）源：中國軸承（chéng）工（gōng）業協會、中商產業研（yán）究院整理2006年至2017年，我國軸承出口額增長較穩定，增速（sù）高於進口，進出口貿易順差呈增長趨勢，2017年貿易（yì）順差達15.50億美元。且對（duì）比進出口軸承單價，近幾年（nián）我（wǒ）國進出口軸承價差較大，但價差幅度逐年減小，反（fǎn）映出我國軸承行業技術含量雖然與（yǔ）先進水平尚存在一定差距，但在追趕中（zhōng）。同時反映出我國中低端軸承產能過剩（shèng），高端軸承產能不足的現狀。

數據來源：中國軸承工業協（xié）會、中商產業研究（jiū）院整理當前，國產軸承的設計（jì）和製（zhì）造技術基本上是模仿，產品開發能力低，在某些核心技術（shù）的研發領域甚至還是空白。雖（suī）然對國內主機的配套率達到80%，但高速（sù）鐵路客車、中高檔轎車、計算機、空調（diào）、高（gāo）水平（píng）軋機等重要主機的配套和維修軸承（chéng），基本上依（yī）靠進口（kǒu）。

國產軸承製造工藝和工藝裝備技術發展緩慢，車加工數控率低，磨加工自動化水平低，全國僅有200多條自動生產線。對軸承壽命和可靠性（xìng）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（xì）化、貝（bèi）氏體淬（cuì）火等覆蓋率低，許多技術難題攻關未能（néng）取得突破。

軸承鋼（gāng）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研發，尚不能適應軸（zhóu）承產（chǎn）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計算壽命的3~5倍，可靠性為96%左右，差距還是很顯著的（de）。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（lǐng）域就很難（nán）接受了，因此國（guó）內航空（kōng）軸承、高鐵軸承、機器人軸承等基本以進口軸（zhóu）承為主。03高鐵、大飛機、重載型武（wǔ）器等高端裝備上都有高端軸承的（de）使用需求，而（ér）要滿足（zú）高端軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方（fāng）麵的要求，軸承材料的高質量和可靠（kào）性是決定性因素。▲維護F110發動機（jī）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（lì）、高頻的作用，一般單位麵積壓力高達每平方毫米1500到5000N在這些因素的作用（yòng）下，軸承（chéng）很容易產生應力疲勞，進而造成疲勞剝（bāo）落，使得軸承失去其作用，與此（cǐ）同（tóng）時滾（gǔn）動軸承還需承受離心力、摩（mó）擦（cā）力、高溫、腐蝕（shí）等（děng）因素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼。

在（zài）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（zhēn））都是（shì）由軸承鋼（gāng）組成（chéng），而軸承鋼素有“鋼中之（zhī）王”的（de）稱號，是鋼鐵生產中要求（qiú）最嚴的鋼種。

軸承鋼的質（zhì）量主要取決於以下四個因素：一是鋼中的夾雜物含量（liàng）、形態、分布和大小；二是鋼中的碳化物含量、形態、分布和大小；三是鋼中的中心疏鬆縮孔和中心偏析；四是軸承鋼產品性能的一致性。這（zhè）四（sì）個因素可以歸納為純淨（jìng）度和均勻性指標。

▲高端軸承（chéng）鋼中均勻細小的碳化物組織和熱處（chù）理後均勻分布（bù）的細（xì）小碳化物其中，純淨度（dù）要求材料中的（de）夾雜物盡量少，純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顆粒細小、彌散，這會影響到軸承製造中熱處理後的變（biàn）形、組織均勻性等。

我們國（guó）家製軸工藝已經接近世界（jiè）頂尖水平，但材（cái）質——也就（jiù）是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。

“PPM”在（zài）煉鋼中是氧含量的單位，意指（zhǐ）百萬（wàn）分率或百萬分之（zhī）幾。一般而言，在鋼鐵行業，8個PPM的鋼屬於好鋼；5個PPM的鋼屬於頂級鋼，正是高端軸承（chéng）所需要的。

高端軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承（chéng）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（nán）建立基地，采購中國的低端材質，運用他們的核心技術做成高端軸承，以十倍的價格賣給中國市場（chǎng）。

煉鋼過程中加入稀土，就能使原本優質的鋼變得更（gèng）加（jiā）“堅強”。但（dàn）怎麽加，這是世界（jiè）軸承巨頭們的核（hé）心（xīn）秘密。

近日，中科院金屬（shǔ）所材（cái）料加工模擬研究團隊通過對單重百噸級大鋼錠（dìng）的實物解剖和計算，發現雜（zá）質是導致成分不均（jun1）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（tè）殊加（jiā）入技術，從而突破了稀土在鋼中（zhōng）進（jìn）行工（gōng）業化應用的技（jì）術瓶頸，實現了在鋼中添加稀土後的（de）工藝順行和性能穩定。

以日本NSK軸承為例，它是從專研基礎科學（xué）開始研發製造軸承的，以摩擦學技術（shù）、材料技術、機電一（yī）體化技術和解（jiě）析（xī）技術為四大（dà）核心技（jì）術。（華為任正非老先生近期采訪也多次（cì）提到要重視基礎科學）。

正是（shì）因為這種無與倫比的研發精神，NSK從（cóng）一家日本加工企業演變成了一家世界級的軸承巨（jù）頭。

▲NSK技（jì）術（shù）發展曆程我（wǒ）們國家已經能造出好鋼（gāng），接下（xià）來要（yào）做的（de）就是如何將其（qí）運用在軸承上，高端軸承還涉（shè）及材料（liào）、設計、高精度（dù）加工、軸承製造等技（jì）術難題，還有一些交叉學科如疲勞與（yǔ）破（pò）壞、潤滑學等，因此我國距離高（gāo）端軸承技術還（hái）有一定差距。