​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，主要功能是（shì）支撐機械旋轉體，降低摩擦係（xì）數並保（bǎo）證回轉精度。它是（shì）數學物理等理論加（jiā）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（chē）、高鐵還是（shì）高（gāo）精密（mì）機床，凡是旋轉的部分，一般都需要軸承。

當（dāng）其他機（jī）件在軸上彼此產生相對運動時，用來保持軸的中心位（wèi）置及（jí）控製該運動的機件，稱為軸（zhóu）承。它可用於（yú）轉軸的互相滾動，使轉軸轉動時產生的摩（mó）擦力減至最低。

01早（zǎo）期的直線運（yùn）動軸承，是在撬板下放置一（yī）排木杆。這個技術（shù）可以追溯到修建卡夫拉金字塔的時候，雖然還（hái）沒有明確的證據（jù）。現代直線運動軸承使用的是同一種工（gōng）作原理，隻不過是用滾（gǔn）球代替滾子。

從（cóng）重載車（chē）輪軸和機床（chuáng）主軸到精密鍾表零件（jiàn），很多場合都需要旋轉（zhuǎn）軸承，最簡單的旋轉軸承（chéng）是軸套軸承。這種設計隨後被滾動軸承（chéng）替代，就是用很多圓柱（zhù）形的滾子替代原先的襯套。最早投入使用的滾動（dòng）軸承（chéng）是鍾表匠約翰（hàn）·哈裏遜於1760年為製作H3計時器而發明的。

在（zài）意大利奈米湖的一艘古（gǔ）羅馬船隻上，發現了早期的球軸承（chéng）實例，有個木製球軸承用來支撐旋轉（zhuǎn）桌麵，這（zhè）艘船建（jiàn）造於公元前40年。球軸承的各種不成熟因素中，有很重要的（de）一點就是球之間會發（fā）生碰撞，造成額外的摩擦（cā）。

第一（yī）個關於軸承球（qiú）溝道的專利是菲利普·沃恩在1794年獲得（dé）的。1883年，弗裏德裏希·費（fèi）舍爾提出了使用合適的（de）生產機器磨製大小相同、圓度準確的鋼球，這奠定了（le）創（chuàng）建軸承（chéng）工業的（de）基礎。1907年，SKF球軸承工廠的斯文·溫奎斯特設計了最早的（de）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（zhū）軸承、滾針軸承、圓（yuán）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（zhóu）承具有很高的技（jì）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（jīn）世界科技工業強（qiáng）國無一例（lì）外都是軸承研發製造強國（guó）。

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

同時，世界軸承行業的（de）高端市場被上（shàng）述（shù）企業所壟斷，而中（zhōng）低端市場則主要集中於中國。而我國瓦軸等10家最（zuì）大的軸承企業，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（jìn）幾年，我國軸承工業已形成一整套獨立完整的工業體（tǐ）係，無論從軸承產量，還是軸承銷售額，我國都已經（jīng）邁入軸承工（gōng）業大國行列，位列世界第三。數據顯示，2017年，我國軸承行業（yè）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（shēng）產小至內徑0.6毫米，大至外（wài）徑11米，共計（jì）多達9萬多個品種（zhǒng）規格的軸承。

數據來（lái）源：中國軸承工業（yè）協會、中商產業研究院整理2006年至2017年（nián），我國軸（zhóu）承（chéng）出口（kǒu）額增（zēng）長較穩定，增速高於進口，進（jìn）出口貿易順（shùn）差呈增長（zhǎng）趨勢，2017年貿（mào）易順差達15.50億（yì）美元（yuán）。且對比進出口軸承單價，近（jìn）幾年我國進出口軸承價差較大，但價差幅度逐年減小，反（fǎn）映出我（wǒ）國軸（zhóu）承行業技術含量雖然與先進水平尚存（cún）在一定差距，但在追趕中。同時反（fǎn）映出我（wǒ）國中低端軸承產（chǎn）能過剩，高端軸承產能不足的現狀。

數據來（lái）源：中國軸承工業協會、中商產業（yè）研究院整理當前，國產軸承的設計和製造技術基本上是（shì）模仿，產品開發能力低，在某（mǒu）些核心技術的研（yán）發（fā）領域甚至還是空白。雖然對國內主機的配套（tào）率達到80%，但高速鐵（tiě）路客車、中高（gāo）檔轎車、計（jì）算機、空調、高水平（píng）軋機等（děng）重要主機的配套和維修軸承，基本上依靠進口。

國產軸承製造工藝和工藝裝備技術發（fā）展緩慢，車加工數（shù）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（chéng）壽命和可（kě）靠性至（zhì）關重要的先（xiān）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取（qǔ）得突（tū）破。

軸承鋼新鋼種的（de）研發，鋼材質量的（de）提高，潤滑、冷卻、清（qīng）洗（xǐ）和（hé）磨料磨具等相關技術的研發，尚不能適應（yīng）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，國外先進產品的實際壽命一般為計算壽命的（de）8倍以上，最（zuì）高可達30倍以（yǐ）上，可靠性為98%以上。

而國產軸承的壽（shòu）命一般為計算壽命的（de）3~5倍，可靠性為96%左右，差（chà）距還是很顯著的。這（zhè）對於普通的運動機械來說，問題不算太大。但是在（zài）高端領域就很難接（jiē）受了（le），因此國內航空軸承、高鐵軸承、機器人軸（zhóu）承（chéng）等基本以進口軸（zhóu）承為主。03高鐵、大飛機、重載型武器（qì）等高端裝備上都有高（gāo）端軸承的使用需求，而要滿足高端軸（zhóu）承在精度、性能、壽命和（hé）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。▲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（shòu）變應力、高頻（pín）的作（zuò）用，一般單位麵積壓力高達每平方毫米1500到5000N在這些（xiē）因素的作用下，軸承很容易產生應（yīng）力疲勞，進而造成疲勞剝（bāo）落，使得軸承失去其作用，與此同時滾動軸承還需承受離心力、摩擦力、高溫、腐（fǔ）蝕等因素，這也使得要造好軸承，就得用（yòng）好鋼。

在滾動軸承（chéng）的四大組成部分中，除保持器外，內、外套圈、滾動（dòng）體（滾珠、滾柱或滾針）都是由軸承鋼組成，而（ér）軸承（chéng）鋼素有“鋼中之王”的稱號，是鋼鐵生產中要求最嚴（yán）的鋼種。

軸承鋼的質量（liàng）主要取決於（yú）以下四個因素：一是（shì）鋼中的夾雜物含量、形態、分布（bù）和大小；二是鋼中（zhōng）的碳化物含量（liàng）、形態、分布和大小；三是鋼（gāng）中的中心疏鬆縮孔和中（zhōng）心偏析（xī）；四是軸承鋼產品性能的一致性。這四個因素可（kě）以歸納為純淨度和均（jun1）勻性指標。

▲高端軸承鋼中均（jun1）勻細小的碳化物組織和熱處理後均勻分布的細小（xiǎo）碳化物其中，純淨度要求材料中的夾雜物盡量少（shǎo），純淨度的好壞對軸承的疲勞壽命有直接影（yǐng）響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物（wù）顆（kē）粒細小、彌（mí）散，這會影（yǐng）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（gōng）藝已經接（jiē）近世界頂尖水平，但（dàn）材質——也就是高端（duān）軸承用鋼幾乎（hū）全部依賴進口。

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

高端軸承用（yòng）鋼的（de）研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆（mǔ）肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙台（tái）、濟南建立基地，采購中國的低端材質，運用他（tā）們的核心技術做成高端軸承，以十（shí）倍的價格賣給中國市場。

煉鋼過程中加入稀土，就能使原本優（yōu）質的鋼變得（dé）更加“堅強”。但怎（zěn）麽加，這是世界軸承巨頭們的核心秘密（mì）。

近日，中科院金屬所材（cái）料加工模擬研究團隊通過對單重百噸級大（dà）鋼錠（dìng）的實物解剖和計算，發現雜質是導致成分不（bú）均勻的主要根源，據此開發（fā）了商用稀土合金的純淨化製備（bèi）技術（shù）和稀（xī）土在鋼中特殊加（jiā）入技術，從而突破了稀土在鋼中進行工業化應用的（de）技術瓶頸（jǐng），實現了在鋼中添加稀土後的（de）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（chǔ）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（sì）大核（hé）心技術。（華為任正（zhèng）非老先生近期采訪也多次提到要重視基礎科學（xué））。

正（zhèng）是因為這種無與倫比的研發精神，NSK從一家日本加工企業演變成了一家世界級的軸承巨（jù）頭。

▲NSK技術發展曆程我們國（guó）家已經能造出好鋼，接下來要做（zuò）的就是如何將其運用在（zài）軸承上，高（gāo）端軸承還涉及材料、設計、高精度加工、軸承（chéng）製（zhì）造等技術（shù）難題，還有一些交叉學科如疲勞與破壞、潤滑（huá）學等，因此我國距離高端軸承技術（shù）還有一定差距（jù）。