​高端軸承製造出來到底有多難？

軸承是機械設備中不可（kě）或缺的核心零部件，主要功能（néng）是支撐機械旋轉體，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料科學、熱處理技術（shù）、精密加工和數控技術等多學科的產物。無論飛機、汽車、高鐵還是（shì）高精密機床，凡是旋轉的部分，一般都需要軸（zhóu）承。

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

01早期（qī）的（de）直（zhí）線（xiàn）運動軸承，是（shì）在（zài）撬板下放置一排木杆（gǎn）。這個技術可以追（zhuī）溯到修建（jiàn）卡夫拉金字塔的時候，雖然還沒（méi）有明確的（de）證據。現代直線運動軸承使用的是（shì）同一（yī）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（zhǔ）軸到精密鍾表零件，很多場合都需要旋轉軸承，最（zuì）簡單的旋轉軸承是（shì）軸（zhóu）套軸承。這種設計隨（suí）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。最早投入使用的滾動軸承是鍾表匠約（yuē）翰·哈裏遜於1760年為製作（zuò）H3計（jì）時（shí）器而發明的。

在意大利奈（nài）米湖（hú）的一艘古羅馬船隻上，發現了早期的球軸承實例，有個木製球（qiú）軸承用來支撐（chēng）旋轉桌麵，這艘船建（jiàn）造於公元前40年。球軸（zhóu）承的各（gè）種不成熟因素中，有很重要的一點就是球之間會發生碰撞，造成額外的摩擦。

第一個關於軸承球溝（gōu）道的專利是菲利普（pǔ）·沃恩在1794年獲得的。1883年，弗裏德裏（lǐ）希·費舍爾提出（chū）了使用合適（shì）的生產機器磨製大小相同、圓度（dù）準確的（de）鋼球，這奠定了創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球軸承工廠的（de）斯文·溫奎斯特設計了最（zuì）早的現代自調（diào）心球軸承。

按（àn）照相對運動的接觸（chù）形式軸承分為： 滾（gǔn）珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動軸承、撓性軸（zhóu）承、空氣（qì）軸承、磁懸浮軸承、寶石軸承和含油軸承等。

02雖然軸承（chéng）結構（gòu）簡單，很（hěn）多（duō）小作坊都能做出來，但軸承具有（yǒu）很高的技術（shù）含量（liàng），甚至（zhì）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（fèn）額（é），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19%。世界軸承市場基本是由日本NSK 等五大公（gōng）司、瑞典SKF 公司、德國FAG 等兩家公司、美國Timken 等幾家（jiā）公司（sī）所（suǒ）主導。

同時，世界（jiè）軸承行業的高端市場被上述企業所壟斷，而中低端市場則主要集中於中國。而我國瓦（wǎ）軸等10家最（zuì）大的（de）軸承企業，銷（xiāo）售額僅占全（quán）行業（yè）的24.7%，前30家（jiā）的生產集中度也僅為37.4%。

近幾年，我國軸承工業已形成一整套獨立完整的工業體係，無論從軸承產量（liàng），還（hái）是軸承（chéng）銷售額，我國都已（yǐ）經邁入（rù）軸承工業大國行列，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（háo）米，大至外徑11米，共計多達9萬多個品（pǐn）種規格的（de）軸承（chéng）。

數據來源：中國軸承工業協（xié）會、中商產業研究院整理2006年至2017年，我國軸（zhóu）承出口（kǒu）額增長較穩定（dìng），增速高於進口，進出口貿易順差呈增長趨（qū）勢，2017年貿易順差達15.50億美元。且對比進（jìn）出口軸承單價，近幾年我國進出口軸（zhóu）承價差較（jiào）大（dà），但價差幅度逐年（nián）減小，反映出我國軸承行業技術含量雖然（rán）與先進水平（píng）尚存在（zài）一定差距，但在追趕中。同時反映出我國中低端軸承產（chǎn）能過剩，高端軸承產能不足的現狀。

數據來源：中國（guó）軸承（chéng）工業協（xié）會、中商產（chǎn）業研究院整理當前，國產軸承的設計（jì）和製造（zào）技術基本上（shàng）是模仿，產品開（kāi）發能（néng）力低，在（zài）某些核心技（jì）術的研發領（lǐng）域甚至還是空白。雖然（rán）對國內主機的配套（tào）率達（dá）到80%，但高速鐵路客車、中（zhōng）高檔轎車、計算機、空調、高（gāo）水平軋機等重要主機的配套（tào）和（hé）維修軸承，基本（běn）上依靠進口。

國產軸承製造工藝和工藝裝備（bèi）技術發展緩慢，車加工數控率低，磨加工自動化水（shuǐ）平低，全國僅有200多條自（zì）動生產（chǎn）線。對軸承壽命和可靠性至關重要的先進熱處理工藝和裝備（bèi），如控製氣氛保護加熱、雙（shuāng）細化、貝氏體淬火等覆蓋率低，許多（duō）技術難題（tí）攻關（guān）未（wèi）能取得突破。

軸承（chéng）鋼新（xīn）鋼種的研發，鋼材質量的提高，潤滑、冷卻（què）、清洗和磨料磨具等相關技術的研發，尚不能適應軸承產品（pǐn）水（shuǐ）平和質量提高的要求。

以最常見的深溝（gōu）球軸承為例，國外先（xiān）進產品的實際壽命（mìng）一（yī）般為計算壽命的8倍以上，最高（gāo）可達30倍以上，可（kě）靠（kào）性（xìng）為98%以上。

而國產軸承的壽命（mìng）一般為計算（suàn）壽命的3~5倍，可靠性為96%左（zuǒ）右，差距還是很顯著的。這對於普通的運動機械來說，問題不（bú）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（qì）人軸承等基本以進口（kǒu）軸承為主（zhǔ）。03高鐵（tiě）、大飛機、重載型武器等高端裝備上（shàng）都有高端軸承的使用需求，而要滿足高端（duān）軸（zhóu）承在（zài）精度、性能、壽命（mìng）和可（kě）靠性等方（fāng）麵的要（yào）求，軸承材料的（de）高質量和可靠性是決定性因素。▲維（wéi）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變應力、高頻的作用，一般單位麵積壓力高達每平方毫米1500到5000N在這些因素的作用下，軸承很容易產生應力疲勞，進而造（zào）成疲勞剝落，使得軸承（chéng）失去其作用，與此同時滾動（dòng）軸承還（hái）需承受離心力、摩擦（cā）力、高溫、腐（fǔ）蝕等因素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼。

在滾動軸承的四大組成部分中，除（chú）保持器外，內、外套圈、滾動（dòng）體（滾珠（zhū）、滾柱或滾針）都是由軸承鋼（gāng）組成（chéng），而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號，是鋼（gāng）鐵生產中要求（qiú）最嚴的鋼（gāng）種（zhǒng）。

軸承鋼的（de）質量主要取決於（yú）以下四個因素：一是鋼中的（de）夾（jiá）雜物含量、形態（tài）、分布（bù）和大小；二是鋼中的碳化物含量、形態、分布（bù）和大小（xiǎo）；三是鋼中的中心疏（shū）鬆（sōng）縮孔和中（zhōng）心（xīn）偏析；四是軸承鋼產品性能的一致性。這四個因素（sù）可（kě）以歸納為純淨度和均勻性指標（biāo）。

▲高（gāo）端軸承鋼中均勻細小的（de）碳化物組織和熱處理（lǐ）後均（jun1）勻（yún）分（fèn）布的細小碳化物其中，純淨度要求（qiú）材料中的夾雜物盡量少，純淨度的好壞對（duì）軸承（chéng）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，這會影響到軸承製造中熱處理（lǐ）後（hòu）的變形、組織（zhī）均勻性等。

我們國家製軸工藝已經接近世界頂尖水平，但材質——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。

“PPM”在煉鋼中是氧含量的單位，意指百萬分率或百萬分之幾。一般而（ér）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，正是高端（duān）軸承所需要的。

高端軸承用鋼的研發、製造與（yǔ）銷售基本上被世界軸（zhóu）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、濟南建立基地，采購（gòu）中國的低端材質，運用（yòng）他們的核心技術（shù）做成高端軸承，以十倍的價格賣給中國市場。

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

近日，中（zhōng）科院金屬所材料（liào）加工模擬研究團隊通過對（duì）單重（chóng）百噸級（jí）大鋼錠的實（shí）物解（jiě）剖和計算，發現雜質是導致成分不均勻的主（zhǔ）要根（gēn）源，據此（cǐ）開發了商用稀（xī）土合金的（de）純淨化製備技術和稀土在鋼中特殊（shū）加入技術，從而突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和性能穩定。

以（yǐ）日本NSK軸（zhóu）承為例，它是從專研基礎科（kē）學開始研發製造軸承的，以摩擦學技術、材料技術、機電（diàn）一體化技術和解析技術為四大核（hé）心技術。（華為（wéi）任正非老先生近期（qī）采訪也多（duō）次提到要重視（shì）基礎科學）。

正（zhèng）是因為這種無與倫比的研發精神，NSK從一家日本加（jiā）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（yǐ）經能造出好鋼，接下來要做的就是如（rú）何將其運（yùn）用在軸（zhóu）承上，高端（duān）軸（zhóu）承還涉及材料、設計、高精度加工、軸承製造等（děng）技術難題，還（hái）有一些交叉學科如疲勞與破壞、潤（rùn）滑學等，因此（cǐ）我國距離高端軸承技術還有一定差距。