​高端軸承製造出（chū）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，主要功能是支撐（chēng）機械（xiè）旋轉體（tǐ），降低摩擦係數並（bìng）保證回（huí）轉精度。它是數學物理等理論加上材料科學、熱處理技（jì）術、精密加工和數控技術等多學科的產物。無論飛機、汽車、高鐵還是高精密機床，凡（fán）是旋轉（zhuǎn）的部分，一（yī）般都需要軸承。

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

01早期的（de）直線運動軸承，是在撬板下放置一排木杆。這個技術可以追溯到修建卡夫（fū）拉金字塔的時候，雖然還沒有明確的證（zhèng）據。現代直線運動軸承使用的是（shì）同一種工作原理（lǐ），隻不過是用滾（gǔn）球（qiú）代替滾子。

從（cóng）重載車輪軸和機床主軸到精密鍾表零件，很多場合都需要旋轉（zhuǎn）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代，就是用很多圓柱形的滾子替代（dài）原先的襯套。最早投入使用的滾動軸承是鍾表匠（jiàng）約翰·哈裏遜於1760年（nián）為製作H3計時器而發明的。

在意大利奈米湖的（de）一艘古羅馬船隻上，發現了早期的球軸承實例，有個木製球軸承用來支（zhī）撐旋轉桌麵，這（zhè）艘船建造於公元前40年。球軸承（chéng）的各種不成熟因素中，有很重要的一點就是球之間會發生碰撞（zhuàng），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，弗裏德裏希（xī）·費舍爾提（tí）出了使用合適的生產（chǎn）機（jī）器磨製大小相同、圓度準確的（de）鋼球，這奠定了（le）創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球（qiú）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（xiàng）對運動的接觸形式軸（zhóu）承（chéng）分為： 滾珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動軸承、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸承、寶石軸承和（hé）含油軸承等。

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

世（shì）界軸承市場70%以上的份（fèn）額，被十大跨國軸承（chéng）集團公司所占據（jù），其中美國占23%、歐（ōu）盟占（zhàn）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、德國FAG 等兩家公司、美國Timken 等幾（jǐ）家公司所主導。

同時（shí），世界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（yú）中國。而我國瓦軸等10家最大（dà）的軸承（chéng）企業（yè），銷售額僅（jǐn）占全行業的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（dú）立完整的工業體係，無（wú）論從軸承產量，還是（shì）軸承銷售額，我國都已經邁入軸承工業大國行列，位列世界第三。數據顯示（shì），2017年，我國軸承行業規模以上企（qǐ）業主營業務收（shōu）入1788億元，軸承（chéng）產量210億套。能夠生產小至內徑0.6毫米，大至外徑11米，共計多達（dá）9萬多個品種規格的軸承。

數據來源：中國軸承工（gōng）業協（xié）會、中商產業研究院（yuàn）整理（lǐ）2006年至2017年，我國軸承出口額增長較穩定，增速高於（yú）進口，進出口貿易順差（chà）呈增長趨（qū）勢，2017年貿易順差達15.50億（yì）美元。且對比進出口軸承單價，近（jìn）幾年我國進出口軸承（chéng）價差較大，但（dàn）價差幅度逐年減（jiǎn）小，反（fǎn）映出我國軸承行業技術含量雖然與先進水（shuǐ）平尚存在一定差距，但在追趕中。同時反映（yìng）出我國中低端軸承產（chǎn）能過剩，高端軸承（chéng）產能不足的現狀。

數據來源：中國軸承工業協會、中商產業研（yán）究院整理（lǐ）當（dāng）前，國產軸承的設計和（hé）製造技術基本上是模（mó）仿，產品開發能力低，在某些核心技術的研發領域甚至還是空白。雖然對（duì）國內主機的配套率達到80%，但（dàn）高速鐵路客車、中（zhōng）高檔轎車、計算機、空調（diào）、高水平軋機（jī）等重要主機的（de）配套和維修軸（zhóu）承，基本上依靠進口。

國產軸承製造工藝和工藝裝（zhuāng）備技術發展（zhǎn）緩慢，車加工數控率（lǜ）低，磨加工自動（dòng）化水平（píng）低，全國僅有200多條自動生產線。對軸承壽命和可靠性至關重要的先進（jìn）熱處理工（gōng）藝和（hé）裝備，如控製（zhì）氣氛保護加熱、雙細化、貝氏（shì）體淬火等覆蓋率低（dī），許多技術難題攻關未能取得突破。

軸承鋼新鋼種的研發，鋼材質量的提高（gāo），潤滑、冷卻、清洗和磨料（liào）磨具等相關技術的（de）研發，尚不能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（pǐn）的實際壽命一般（bān）為計算壽命的8倍以上，最高可達（dá）30倍（bèi）以上，可靠性為（wéi）98%以上（shàng）。

而國產軸（zhóu）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（zhè）對於普通的運（yùn）動機械（xiè）來說，問題不算太（tài）大。但是（shì）在高端領域就很難接受（shòu）了，因（yīn）此國內航空軸承、高鐵軸承、機器人軸承等基本以進口軸承為主。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（jīng）度、性能、壽命和可靠性等方麵的（de）要求，軸承材（cái）料的（de）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（de）各個部位要承受變（biàn）應力、高（gāo）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（chéng）很容易產生應力疲勞，進而造成疲勞剝落，使得軸承（chéng）失去其（qí）作用，與此同時滾動軸承還需承受離心力（lì）、摩擦力、高溫（wēn）、腐蝕等（děng）因素，這也（yě）使得要造好軸承，就得用好鋼。

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

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

▲高端軸（zhóu）承鋼中均勻細小的碳（tàn）化物（wù）組織和熱處理後均勻分布的細小（xiǎo）碳化物其（qí）中（zhōng），純淨度要求材料（liào）中的夾雜（zá）物盡量少，純淨（jìng）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（qiú）材料（liào）中（zhōng）的夾雜物和碳化物顆粒細小、彌散，這會影（yǐng）響到軸承製造中熱處理後的變形、組織均勻性（xìng）等。

我們國家製軸工藝已經接近世界頂尖水平，但（dàn）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（shì）氧含量的單位，意指百（bǎi）萬分率或百萬（wàn）分之幾。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（gāng），正是高端軸承所需要的（de）。

高端（duān）軸承用鋼的研（yán）發、製造與銷售（shòu）基（jī）本上（shàng）被（bèi）世界軸承巨（jù）頭美國鐵姆肯、瑞典（diǎn）SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙台、濟南建（jiàn）立基地，采購中國的低端材質，運用他們的（de）核心技術（shù）做成高端軸承，以十倍的價（jià）格賣給中國市（shì）場（chǎng）。

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

近（jìn）日，中科院金屬所材料加工模擬研究團隊通過對單重百噸級大鋼錠的實（shí）物解剖和計算，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（jīn）的純淨化製備技（jì）術（shù）和（hé）稀土在（zài）鋼中特殊加入技（jì）術，從而（ér）突破了稀土在鋼中進行工業化應用的技術瓶頸，實（shí）現（xiàn）了在鋼中添加稀土後的工（gōng）藝順行和性能穩定。

以日本NSK軸承為例，它（tā）是從專研基礎科學開始（shǐ）研發製（zhì）造軸承的，以摩擦學技術、材料（liào）技術、機電一體化技術和（hé）解析技術為四大核心技術。（華為任正非老先（xiān）生近（jìn）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（jīng）神，NSK從一家（jiā）日本（běn）加工企業演變成了一（yī）家世界級的軸承巨頭。

▲NSK技術發展曆程我們國（guó）家已經能（néng）造出好鋼，接下來要做的就（jiù）是如何將其運用在軸（zhóu）承（chéng）上，高端（duān）軸承還（hái）涉及材料、設（shè）計、高精度加工、軸承製造等（děng）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（duān）軸承（chéng）技術還有一定差距。