我们的高端轴承与进口的差别大吗

2021-06-10

     

1、在轴承的精度方面:国产的轴承的尺寸偏差和旋转精度虽然和进口轴承已经非常的接近。但是与德国进口轴承在离散度上存在一定的差距。国外早已开始研究和应用“不可重复跳动”这样精细的旋转精度指标,而我们在此方面的研究还是空白。

2、在振动、噪声与异音方面:日本已推出静音及超静音轴承,而国内轴承的振动极值水平与日本轴承相比,一般要相差10dB以上。

3、在寿命与可靠性方面:以深沟球轴承为例,国外名牌产品的寿命一般为计算寿命的8倍以上(Z高可达30倍以上),可靠性为98%以上(或追求与主机等寿命),而我们轴承的寿命一般仅为计算寿命的3至5倍,可靠性为96%左右。

4、在高速性能方面:国外名牌产品的DmN值达4乘106毫米 r/min,而国内轴承仅为2乘106毫米 r/min。(轴承DmN值 = 轴承节圆直径(mm)(即轴承内径和外径的平均值)×旋转速度(rpm) 常被轴承制造商用作轴承转速的度量标准,是主轴的高速化指标。我国的轴承工业从产业经济规模上已居全球轴承总量的第三位,但在产品精度、技术水平等方面与世界先进水平还有一定的差距。主要表现在:

首先,是轴承行业生产集中度低:在全球轴承大约400亿美元的销售额中,世界八大跨国公司占比75%~80%。德国两大公司占其全国总量的90%,日本5家占其全国总量的90%,美国1家占其全国总量的56%。而我们瓦轴等7家年销售额10亿元以上的轴承企业,销售额仅占全行业的28.3%。

其次,是轴承行业研发和创新能力低:大多数企业在创新体系的建设和运行、研发和创新的资金投入、人才开发等方面仍处于低水平。全行业“两弱两少”突出,即基础理论研究弱,参与标准制定力度弱,少原创技术,少专利产品。尤其是设计和制造技术基本上是模拟,几十年一贯制。产品开发能力低。尽管国内主机的配套率达到80%,但高速铁路客车、中高档轿车、计算机、空调器、高水平轧机等重要主机的配套和维修轴承,之前几乎靠进口。

再次,是轴承行业制造技术水平相对低:轴承工业制造工艺和工艺装备技术发展缓慢,车加工数控率低,磨加工自动化水平低,全国仅有200多条自动生产线。大多数企业,特别是老企业中作为生产主力的仍是传统设备。对轴承寿命和可靠性至关重要的先进热处理工艺和装备,比如控制气氛保护加热、双细化、贝氏体淬火等覆盖率低,许多技术难题攻关未能取得突破。轴承钢新钢种的研发,钢材质量的提高,润滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发,尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要求。因而,造成工序能力指数低,一致性差,产品加工尺寸离散度大,产品内在质量不稳定而影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性。

近几年,中国轴承发展不断快速进步,并逐渐形成产业化,世界轴承市场上,我们大约百分之十左右,销量占据世界第三。但与世界轴承工业强国相比,我们轴承还存在一定差距。主要表现在高技术、高精度、高附加值的产品比例低,产品的稳定性需要进一步提高与改进。

比如日本轴承巨头NSK,总部竟有1800个研发人员,这全世界轴承同行中也是不敢想象的。在很多外行人看来,轴承是种结构简单的零部件,有必要配备那么多研发人员吗?事实上,在日常生活中看到的轴承都是技术含量较低的低端轴承,而高端轴承技术复杂程度是低端轴承根本无法相比的。

中国工程院院士卢秉恒曾经认为,高端轴承研发涉及材料、油脂及润滑、制造、设计、轴承制造装备、检测与试验等一系列技术难题,还涉及接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究和交叉学科。

卢院士的讲话突显了高端轴承技术的极端复杂性,其难度十分大。同时也说明为轴承专门设置一个工科专业是十分必要的。高端轴承的短板,并不仅仅存在于航空发动机领域,在高精密机床设备、高速铁路、仪器仪表等领域,这种短板依然存在,只有加大在高端轴承研制上在人力、财力、物力方面的投入,中国才能实现由轴承大国到轴承强国的根本性转变。

不同于其他机械零件,高端轴承对于材料、加工工艺和经验的要求十分苛刻,因为这些指标决定了轴承今后的可靠性和寿命。比如两个钢环间套着钢珠的轴承——深沟球轴承,国外产品的可靠性在98%以上,实际寿命为计算寿命的8倍到30倍,而国产轴承可靠性仅为96%,实际寿命为计算寿命的3到5倍,这就意味着“能用”和“好用”完全是不同的概念。

虽然高铁轴承仅是一个小部件,但牵一发而动全身。轴承主要分为滚动轴承和滑动轴承两类,而高铁所用的滚动轴承一般分为P0、P2、P4、P5和P6五个等级,轴承精度随着等级升高。像高端数控机床的主轴采用的是P5、P6等级,而航空、高铁等高科技领域采用的则是P4等级。在近十年内,我国高铁所用的高端轴承主要是从SKF、NTN、德国FAG等公司引进。

通过高端轴承分析中,可以发现两个基础性问题,就是“高性能的材料”和“高质量的加工”。制作高铁轴承的材料历来素有“钢中之王”称号的轴承钢,它是高铁冶炼中要求Z严格的钢种之一。那么如何锻造出“高纯净度”和“高均匀性”的轴承钢,将钢中含氧量控制在Z低,一直是钢铁企业面临的难题。

可喜的是,经数十年攻关,中国已经攻克生产工艺中的诸多难点,并跃居为轴承钢生产大国,Z关键一步就在于将稀土加入到冶钢步骤中,使得影响钢材疲劳寿命的大尺寸夹杂物减少了50%,因此生产出来的轴承钢也被称作高端稀土轴承钢。我们尽管能造轴承钢,但主要是电渣轴承钢,其质量和纯度还有待进一步提高,而国外采用的真空脱气冶炼技术打造的超高纯轴承钢,是下一步攻克的目标。

在高性能的材料攻克解决之后,接下来就是高质量的加工。高铁轴承制造涉及学科门类众多。由于欧美掌握超长寿命钢技术、细质化热处理技术和先进的密封润滑技术等,Z终才能够生产出高质量的轴承,导致国内外高铁轴承在精度、轴承振动、寿命和可靠性上仍存在一定的差距。

据媒体报道,中国洛阳LYC轴承公司已经研制出时速250公里、350公里的高铁轴承,且进行了120万公里耐久性台架试验,产品指标基本符合要求,Z为重要的是,洛轴的高铁轴承已经符合批量生产的条件。

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