轴承在我们的生活中几乎无处不在,小到路边的自行车共享,大到家里的家用电器,大到天上的宇宙飞船,发射空母舰。没有轴承,这一切都不可能存在。
而高精密机械用的主轴承,国内在技术上还是一片空白。
滚动轴承的精度一般分为P0、P6、P5、P4、P2五个等级,精密机床主轴上使用的轴承精度应在P5及以上。
对于数控机床、加工中心等高科技领域,如高速、铁路、航空空,需要P4及以上的超精密轴承。P4及以上超精密轴承对技术性能和可靠性要求很高,国内需求一半以上依赖进口。
但是国产轴承和进口轴承质量差距很大
。主要原因如下:
01
轴承成品的质量差异
国内外大量实验表明,保持架、套圈和钢球的加工质量对轴承振动有不同程度的影响,其中钢球的加工质量对轴承振动的影响最明显,套圈的加工质量次之,最主要的影响因素是钢球和套圈的圆度、波纹度、表面粗糙度和表面凹凸度。
我国钢球产品最突出的问题是振动值分散性大,表面缺陷严重(单点、群点、凹坑等。).虽然表面粗糙度、尺寸、形状、误差不低于圈外水平,但套入后轴承振动值高,甚至产生异响。主要问题是波纹度没有控制(没有标准,没有合适的测试分析仪器)。同时说明机床抗振性差,砂轮、磨盘、冷却液差。另一方面,要提高管理水平,避免磕碰、划伤、烧伤等随机质量问题。
对于套圈来说,沟槽波纹度和表面粗糙度也是影响轴承振动最严重的因素。比如中小型深沟球轴承内外沟道圆度大于2μm时,会对轴承振动产生显著影响。当内外通道的波纹度大于0.7μm时,轴承振动值会随着波纹度的增大而增大,通道损坏严重时振动会增大4dB以上,甚至会出现异响。
02
生产流程、人才等。
1.工业技术的差距。轴承技师,甚至工程师的社会地位没有得到应有的尊重(这种情况近年来有了很大改观)。中国教育行业发展不均衡,技术教育没有得到应有的重视,导致年轻人宁愿做白领,无所事事,也不愿在生产一线工作。同时也导致了当今中国人人创业,大部分小微轴承厂和轴承公司没有高素质的技术人员,只能生产一些没有竞争力的低端轴承产品。
2.材料上的差距。世界钢铁看中国,中钢看河北,但这只是指粗钢产量,这也是近年来世界经济下滑,国内钢铁产能过剩,钢价低迷的原因之一。合金钢一直是国内钢铁行业的短板,高端冶金技术被发达国家严格保密。再加上国内钢企研发的不足,造成了我国轴承乃至工业技术的先天不足。
3.生产技术的差距。在这里,我只说一下我自己的想法。生产技术是工业技术中最重要的环节,是一个量变到质变的循环。以机床为例,轴承对机床的精度影响很大,高端精密轴承的主要客户群体是机床主轴轴承。然而,国产精密轴承的寿命和精度与国外轴承存在巨大差距。
4.生产设备的差距。轴承厂商和应用厂商是鱼和水的关系。没有好的轴承就生产不出好的设备,没有可靠的机床就加工不出高质量的轴承。据我所知,大部分大型机械加工厂家采购的都是进口机床。而国内一些实力较小的轴承生产企业,宁愿采购上世纪的旧机床,改造成轴承加工专用机床,也不愿采购国内知名品牌的机床。既有价格因素,也有实用因素。
5.没有坚定的支持者。近年来,中国高铁技术发展迅速,但高铁轴承采购自德国舍弗勒集团。究其根源,在某些领导的操纵下,西北轴承厂的舍弗勒开始合作。但是在几年的合作过程中,西北轴承厂并没有得到应有的技术支持,也失去了大量的市场份额,导致了西北轴承今天的衰落。
03
空白色用于高端轴承应用
与国外相比,国内轴承在高端和大型轴承方面差距较大。主要行业有:
01
航空空
作为aero 空发动机的关键基础部件,国外正在研制推力比为15-20的第二代aero 空发动机的轴承,将于2020年左右组装成第五代战斗机。近10年来,美国开发了第二代航空空发动机用轴承钢,其代表钢为耐500℃的高强度耐腐蚀轴承钢CSS-42L和高氮不锈轴承钢X30(Cronidur30),我国正在开发第二代航空空发动机用轴承。
02
在汽车方面
轮毂轴承方面,第一代和第二代轮毂轴承(球轴承)在国内广泛使用,第三代轮毂轴承在欧洲已经广泛使用。第三代轮毂轴承的主要优点是可靠、有效载荷间距短、安装方便、无需调整、结构紧凑。目前国内进口车型大多采用这种轻量化一体式轮毂轴承。
03
铁路车辆
目前中国铁路重载列车用轴承采用国产G20CrNi2MoA渗碳钢电渣重熔制造,而国外已将超高纯度轴承钢(EP钢)的true 空脱气冶炼技术、夹杂物均匀化技术(IQ钢)、超长寿命钢技术(TF钢)、精细热处理技术、表面超硬处理技术和先进的密封技术应用于轴承的生产制造。我国电渣轴承钢不仅质量低,而且成本比真空脱气钢高2000-3000元/吨。未来我国需要发展超高纯度、细化、均匀化、质量稳定的real 空脱气轴承钢,以替代目前的电渣轴承钢。
04
风力能源
对于风机轴承,目前我国还不能生产高技术含量的主轴轴承和增速轴承,基本依赖进口。3MW以上风电机组支撑轴承的国产化问题一直没有解决。为了提高国外风力发电机轴承的强度、韧性和使用寿命,采用了一种新型特种热处理钢SHX(40CrSiMo)。对于偏航和变桨轴承,硬化层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹由表面感应淬火热处理控制。
齿轮箱轴承和主轴轴承采用碳氮共渗,使零件表面获得更稳定的残余奥氏体体积分数(30%-35%)和大量细小的碳化物和碳氮化物,延长轴承在污染条件下的使用寿命。
04
未来国产轴承的改进方向
主要体现在四个方面的改进:
01.轴承钢清洁度
在考虑经济性的前提下,应进一步提高钢的洁净度,降低钢中氧和钛的含量,使轴承钢中氧和钛的质量分数分别小于6×10-6和15×10-6,以降低钢中夹杂物的含量和尺寸,提高分布均匀性。
02组织完善和均衡化
通过合金化设计和控轧控冷工艺的应用,进一步提高夹杂物和碳化物的均匀性,减少和消除网状和带状碳化物,降低平均尺寸和最大粒径,达到碳化物平均尺寸小于1μ m的目标;进一步改善基体组织的晶粒度,进一步细化轴承钢的晶粒度。
03减少宏观结构缺陷
进一步减少轴承钢中的中心疏松、中心缩孔和中心成分偏析,提高宏观组织的均匀性。
04.轴承钢的韧性
通过新型合金化、热轧工艺优化和热处理工艺研究,轴承钢韧性得到提高。
本文来自麒麟机械。
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