又是卡脖子技術（又是卡脖子技術）

2023-10-08 19:14:17 1

高端軸承，又是一項目前無法完成國產替代的卡脖子技術。　

我國隧道挖進機是當前地下空間施工最先進的裝備，但作為掘進機的「心臟」之稱的主軸承要全部依賴進口！掘進機主軸承承擔著掘進機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，工作環境非常惡劣，要承受高速旋轉、巨大載荷和強烈溫升。中鐵、洛軸等中國頂尖級的集團企業都望軸興嘆！

我國是一個世界出名的鋼鐵大國，已經連續數年產量位居世界榜首，但相對於高端軸承，世界軸承市場70%以上的份額，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等全球知名公司所壟斷，這些公司讓高端軸承在全世界運轉，中國則集中了廣大的中低端市場，被人家轉得找不到北。

而且，進口的高端軸承，還是歐美大國從中國回收的廢棄鋼鐵材料，在經過他們核心技術加工製造後，再以數十倍的價格傾銷到中國市場。

九月，中科院就下定決心集中全院力量將美國卡脖子的技術變成科研任務清單進行布局，其中就特別提到高端軸承的攻關。足以說明高端軸承可以上升到衡量一個國家科技、工業實力的重要標準之一。十月，由洛陽軸承推動的《我國高端軸承領域卡脖子技術現狀調查研究》項目正式啟動。將由院士、專家、相關企業組成「聯合會診團隊」，助力我國高端軸承產業破解共性難題。

為什麼說高端軸承製造對於國產那麼難呢？

高端軸承，具有高運轉、高載荷能力、長壽命、高可靠、低震動噪音和低摩擦力性能，是大飛機、高檔汽車、高鐵、重載型武器、電梯、高檔數控工具機、風電以及其他機械設備中的關鍵核心器件，主要功能是支撐機械旋轉體，降低摩擦係數並保證迴轉精度。通俗講，軸承與軸之間的摩擦越小，振蕩越少，發熱越少，這個軸承也就越好。

要想完成高端質量的國產軸承製造，除了克服軸承鋼材料、熱處理、焊接工藝等技術難題外，還要突破（超）精密加工問題。（超）精密加工主要提高和改善高端軸承零件表面的微觀質量，這些微觀質量包括粗糙度、溝形、圓度和金屬條紋的走向。還體現在高端軸承零件磨削特別是批量加工精度和精度的一致性問題上。

以需求最大的滾動軸承為例，滾動軸承有四元件：圓珠（圓滾、滾子）、外圈、內圈、保持架組成。其中圓珠構成軸承的核心元件，直接影響軸承運行效率和使用壽命。高端軸承必須使用Ⅰ級甚至0級的精密圓珠，可限於目前國內技術瓶頸和超精研機進口價格昂貴，無法保證完成精密圓錐滾子批量生產；另外，也不能保證外圈、內圈、保持架等零件的尺寸穩定性得到良好的控制。

高端軸承的表面拋光需要達到鏡面潔淨效果。由於軸承的工作環境非常嚴峻，各個部位要承受單位面積壓力高達每平方毫米1500到5000N的高頻變應力，因此各部件的切削、磨削、表面精密拋光處理對於保障軸承的旋轉精度、降低振動噪聲、減損疲勞壽命是相當重要。但，這樣的精密磨削工藝目前我國仍限於困局。精密研磨機和精密拋光機及其磨料都被美日德等少數國家把持，國內的境地十分難堪，不然國內軸承老大洛軸也不會聯合頂尖專家搞一個現狀調查

先說一說精密研磨。拿高端軸承裡最能夠適應惡劣工作環境的高速軸承為例，國內一些新基建重型機械設備裡用到的高速軸承主要依賴德國、瑞典、日本。高速軸承比低速軸承的精度更高，表面粗糙度更小。直觀的區別就是，高速軸承比通用軸承的表面更光滑，晃動外圈與內圈的的話，高速軸承間隙更小。高速軸承要求軸承所在迴轉系統經過精密的動平衡，軸與座孔安裝軸承的部位應具有高於一般要求的尺寸精度和形位精度。

高速磨削技術和超高速磨削技術是實現高速軸承精密研磨的關鍵工藝。高速磨削( 砂輪速度大於 50 m /s) 、超高速磨削( 砂輪速度大於 150 m /s) 能大幅度提高磨削效率，改善磨削質量，提高砂輪耐用度。多年來，為更好地實現高速磨削、超高速磨削工程化應用，國外相繼開發了高速軸承、高速電主軸等先進產品同時，正是基於這些關鍵技術的突破與工程化研究，使高速磨削和超高速磨削技術在工業發達國家普遍應用。

儘管我國汽車凸輪軸、曲軸等關鍵零件加工開始採用高速磨削、超高速磨削技術，但普及率非常低；儘管近國產磨床有了質的飛躍，但其核心零部件對外依存度高——高速電主軸主要依賴德國、瑞士、義大利、韓國；變頻器依賴德國、日本、法國、美國；砂輪在線動平衡依賴美國、德國；防碰撞監控系統依賴德國、荷蘭、美國；直線導軌依賴日本、德國、韓國；直線電動機依賴美國、日本、以色列；數控系統依賴德國、日本；磨具依賴美國、德國、日本等。高速磨削核心技術被國外嚴重壟斷。

點磨削是高速磨削技術的新發展，是集 CBN 超硬磨料、超高速磨削、CNC 柔性加工三大先進技術於一體的高效加工技術。磨削深度大，法向磨削力小，冷卻、排屑充分，磨削溫度低，操作方便等，特別適合細長軸類零件加工，是磨削技術與數控技術的極佳結合，但國內沒有掌握點磨削的核心技術。

高效深切磨削是在緩進深切磨削的基礎上，進一步融合了 CBN 超硬磨料和高速磨削技術，提高了工件進給速度，極大地提高了磨削效率，被譽為「現代磨削技術的最高峰」。但市場上，與高端軸承磨削適配的平面強力磨床仍是國外品牌。

日本軸承鋼珠生產工藝流程制研磨拋光環節：

硬磨：研磨機內的砂輪圓板將熱處理球胚加壓磨削，以去除球表面的黑色氧化層及修正球的精度；

精研/拋光清洗精研：將研磨球胚在精研機內精研磨，使球達到成品索需要的精度和光潔度；

拋光清洗：將球倒入拋光滾桶內轉動並用拋光清洗劑加水清洗使球面清潔光亮。

外觀選別用人工目視檢查球面有無任何瑕疵，並用千分計比較儀量測真圓度、批直徑變動量及用面粗糙度儀測表面粗糙度作為最終檢驗.

再說一說高端軸承的精密拋光。雖然等離子拋光、超聲波拋光、電解化學拋光、磁研磨拋光、流體拋光等精密拋光工藝適用於軸承的精密拋光處理，但所需要的高端拋光機和及其磨料大部分依賴進口。軸承拋光機主要用於各種精密軸承內外圈、軸承保持架、軸承滾針、軸承鋼珠的去毛刺，倒角、去氧化皮、去軸承內外圈磨床痕跡，軸承溝槽精密拋光，精密拋光，超精密鏡面拋光等。磨料是拋光機的核心技術之一，研磨磨料指標包括磨料粘度、磨料粘料和拉度大小。研磨磨料按粘度可分為不同粘度的磨料。從德國進口的磨料，使用壽命長，加工精度高，效果尤為出眾。

國產的軸承的尺寸偏差和旋轉精度雖然和進口軸承已經非常的接近。但是與德國進口軸承在離散度上還有一定的差距。國外早已開始研究和應用「不可重複跳動」這樣精細的旋轉精度指標，而中國在此方面的研究還是空白。由於精度的工藝差異，導致國產軸承在在振動、噪聲與異音方面與進口軸承存在差距，日本已推出靜音及超靜音軸承，而中國軸承的振動極值水平與日本軸承相比，一般要相差10dB以上。

由於以研磨和拋光為代表的精密加工工藝帶來的差距，也導致國產軸承在壽命與可靠性方面與進口軸承比起來差強人意。以深溝球軸承為例，國外名牌產品的壽命一般為計算壽命的8倍以上（最高可達30倍以上），可靠性為98%以上（或追求與主機等壽命），而中國軸承的壽命一般僅為計算壽命的3至5倍，可靠性為96%左右。

因著我國有全世界最發達的高鐵網絡和最大市場，開始在高鐵軸承（軸箱軸承、牽引電機軸承及齒輪箱軸承）上實現高端軸承原材料和加工工藝的突破，逐步迎來了關鍵部件的國產化。洛陽軸承廠所製造的250公裡、350公裡的高鐵軸承，標誌著高鐵軸承的國產化迎來了重大突破。雖然我國高鐵零部件國產化率已經超過97%，但，高鐵軸承依然全部依賴從瑞典、德國、日本等國家進口。

近年來，通過不斷研發，我國也在高端軸承上有了些許成績，包括用於航母建造的特種鋼以及可用於製作潛艇的超級鋼，但是尚不能適應和滿足國民經濟高質量發展的工業製造領域。

LYC製造國內最大轉盤軸承。基於ELID磨削技術(電火花修型技術)的高精度滾子生產設備，LYC解決了高端軸承製造難題。該設備在業內首創將ELID磨削技術應用到軸承滾子的加工中，將傳統精密磨削、研磨、拋光工藝合為一體，通過配套的數控工具機，實現滾子複合鏡面磨削加工，從而開闢出超精密加工的新途徑。

軸承行業目前對國內主機的配套率達到80%，大飛機、高速鐵路、客車、中高檔轎車、計算機、空調器、高水平軋機、風力發電機、航天發動機等重要主機的配套和維修所需要的高端軸承，基本上靠進口，市場缺口巨大。除了軸承鋼材無法滿足工業製造需求外，國產高端軸承製造技術和高精度高穩定性高可靠度的工具機裝備（尤指磨床！！）仍是國內企業今後數年亟待解圍的工作。

同時，我國軸承製造企業在軸承、密封、潤滑系統、規劃認知和服務等領域上較全球知名公司還存在差距。我們缺乏專業的軸承技術人才，供軸承行業及相關機械行業的技術人員和大專院校的師生後備不足；系統性經驗匱乏，長遠性規劃喪失，缺乏探索和創新。

國外知名軸承企業更注重軸承與主機結構的匹配，在設計時，將軸承視為主機的組成部分，二者協同進行。觀國內，軸承與主機的設計相互獨立、各自為政，相互不熟悉，主軸承根本無法響應主機環境的力學行為。要適應主機環境的力學行為，需要十分複雜的動力學模型、工程數據和數值計算平臺，國外軸承設計的合理性，是通過大量實驗驗證的，並積累了大量工程數據，這些方面在我國幾乎全是空白。

國內軸承企業製造理念也很「中國特色」：追求高大上、忽略細精尖；企業林立，各自為戰；國企瞧不上民企，民企看不慣國企；國企處尊養優，依靠強勢資源壟斷基礎設施市場，註定軸承技術和產品撲向大規模的鐵公基等領域，但憂患意識淡薄，自主創新能力慢熱；大部分民企生於憂患而又死於憂患，雖然具有強烈的學習意識和創新意識，但往往研發投入不足，又鋪蓋廣大中低端市場，造成庫存堆積。

國內民用市場開放不足，軸承市場的興盛發達往往是某一項世界前沿的技術帶動，比如老美的航天航空太空探索舉世無雙，其相關軍工與航天高精密軸承技術成熟後就會讓利給企業，企業再去深入改進更新並形成技術壁壘，在全世界內開始薅羊毛，國內則不會把相對成熟的國家保密技術洩露給企業；存在僥倖心理，往往以為造不出來的，財大氣粗地去國際上買就解決問題了，可沒意識到西方國家和發達資本主義國家往往都是利益共同體，歐美不賣，也很難用日韓。

幸運的是，在2020年這樣的複雜多變極其艱難的背景下，我們在最無奈的時刻意識到這種最無奈的危機，國企改革、民企奮起、單點突破、合力圍攻的反攻局勢正在形成。

高端軸承國產化，任重而道遠。