淺談我國高端軸承及相關前沿技術
2019-12-23根據中國工程院所著的《高端軸承發展戰略研究》的定義,高端軸承是指高性能、高可靠性、高技術含量,能夠滿足高端設備或武器裝備等極端工況與特殊環境要求,對國民經濟和國家安全具有戰略意義的軸承。從實用的角度而言,高端軸承可以具體分類為:滾動軸承、滑動軸承、懸浮類軸承和滾動功能部件。
從現階段的全球軸承行業來看,瑞典、德國、日本、美國基本壟斷了上的高端軸承產品及制造技術。隨著全球經濟一體化的趨勢發展以及我國改革開放政策的進一步深化,線的軸承巨頭如SKF、SCHAEFFLER、NSK、NTN、JTKET、TIMKEN等以軸承為主導產品的跨國公司都已經將其制造和研發中心布局在我國市場,但其高端軸承的研發與制造卻仍然設立在公司母國,可見這些工業發達國家對高端軸承重要性及其制造技術的嚴密封鎖。
我國每年進口軸承40億美元左右,其中70%為民用高端軸承。我們自己的高端軸承制造能力仍處于起步階段,主要是受限于原材料、精密機床、檢測試驗技術及基礎理論與技術前沿研究的落后,僅在武器、軍工領域的部分領域有所突破,占總需求份額的5%左右。
差距體現
我國與世界軸承強國的差距主要體現在以下幾個方面:
1.軸承產品,包括:
公差的一致性,包括幾何尺度、物理指標、性能指標、動態性能(摩擦、震動與噪聲)
軸承壽命
產品可靠性
2.制造技術,包括:
高精密度加工裝備
工藝穩定性
檢測與試驗技術及裝備
數據的采集、處理與積累
數字化建模與仿真分析
3.基礎理論,包括:
產品的物理指標
對復雜、極端工況的物理現象(如耦合摩擦、熱與溫升、壽命預測)缺少系統的實驗研究和理論層面的認識。
潛在問題
我國目前有40多所高校(清華大學、浙江大學、西安交通大學等)在國家自然科學基金等資助下開展了軸承領域的研究。雖然通過這些項目提高了行業及社會對高端軸承技術的認識,但存在的問題依然突出:
基礎研究薄弱是一個普遍性問題,軸承也不例外。
傳統力學、摩擦學發展到界面科學與技術、抗疲勞制造技術、極端環境應用時的摩擦行為與磨損、潤滑現象的基礎研究。
基礎研究與產業發展脫節,大量科技成果不能有效地轉化為生產力
從事基礎研究的高校與作為產業發展主體的企業聯系不到位
共性關鍵技術投入嚴重不足,企業大都各自為政,這是基礎與產業脫節的體制原因。新出現的生產服務型平臺,會是校企合作的新領域,并大有可為。
協同創新機制建設尚待加強,雖然已經開展了多年,但效果不佳,推行起來困難重重。本質上來說,該機制使得企業獲取創新的靈感;高校拓展研究的深度與廣度;用戶輸出產品;研究型企業找到自己專長的用武之地
前沿技術[1]-[4]
與高端軸承相關的前沿技術開發也同樣是我國行業的薄弱一環,歸納起來有如下內容:
一.匹配工業物聯網技術的大數據環境構建,其內容包括載荷譜、性能要求、制造過程保障、設計仿真、壽命評估預測、全壽命周期管理等需要長期數據積累為基礎,概括來說:
產品數據
運營數據
價值鏈數據
外部數據
二.高端材料技術
軸承鋼的純凈化、細質化、均勻化
軸承鋼冶煉、連鑄和熱軋工藝過程中的純凈化冶金技術
碳化物控制、基體細化、表面改性實現細質化和均勻化
特殊后處理(熱處理、冷處理、復合處理)
新型軸承鋼、各向同性軸承鋼、高溫軸承鋼、耐蝕軸承鋼
航天航空發動機主軸承用鋼M50、M50NiLi、CSS-42L技術
高氮軸承鋼以及低密度、低模量、耐腐蝕的無磁軸承合金
子零部件的前沿材料,如工業陶瓷、工程塑料、密封橡塑、潤滑材料等
三.軸承精密制造技術
工作表面應具有的“表面完整性”
潤滑狀態對工作面的微觀形貌指標
磨損壽命對磨損率的要求
坯料組織狀態遺傳演化規律、成形過程宏觀塑性變形和微觀組織狀態相互作用機制、可控性成形機理與工藝規劃
滾動接觸表面磨削變質層和殘余應力的形成與可控機理、表面層強化的形成與可控機理、數控超精密高速內/外圓磨削裝備
四.軸承潤滑與密封技術
基礎油的開發研究,添加劑的摩擦學機理研究,極壓抗磨性能與抗氧化性能,添加劑對潤滑脂流變及摩擦學性能的影響,納米添加劑的自修復機理和復配規律
潤滑添加量、添加方式、補充間隔與周期對潤滑脂流變、摩擦學性能的影響機理
摩擦工況對納米顆粒粒徑的選擇性及粒徑分布的摩擦學增強效應
應用中潤滑通道的設計原理
軸承自潤滑方式研究
五.軸承性能試驗技術
軸承動態預緊力及軸向剛度測試機制的設計和驗證,對超高速軸承預緊力進行設計分析與調控,實現非均勻預緊和在線調控
高速軸承的熱力學平衡試驗機制研究
通過接觸動態膜厚測量,預測潤滑狀態及效果,實現對軸承應用過程中的實時監控和壽命預測
形變熱處理工藝對軸承基體組織性能的改進技術研究
參考文獻
[1]趙振業.先進軸承與抗疲勞制造[C].軸承峰會論文集,2010.
[2]何加群.中國戰略性新興產業研究與發展.軸承[M].北京:機械工業出版社,2012.
[3]中國機械工程學會.中國機械工程技術路線圖[M].北京:中國科學技術出版社,2016.
[4]高性能滾動軸承基礎研究課題報告[R].西安:西安交通大學,2015.
(來源:軸承家園)

(網絡配圖)
