淺談我國高端軸承及相關(guān)前沿技術(shù)
2019-12-23根據(jù)中國工程院所著的《高端軸承發(fā)展戰(zhàn)略研究》的定義,高端軸承是指高性能、高可靠性、高技術(shù)含量,能夠滿足高端設(shè)備或武器裝備等極端工況與特殊環(huán)境要求,對國民經(jīng)濟和國家安全具有戰(zhàn)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(xiàn)階段的全球軸承行業(yè)來看,瑞典、德國、日本、美國基本壟斷了上的高端軸承產(chǎn)品及制造技術(shù)。隨著全球經(jīng)濟一體化的趨勢發(fā)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(dǎo)產(chǎn)品的跨國公司都已經(jīng)將其制造和研發(fā)中心布局在我國市場,但其高端軸承的研發(fā)與制造卻仍然設(shè)立在公司母國,可見這些工業(yè)發(fā)達國家對高端軸承重要性及其制造技術(shù)的嚴(yán)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(shù)及基礎(chǔ)理論與技術(shù)前沿研究的落后,僅在武器、軍工領(lǐng)域的部分領(lǐng)域有所突破,占總需求份額的5%左右。
差距體現(xiàn)
我國與世界軸承強國的差距主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1.軸承產(chǎn)品,包括:
公差的一致性,包括幾何尺度、物理指標(biāo)、性能指標(biāo)、動態(tài)性能(摩擦、震動與噪聲)
軸承壽命
產(chǎn)品可靠性
2.制造技術(shù),包括:
高精密度加工裝備
工藝穩(wěn)定性
檢測與試驗技術(shù)及裝備
數(shù)據(jù)的采集、處理與積累
數(shù)字化建模與仿真分析
3.基礎(chǔ)理論,包括:
產(chǎn)品的物理指標(biāo)
對復(fù)雜、極端工況的物理現(xiàn)象(如耦合摩擦、熱與溫升、壽命預(yù)測)缺少系統(tǒng)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(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)等)在國家自然科學(xué)基金等資助下開展了軸承領(lǐng)域的研究。雖然通過這些項目提高了行業(yè)及社會對高端軸承技術(shù)的認識,但存在的問題依然突出:
基礎(chǔ)研究薄弱是一個普遍性問題,軸承也不例外。
傳統(tǒng)力學(xué)、摩擦學(xué)發(fā)展到界面科學(xué)與技術(shù)、抗疲勞制造技術(shù)、極端環(huán)境應(yīng)用時的摩擦行為與磨損、潤滑現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究。
基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié),大量科技成果不能有效地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力
從事基礎(chǔ)研究的高校與作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展主體的企業(yè)聯(lián)系不到位
共性關(guān)鍵技術(shù)投入嚴(yán)重不足,企業(yè)大都各自為政,這是基礎(chǔ)與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的體制原因。新出現(xiàn)的生產(chǎn)服務(wù)型平臺,會是校企合作的新領(lǐng)域,并大有可為。
協(xié)同創(chuàng)新機制建設(shè)尚待加強,雖然已經(jīng)開展了多年,但效果不佳,推行起來困難重重。本質(zhì)上來說,該機制使得企業(yè)獲取創(chuàng)新的靈感;高校拓展研究的深度與廣度;用戶輸出產(chǎn)品;研究型企業(yè)找到自己專長的用武之地
前沿技術(shù)[1]-[4]
與高端軸承相關(guān)的前沿技術(shù)開發(fā)也同樣是我國行業(yè)的薄弱一環(huán),歸納起來有如下內(nèi)容:
一.匹配工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)環(huán)境構(gòu)建,其內(nèi)容包括載荷譜、性能要求、制造過程保障、設(shè)計仿真、壽命評估預(yù)測、全壽命周期管理等需要長期數(shù)據(jù)積累為基礎(chǔ),概括來說:
產(chǎn)品數(shù)據(jù)
運營數(shù)據(jù)
價值鏈數(shù)據(jù)
外部數(shù)據(jù)
二.高端材料技術(shù)
軸承鋼的純凈化、細質(zhì)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(shù)
碳化物控制、基體細化、表面改性實現(xiàn)細質(zhì)化和均勻化
特殊后處理(熱處理、冷處理、復(fù)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(fā)動機主軸承用鋼M50、M50NiLi、CSS-42L技術(shù)
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(yè)陶瓷、工程塑料、密封橡塑、潤滑材料等
三.軸承精密制造技術(shù)
工作表面應(yīng)具有的“表面完整性”
潤滑狀態(tài)對工作面的微觀形貌指標(biāo)
磨損壽命對磨損率的要求
坯料組織狀態(tài)遺傳演化規(guī)律、成形過程宏觀塑性變形和微觀組織狀態(tài)相互作用機制、可控性成形機理與工藝規(guī)劃
滾動接觸表面磨削變質(zhì)層和殘余應(yīng)力的形成與可控機理、表面層強化的形成與可控機理、數(shù)控超精密高速內(nèi)/外圓磨削裝備
四.軸承潤滑與密封技術(shù)
基礎(chǔ)油的開發(fā)研究,添加劑的摩擦學(xué)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(xué)性能的影響,納米添加劑的自修復(fù)機理和復(fù)配規(guī)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(xué)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(xué)增強效應(yīng)
應(yīng)用中潤滑通道的設(shè)計原理
軸承自潤滑方式研究
五.軸承性能試驗技術(shù)
軸承動態(tài)預(yù)緊力及軸向剛度測試機制的設(shè)計和驗證,對超高速軸承預(yù)緊力進行設(shè)計分析與調(diào)控,實現(xiàn)非均勻預(yù)緊和在線調(diào)控
高速軸承的熱力學(xué)平衡試驗機制研究
通過接觸動態(tài)膜厚測量,預(yù)測潤滑狀態(tài)及效果,實現(xiàn)對軸承應(yīng)用過程中的實時監(jiān)控和壽命預(yù)測
形變熱處理工藝對軸承基體組織性能的改進技術(shù)研究
參考文獻
[1]趙振業(yè).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(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展.軸承[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012.
[3]中國機械工程學(xué)會.中國機械工程技術(shù)路線圖[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2016.
[4]高性能滾動軸承基礎(chǔ)研究課題報告[R].西安:西安交通大學(xué),2015.
(來源:軸承家園)

(網(wǎng)絡(luò)配圖)
