La dificultad de fabricar productos de alta gama. cojinetes

01 En los primeros cojinetes de movimiento lineal, se colocaba una fila de postes de madera debajo de un patín. 

Esta técnica se remonta a la época en que se construyó la pirámide de Kafra, aunque todavía no hay pruebas claras. Los rodamientos de movimiento lineal modernos utilizan el mismo principio de funcionamiento, pero utilizan rodillos en lugar de rodillos.

Desde ejes de ruedas de servicio pesado y husillos de máquinas herramienta hasta piezas de relojes de precisión, los cojinetes giratorios son necesarios en muchas aplicaciones. El rodamiento giratorio más simple es un rodamiento de manguito. Este diseño fue reemplazado posteriormente por rodamientos, que usaban muchos rodillos cilíndricos para reemplazar el original cojinetes. El primer rodamiento fue inventado por el relojero John Harrison en 1760 para fabricar el temporizador H3.

Un ejemplo temprano de cojinetes de bolas se encontró en un antiguo barco romano en el lago Naimi, Italia. Se utilizó un rodamiento de bolas de madera para sostener la mesa giratoria. El barco fue construido en el 40 a. C. Entre los factores inmaduros de los rodamientos de bolas, es muy importante que las bolas choquen y provoquen una fricción adicional.

La primera patente sobre el canal de bolas del rodamiento fue obtenida por Philip Vaughn en 1794. En 1883, Friedrich Fisher propuso el uso de máquinas de producción adecuadas para moler bolas de acero del mismo tamaño y redondez precisa, lo que sentó las bases para la creación del rodamiento. industria. En 1907, Sven Winquist, de la fábrica de rodamientos de bolas SKF, diseñó el primer rodamiento de bolas autoalineable moderno.

Según la forma de contacto del movimiento relativo, los rodamientos se dividen en: rodamientos de bolas, rodamientos de agujas, rodamientos de rodillos cónicos, rodamientos deslizantes, rodamientos flexibles, rodamientos neumáticos, rodamientos de suspensión magnética, rodamientos joya y rodamientos que contienen aceite.

02Aunque la estructura del rodamiento es simple

Muchos talleres pequeños pueden hacerlo, pero el rodamiento tiene un alto contenido técnico, e incluso puede usarse como un estándar importante para medir la fuerza científica y tecnológica nacional. Las potencias mundiales de la ciencia y la tecnología de hoy, sin excepción, son las potencias de la I + D y la fabricación de rodamientos.

Más del 70% del mercado mundial de rodamientos está ocupado por las diez principales empresas multinacionales de grupos de rodamientos, de las cuales Estados Unidos representa el 23%, la Unión Europea el 21% y Japón el 19%. El mercado mundial de rodamientos está básicamente dominado por cinco empresas, como NSK en Japón, dos empresas que incluyen SKF en Suecia, FAG en Alemania y varias empresas como Timken en los Estados Unidos.

Al mismo tiempo, el mercado de gama alta de la industria mundial de rodamientos está monopolizado por las empresas mencionadas, mientras que el mercado de gama baja se concentra principalmente en China. Las 10 empresas de rodamientos más grandes de China, como los ejes de baldosas, representaron solo el 24.7% de las ventas de la industria, y la concentración de producción de las 30 principales fue solo el 37.4%.

En los últimos años, la industria de rodamientos de China ha formado un conjunto de sistemas industriales independientes y completos. Independientemente de la producción de rodamientos o las ventas de rodamientos, China ha entrado en las filas de los principales países de la industria de rodamientos y ocupa el tercer lugar en el mundo. Los datos muestran que en 2017, el principal ingreso comercial de las empresas por encima del tamaño designado en la industria de rodamientos de China fue de 178.8 mil millones de yuanes, y la producción de rodamientos fue de 21 mil millones de conjuntos. Puede producir rodamientos que van desde 0.6 mm de diámetro interior hasta 11 m de diámetro exterior, con un total de más de 90,000 especificaciones.

De 2006 a 2017, el crecimiento del valor de las exportaciones de China fue relativamente estable y la tasa de crecimiento fue más alta que la de las importaciones. El superávit comercial de importación y exportación mostró una tendencia creciente. En 2017, el superávit comercial alcanzó los 1.55 millones de dólares estadounidenses. En comparación con el precio unitario de los rodamientos de importación y exportación, la diferencia de precio entre los rodamientos de importación y exportación de China ha sido relativamente grande en los últimos años, pero la diferencia de precio ha ido disminuyendo año tras año, lo que refleja que, aunque el contenido técnico de la industria de rodamientos de China todavía tiene una cierta brecha con el nivel avanzado, todavía se está poniendo al día. Al mismo tiempo, refleja la situación actual de exceso de capacidad de los rodamientos de gama baja e insuficientes rodamientos de gama alta en China.

En la actualidad, la tecnología de diseño y fabricación de rodamientos domésticos se imita básicamente, la capacidad de desarrollo de productos es baja e incluso está en blanco en la investigación y el desarrollo de ciertas tecnologías básicas. Aunque la tasa de coincidencia para mainframes domésticos ha alcanzado el 80%, los cojinetes de soporte y mantenimiento para mainframes importantes, como vagones de pasajeros de ferrocarril de alta velocidad, vagones de gama media a alta, computadoras, acondicionadores de aire y laminadores de alto nivel básicamente dependen de las importaciones.

El desarrollo de la tecnología de fabricación de rodamientos domésticos y la tecnología de equipos de proceso es lento, la tasa de control numérico de torneado es baja y el nivel de automatización del rectificado es bajo. Solo hay más de 200 líneas de producción automáticas en el país. Los procesos y equipos avanzados de tratamiento térmico que son fundamentales para la vida útil y la confiabilidad de los rodamientos, como el calentamiento de protección de atmósfera controlada, el doble refinamiento y el enfriamiento con bainita, tienen una cobertura baja y muchos problemas técnicos no se han superado.

La investigación y el desarrollo de nuevos grados de acero para rodamientos, la mejora de la calidad del acero y el desarrollo de tecnologías relacionadas como lubricación, enfriamiento, limpieza y herramientas abrasivas no han podido cumplir con los requisitos de niveles de productos de rodamientos y mejora de la calidad.

Tomando como ejemplo el rodamiento rígido de bolas más común, la vida real de los productos avanzados extranjeros es generalmente más de 8 veces la vida calculada, hasta más de 30 veces, y la confiabilidad es superior al 98%.

La vida útil de los rodamientos domésticos es generalmente de 3 a 5 veces la vida útil calculada, y la confiabilidad es de aproximadamente el 96%. La brecha sigue siendo muy significativa. Para la maquinaria deportiva ordinaria, el problema no es demasiado grande. Sin embargo, es difícil de aceptar en el campo de gama alta, por lo que los rodamientos de aviación nacionales, los rodamientos de rieles de alta velocidad, los rodamientos de robots, etc. son básicamente rodamientos importados.

03 El tren de alta velocidad, los aviones grandes, las armas pesadas y otros equipos de alta gama tienen rodamientos de alta gama.

pero para cumplir con los requisitos de los rodamientos de alta gama en términos de precisión, rendimiento, vida útil y confiabilidad, la calidad y confiabilidad de los materiales de los rodamientos son un factor decisivo.

Debido a la rotación de alta velocidad del objeto, varias partes del rodamiento están sujetas a tensión variable y alta frecuencia. Generalmente, la presión por unidad de área es tan alta como 1500 a 5000 N por milímetro cuadrado. Bajo estos factores, el rodamiento es propenso a la fatiga por tensión, lo que puede causar pelado por fatiga El rodamiento pierde su función y, al mismo tiempo, el rodamiento también necesita soportar factores como fuerza centrífuga, fricción, alta temperatura, corrosión, etc. Esto también hace necesario utilizar buen acero para hacer el rodamiento.

Entre los cuatro componentes principales de los rodamientos, excepto el retenedor, el anillo interior, exterior y los elementos rodantes (bolas, rodillos o agujas) están compuestos de acero para cojinetes, y el acero para cojinetes se conoce como el "rey del acero". el grado de acero más exigente en la producción de acero.

La calidad del acero para rodamientos depende principalmente de los siguientes cuatro factores: uno es el contenido, morfología, distribución y tamaño de las inclusiones en el acero; el segundo es el contenido, morfología, distribución y tamaño de los carburos en el acero; el tercero es la holgura central en el agujero de acero y la segregación central; En cuarto lugar, la consistencia del rendimiento del producto de acero para rodamientos. Estos cuatro factores se pueden resumir como indicadores de pureza y uniformidad.

Entre ellos, la pureza requiere que las inclusiones en el material sean lo menores posibles, la calidad de la pureza tiene un impacto directo en la vida a fatiga del rodamiento; mientras que la uniformidad requiere que las inclusiones y partículas de carburo en el material sean finas y dispersas, lo que afectará la deformación del rodamiento y la uniformidad de la estructura después del tratamiento térmico en la fabricación.

El proceso de fabricación de ejes de nuestro país está cerca del nivel superior del mundo, pero el material, es decir, el acero para cojinetes de alta gama, es casi en su totalidad importado.

"PPM" es una unidad de contenido de oxígeno en la fabricación de acero, es decir, partes por millón o partes por millón. En general, en la industria del acero, los aceros de 8 PPM son buenos aceros; Los aceros 5 PPM son aceros de primera calidad, que son exactamente lo que necesitan los rodamientos de alta gama.

La I + D, la fabricación y las ventas de aceros para rodamientos de alta calidad están básicamente monopolizadas por los gigantes de los rodamientos del mundo, EE. UU. Timken y Suecia SKF. Hace unos años, establecieron bases en Yantai, Shandong y Jinan respectivamente, compraron materiales de gama baja de China, utilizaron su tecnología central para fabricar rodamientos de alta gama y los vendieron al mercado chino a diez veces el precio.

La adición de tierras raras en el proceso de fabricación de acero puede hacer que el acero original de alta calidad sea más "fuerte". Pero cómo agregar, este es el secreto central de los gigantes de los rodamientos del mundo.

Recientemente, el equipo de investigación de simulación de mecanizado de materiales del Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China ha descubierto que las impurezas son la principal fuente de composición desigual a través de la disección física y el cálculo de grandes lingotes de acero individuales de 100 toneladas. La adición especial de tecnología al acero rompe el cuello de botella técnico de la aplicación industrial de tierras raras en acero, y logra que el proceso avance y tenga un rendimiento estable después de agregar tierras raras al acero.

Tomando los rodamientos japoneses de NSK como ejemplo, comenzó a desarrollar y fabricar rodamientos especializados en ciencia básica, con tecnología tribológica, tecnología de materiales, tecnología mecatrónica y tecnología analítica como las cuatro tecnologías principales.

Es precisamente debido a este espíritu incomparable de I + D que NSK ha pasado de ser una empresa japonesa de mecanizado a convertirse en un gigante de rodamientos de clase mundial.

Nuestro país ha podido hacer buen acero, lo siguiente que hay que hacer es cómo aplicarlo a los rodamientos. Los rodamientos de alta gama también implican dificultades técnicas en materiales, diseño, mecanizado de alta precisión, fabricación de rodamientos y algunos temas interdisciplinarios como fatiga y daños, lubricación, etc., por lo que todavía existe una cierta brecha entre China y los rodamientos de alta gama. tecnología.

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