1、SKF 轴承-我国钢球制造技术现状与展望1 历史的回顾1883 年，德国 FAG 制造出世界上第一台磨球机，它的外型尽管是那么的原始，结构尽管是那么的简单，大小尽管是那么的不起眼，但它的诞生开创了人类钢球制造的先河，至今已有 121 年的历史。在当时半封建半殖民地的中国，没有自己的轴承工业，抗日战争期间，NTN 为适应军械的维修，在东北铁路沿线瓦房店建立了一家轴承工厂（瓦轴前身），为控制当时中国的轴承生产技术，所用的钢球由日本生产，运来中国进行装配。1948 年，当时的瓦房店已经解放，瓦房店轴承厂的金德元、宋世发等人决心改变中国不能生产钢球的落后局面，在无技术，无图纸的情况下，自己动手制造土设
2、备，用铁棒磨成针的精神，把圆柱体磨成了球体，造出了中国第一粒钢球，开创了中国钢球生产的历史。解放后在中央政府尽快恢复国民经济的思想指导下，国家为建立新中国的工业体系，建立了一批大型骨干企业，作为冶金、农机、化工、汽车、拖拉机、机床、军工行业不可缺少的重要配件轴承，无可非议地被列入该行列，瓦轴首先被列入重点发展企业。后来因为抗美援朝的需要，建立了哈轴总厂，瓦轴和哈轴先后从苏联引进了钢球制造设备，派出了龚兆良、李世亮等人赴苏学习，同时引进了苏联的钢球制造技术和管理方式。50 年代筹建洛阳轴承厂（包括钢球车间）被列为苏联对华援建的 156 个重点项目之一，整个工厂全部由苏联援建。哈、瓦、洛的建成标志
3、着中国钢球制造步入了系统化、规模化、工业化生产，由于受条件限制和苏联生产模式移植的影响，当初轴承企业从套圈、滚动体、保持架直到装配所有工序全部由一家企业完成，钢球是轴承的重要配件，为满足企业的配套需要，哈、瓦、洛轴承厂在苏联专家的帮助下先后建立了自己的钢球分厂或钢球车间，开始大批量生产钢球，并培养了一批钢球制造的骨干力量，可以说哈、瓦、洛就是中国钢球的发源地。三个工厂所采用的工艺和加工设备基本一致，其工艺和设备为：冷镦（A-148、-5、A-142、A-141）；锉球（M-32）软磨（M-33） 热处理（ -30，-70 自制空气回火炉）硬磨（M-33） 研磨（M-33，B-22）抛光（倾斜式
4、串桶）分选（A类分选机）人工外观涂油包装。微小型钢球工艺流程：成型锉削软串（卧式串桶）软研热处理硬研抛光人工外观分选涂油包装当时钢球生产无国家标准，采用的是苏联 OCT3722 标准，精度级别为、（相当于现在的 G10，G20，G40），实际生产水平是95%以上为 级，只有极少量产品为 级，用上述工艺无法生产 级。对一些军工产品有特别要求，只能在最终增加一道单沟精研的方法，来满足精度要求，但这种方法工艺过程繁琐，生产效率低，各沟槽的尺寸差异大，生产成本高。1957 年上海为发展轴承工业，筹建了上海钢珠厂（64 年改为上海钢球厂）得到哈轴、瓦轴的无私帮助，哈轴提供了全部钢球工艺资料和设备图纸，在
5、上海市机械局组织下，上海机床厂、上海第三机床厂、上海电炉厂、上海群英机械厂等给予大力支持，在最短的时间内完成了各种钢球设备的制造任务，确保了 1958 年上海钢珠厂的正式投产，由此诞生了中国第一家钢球制造的专业厂家，从此迈出了钢球设备国产化的第一步。同年，相继诞生了青岛钢球厂、沈阳钢球厂，60 年代又出现了湖北钢球厂、重庆钢球厂，当时被称为中国五大钢球厂。70年代开办了岳阳钢球厂（湖南钢球厂），8090 年代成立了河南钢球厂、如皋钢球厂、东阿钢球厂、三峡钢球厂，到了 90 年代初已发展到中国钢球十大专业厂家。除此之外，徐州迴转支承厂、中山轴承厂都新建钢球分厂。这支队伍的迅速壮大使中国钢球制造业
6、越来越引起世界的关注。随着改革开放，中国的轴承工业得到飞速的发展，特别是外资的引进和私有资本的加入，加速了中国轴承工业的发展，作为轴承的重要配件钢球，也和轴承一起跨入了生产大国的行列。2 中国钢球制造技术的发展中国钢球制造技术的发展可分为四个阶段。第一阶段为 80 年代以前，自 50 年代哈、瓦、洛全面引入苏联的钢球制造技术，开创了中国大规模生产轴承钢球的历史，为中国今后钢球技术的发展奠定了基础，直至 80 年代，在这 20 多年左右的时期，中国钢球制造工艺基本是苏联的模式，设备主要以苏联和仿制苏联的为主，也有德国的和仿制德国的，进入 60 年代上海机床厂开始与上海钢球厂共同开发了第一批全国产
7、化的 3M4630 磨球机，上海第三机床厂大批仿制了西德 SMS 公司的 SMS72 钢球研磨机。在 70 年代最大的技术改进是试验、研究光磨工艺，当时四川金堂轴承厂引进了罗马尼亚钢球磨加工设备，引起了瓦房店、上海有关同行的重视，在轴承局领导的关心支持下，开展了对二块合金铸板铁加工钢球的研究，两地钢球厂利用各自的优势与铸造方面的合作、试验成功了用于钢球锉削加工的光磨板，在老设备改进试验成功后，设计制造了光磨机，这一工艺的突破大大降低了钢球毛坯加工的成本，提高了锉削加工的表面质量和精度。这一突破更重要的是给人们一个启示：技术是需要不断发展的，有发展才有质量和效益。第二阶段为 19811985 年
8、，即“六五”计划期间，由于中国轴承的质量特别是噪声，明显落后于国外，轴承无法出口，电机要更换国外轴承才能出口，有关考察团出国考察，一个结论性的意见是：电机轴承必须进行合套振动试验，钢球必须采用 G10，用精研技术替代抛光工艺。为此轴承局组织了全国有关钢球厂工程技术人员，论证制订了 G10 钢球攻关课题，该项目由上海钢球厂和湖北钢球厂共同承担，用大循环超精研工艺代替传统的抛光工艺，提高钢球的表面质量和球形精度，淘汰了抛光工艺，使钢球质量上了一个新的水平，用合套方法达到了当时轴承低噪音的配套要求，并受到部的嘉奖。此成果在行业中得到广泛推广，在此同时，为加快轴承和钢球技术的发展，尽快跟上国际水平，上
9、海轴承公司加紧与国外轴承公司的联系、互访、洽谈，并于1985 年 1 月派出了第一批考察人员赴日本 NTN 研修钢球制造技术，为全面掌握国际上先进的生产技术和管理经验，早日赶上国际水平创造了条件。第三阶段为 19861990 年，即“七五”期间，这个阶段国内多家钢球厂先后从西德、日本引进了设备，有引进德国 JUS 公司整条钢球生产线，日本 NTN 整条钢球生产线，德国 SMS 整条生产线，也有选择性引进设备和仪器，这些设备和仪器包括高速钢球冷镦机、热处理生产线、磨球机、研球机、各种清洗机、涂油包装机、钢球振动仪、AVIKO 钢球检查仪、轮廓仪、钢球强化机等，并先后向国外派出了考察和研修人员。为
10、尽快把中国钢球搞上去，满足轴承对钢球的要求，机械工业部组织了全国有关钢球厂的工程技术人员研究引进技术，并结合本国国情制定了 G5 钢球攻关课题，它包括引进设备消化，工艺技术提高，产品质量提高到整个钢球制造技术水平的提高，攻关课题由上海钢球厂和青岛钢球厂承担，经过 G5 钢球课题攻关后，从而得到以下结论：高速冷镦机实现国产化，提高生产效率，提高毛坯精度。根据国情，改造滚动式加热炉，推行气氛保护加热，解决钢球表面氧化脱碳，提高了热处理质量，为压缩钢球留量创造条件。开发钢球强化机，对钢球进行强化处理，并引进强化工艺研究，以有效提高钢球疲劳寿命。磨球机大砂轮自动修整技术的研究和应用，改善了劳动环境，确
11、保了机床精度，提高了钢球质量。引入 2000#树脂砂轮，成功地应用于初磨工序，大大改善了环境，提高了产品质量。水溶性精研液在钢球超精加工上的应用，进一步提高了钢球的表面质量。单粒钢球测振仪的国产化，对全面控制钢球成品的动态性能起着重要作用。所以通过 G5 钢球攻关，使我国钢球制造装备、工艺技术上了一个台阶，钢球的加工留量减少，生产效率的提高，钢球的表面质量有了进一步改善，对轴承噪音的影响进一步降低。机械部对 G5 钢球攻关验收后，召开了两次 G5 钢球攻关经验交流会，把此成果向全行业推广，此成果获得了机械部科技进步二等奖。除此之外，钢球涡流检测技术也获成功，并在行业中推广，此项目国家科技进步三
12、等奖。面对大批老设备，如何与先进的技术结合，进行设备改造，在这一时期的一些老企业中，均获得较理想的效果，既解决了一时的投资困难，又较快获得实用效果。因此，这个阶段可以说是有史以来钢球技术进步最快的时期，与国际先进水平的距离明显地拉近了。第四阶段为 1991 年以后，在 G5 攻关、大批引进技术、设备、仪器的基础上，中国钢球的制造技术得到了明显提高，钢球生产量也得到明显的扩大，中国轴承的大发展，带动了钢球的大发展，钢球的大发展带动了相关行业的大发展，专业化程度越来越强，门类越来越细，搞设备的、砂轮的、磨板的、磨料的、磨削液的、修整器的、搞油剂的、搞球坯的，他们已各自自成体系，形成了轰轰烈烈的局面
13、，这对促进钢球水平的提高极有好处。通过“八五”、“九五”的努力，在相关技术的国产化上做了大量工作，一些依赖进口的，已逐步实现了国产化，钢球制造工艺又有新的发展，特别是日本于 90 年代初获得成功，用于批量生产的超细树脂砂轮钢球精磨技术，上海自 97 年初开始组织工艺攻关，化了三年时间获得成功，为中国钢球制造工艺增添了光辉的一页。钢球技术的进步是有目共睹的，目前的生产量为世界第一，但总体质量水平与国际先进水平相比仍有不少差距，1997 年机械部在青岛组织了全国钢球质量上台阶攻关会，有关领导根据行业的现状指出，中国钢球的问题不是数量，提高质量是振兴中国民族工业的重点，目标要瞄准当今国际最先进水平。
14、从此，吹响了中国钢球向国际最先进水平奋进的号角。我们应该有充分的信心和决心，通过持续努力，中国的钢球质量水平一定可以在国际舞台上立于不败之地。3 中国钢球工业的现状和问题中国钢球工业自 1948 年生产出第一批产品已有 56 年的历史，从技术进步和行业发展看，改革开放后的发展是最快的阶段，目前我国钢球行业已经能生产 0.5200 多 mm 的钢球，材料以 GCr15 为主，还大量生产低碳、防磁、防腐蚀、耐高温、有色金属、各种陶瓷和非金属材料球，精度已经能批量生产 G1000G5，产品广泛用于轴承、工程机械、家用电器、汽车、农业机械、机床、摩托车、冶金、化工、仪器仪表，全国钢球生产点不少于几百个
15、，其中有上千人的大企业，也有几个人的小工厂，有从毛坯到成品独立加工的，也有只加工某一工序的，形成了一个大企业周围分布无数个小企业和生产点的大局面，这种局面加快了钢球行业的发展，但也出现了无序的竞争，这种竞争不仅在国内，而且超越了国界，中国已经成为世界上钢球企业最多的国家，也是产量最大的国家，但要成为钢球生产强国还有很多问题需要解决。下面就中国钢球行业的现状和问题作一分析。3.1 原材料方面制作钢球的钢材有很多品种，但实际能供应的品种甚少，有些虽能生产，但量少的无法提供。碳钢球用的是建筑用材，没有理想的低碳钢球用材。轴承钢的标准从两部协议已发展到 GB/T18254-2000， GB/T1825
16、4-2001 标准，中国终于有了轴承钢国家标准，通过引进、改进、更新设备，产品质量有了很大的提高，国际上的跨国轴承公司、汽车配件公司已经可以采用或正在对国内钢材进行认可，上钢五厂是他们的首选目标，经过加价优选的材料无论是氧含量、钛含量、夹杂物上都有提高，为优质钢球的生产创造了条件，但价格要高于一般产品。从总体上说，我国轴承质量稳定性较差，波动大，当市场供大于求时，质量往往会好于供不应求时期。一些信誉度差的钢厂以次充好，为提高成材率，减少头部切除长度，或者将被切除部分不该用于钢球的，因管理不善，混入了钢球用材，造成钢球质量后患无穷。钢材的裂纹仍是钢球行业头痛的事，加工前局部裂纹很难发现，成球后钢
17、厂不认帐，这样增加了钢球行业的质量风险和成本。另外，因轴承出现无序竞争，相互压价，低价竞争，带来了钢球的无序竞争，低价竞争，而钢球又是形状简单大批量生产的机械零件，材料在产品成本上占最大的一块，钢材的价格和质量对钢球影响很大，钢球用材，由于它是全工作面产品，比轴承要求更高，按传统的要求，用于钢球的钢材只能用模铸工艺生产的，钢锭的头部不能用于钢球。由于受价格因素的驱动，市场上各种劣质钢材时有出现，个别企业用国产连铸钢材和低价劣质钢材大胆地用于钢球，这样造成了市场的混乱，质量的混乱，这必须引起有关方面重视，使中国钢球行业沿着公开、公正、诚信、有序竞争和健康的方向发展。3.2 工艺方面由于改革开放加
18、强了国内企业与国外企业的交往，滚动体专委会经常组织有关企业研讨、交流、攻关、考察，使国内钢球企业较多地了解到国外情况，促使国内钢球工艺逐步优化，从总体工艺流程来看与国外大同小异。总加工留量上，由于受机床、材料、模具的限制要普遍大于国外。在工艺的实施细节上，或称专用技术上各家企业百花齐放，总体上还有不小差距，规范性太差，研究深度还不够。3.3 辅助材料方面改革开放以来是钢球行业发展最兴旺的时期，也带动了相关企业的蓬勃发展。砂轮是磨削钢球的重要工具，原来仅依靠一砂、二砂，质量问题长期得不到解决，无论是耐用度、外观和外形尺寸几十年一贯制，引入了竞争机制，几十年得不到解决的问题，基本得到解决。80 年
19、代初引入我国的 2000#树脂砂轮现已实现国产化，但在使用效果上与进口尚有一定差距，4000#树脂砂轮的攻关工作还在进行中，目前 4000#以上的树脂砂轮尚需进口。磨板的质量直接影响钢球的表面质量，经过多次攻关取得一定成效，但由于铸造行业变化较大，人员变更也大，技术力量分散，质量稳定性仍较差，与国外还是有不小的差距，尤其是精磨板的质量不稳定直接会导致钢球表面质量的不稳定。水溶性、油溶性磨削液是精研和精磨钢球的重要原料，它们是多种化工原料调和而成，由于我国化工原料品种少、质量波动大，导致磨削效果差异大，最终影响钢球表面质量的稳定性。目前部分企业还是依靠进口原料，这样成本也会相对提高不少。光磨板是锉削球坯用的合金铸铁板，自 70 年代开发成功至今，生产厂一换再换，专业人员缺乏，产品能用，但缺少进一步改进提高的能力，与国外相比有不小的差距，具体表现在磨削效率、耐用度、砂眼等问题，它直接影响钢球的质量和经济效益。各种磨料是钢球生产所必须的辅料，传统的精研钢球用的磨料是三氧化二铬，它在我国是一种化学试剂或工业纯，它的技术指标是化学成分纯度的百分比，作为磨料需要的是硬度、粒度、颗粒均匀性、杂质
