A dificuldade de fabricação de alta qualidade rolamentos

01 Nos primeiros rolamentos de movimento linear, uma fileira de postes de madeira foi colocada sob um patim. 

Essa técnica pode ser rastreada até a época em que a pirâmide de Kafra foi construída, embora ainda não haja evidências claras. Os rolamentos de movimento linear modernos usam o mesmo princípio de operação, mas usam rolos em vez de rolos.

De eixos de roda de serviço pesado e fusos de máquinas-ferramenta a peças de relógios de precisão, rolamentos rotativos são necessários em muitas aplicações. O mancal rotativo mais simples é um mancal deslizante. Este projeto foi posteriormente substituído por rolamentos, que usaram muitos rolos cilíndricos para substituir o original casquilhos. O primeiro rolamento foi inventado pelo relojoeiro John Harrison em 1760 para fazer o cronômetro H3.

Um dos primeiros exemplos de rolamentos de esferas foi encontrado em um antigo navio romano no Lago Naimi, Itália. Um rolamento de esferas de madeira foi usado para apoiar a mesa giratória. O navio foi construído em 40 AC. Dentre os fatores imaturos dos rolamentos de esferas, é muito importante que as esferas colidam, causando atrito adicional.

A primeira patente sobre o canal de esferas do rolamento foi obtida por Philip Vaughn em 1794. Em 1883, Friedrich Fisher propôs o uso de máquinas de produção adequadas para moer esferas de aço do mesmo tamanho e redondeza precisa, o que lançou as bases para a criação do rolamento indústria. Em 1907, Sven Winquist, da fábrica de rolamentos de esferas da SKF, projetou o mais antigo e moderno rolamento de esferas autocompensador.

De acordo com a forma de contato do movimento relativo, os rolamentos são divididos em: rolamentos de esferas, rolamentos de agulha, rolamentos de rolos cônicos, rolamentos deslizantes, rolamentos flexíveis, rolamentos de ar, rolamentos de suspensão magnética, rolamentos de joias e rolamentos contendo óleo.

02 Embora a estrutura do rolamento seja simples

Muitas pequenas oficinas podem fazer isso, mas o rolamento tem um alto conteúdo técnico, podendo até ser usado como um importante padrão para medir a força científica e tecnológica nacional. Os poderes mundiais de ciência e tecnologia de hoje, sem exceção, são os poderes de P&D e manufatura.

Mais de 70% do mercado mundial de rolamentos é ocupado pelas dez maiores empresas multinacionais de rolamentos, das quais os Estados Unidos respondem por 23%, a União Europeia por 21% e o Japão por 19%. O mercado mundial de rolamentos é basicamente dominado por cinco empresas, como a NSK no Japão, duas empresas, incluindo a SKF na Suécia, a FAG na Alemanha e várias empresas como a Timken nos Estados Unidos.

Ao mesmo tempo, o mercado de ponta da indústria mundial de rolamentos é monopolizado pelas empresas mencionadas, enquanto o mercado de baixo custo está concentrado principalmente na China. As 10 maiores empresas de rolamentos da China, como eixos para telhas, responderam por apenas 24.7% das vendas do setor, e a concentração de produção das 30 maiores foi de apenas 37.4%.

Nos últimos anos, a indústria de rolamentos da China formou um conjunto de sistemas industriais independentes e completos. Independentemente da produção ou das vendas de rolamentos, a China entrou no ranking dos principais países da indústria de rolamentos e ocupa o terceiro lugar no mundo. Os dados mostram que em 2017, a principal receita de negócios das empresas acima do tamanho designado na indústria de rolamentos da China foi de 178.8 bilhões de yuans, e a produção de rolamentos foi de 21 bilhões de conjuntos. Ela pode produzir rolamentos que variam de 0.6 mm de diâmetro interno a 11 m de diâmetro externo, com um total de mais de 90,000 especificações.

De 2006 a 2017, o crescimento do valor das exportações de rolamentos da China foi relativamente estável e a taxa de crescimento foi superior à das importações. O superávit comercial de importação e exportação apresentou tendência crescente. Em 2017, o superávit comercial atingiu 1.55 bilhão de dólares. Em comparação com o preço unitário dos rolamentos de importação e exportação, a diferença de preço entre os rolamentos de importação e exportação da China tem sido relativamente grande nos últimos anos, mas a diferença de preço tem diminuído ano a ano, refletindo que, embora o conteúdo técnico da indústria de rolamentos da China ainda tem uma certa lacuna com o nível avançado, ainda está se recuperando. Ao mesmo tempo, reflete a situação atual de sobrecapacidade de rolamentos de baixa qualidade e insuficientes de rolamentos de alta qualidade na China.

Atualmente, a tecnologia de design e fabricação de rolamentos nacionais é basicamente imitada, a capacidade de desenvolvimento do produto é baixa e é até vazia na pesquisa e no desenvolvimento de certas tecnologias essenciais. Embora a taxa de correspondência para mainframes domésticos tenha atingido 80%, os rolamentos de suporte e manutenção para mainframes importantes, como vagões de passageiros ferroviários de alta velocidade, carros de médio a alto padrão, computadores, condicionadores de ar e laminadores de alto nível, basicamente dependem de importações.

O desenvolvimento da tecnologia doméstica de fabricação de rolamentos e de equipamentos de processo é lento, a taxa de controle numérico do giro é baixa e o nível de automação da retificação é baixo. Existem apenas mais de 200 linhas de produção automáticas no país. Os processos e equipamentos avançados de tratamento térmico que são essenciais para a vida útil e a confiabilidade do rolamento, como aquecimento de proteção de atmosfera controlada, duplo refinamento e têmpera com bainita, têm baixa cobertura e muitos problemas técnicos não foram superados.

A pesquisa e o desenvolvimento de novos tipos de aço para rolamentos, a melhoria da qualidade do aço e o desenvolvimento de tecnologias relacionadas, como lubrificação, refrigeração, limpeza e ferramentas abrasivas, não foram capazes de atender aos requisitos de níveis de produtos de rolamentos e melhoria da qualidade.

Tomando o rolamento rígido de esferas mais comum como exemplo, a vida real de produtos avançados estrangeiros é geralmente mais de 8 vezes a vida calculada, até mais de 30 vezes, e a confiabilidade é superior a 98%.

A vida útil dos rolamentos domésticos é geralmente de 3 a 5 vezes a vida calculada e a confiabilidade é de cerca de 96%. A lacuna ainda é muito significativa. Para máquinas esportivas comuns, o problema não é muito grande. No entanto, é difícil de aceitar no campo de alta tecnologia, portanto, rolamentos de aviação domésticos, rolamentos de trilhos de alta velocidade, rolamentos de robôs, etc. são basicamente rolamentos importados.

03 Trilhos de alta velocidade, aeronaves grandes, armas pesadas e outros equipamentos de ponta têm rolamentos de ponta

mas, para atender aos requisitos de rolamentos de última geração em termos de precisão, desempenho, vida útil e confiabilidade, a qualidade e a confiabilidade dos materiais dos rolamentos são fatores decisivos.

Devido à rotação de alta velocidade do objeto, várias partes do rolamento estão sujeitas a tensões variáveis ​​e alta frequência. Geralmente, a pressão por unidade de área é tão alta quanto 1500 a 5000N por milímetro quadrado. Sob esses fatores, o rolamento está sujeito a fadiga por tensão, o que pode causar descamação por fadiga. O rolamento perde sua função e, ao mesmo tempo, o rolamento também precisa suportar fatores como força centrífuga, fricção, alta temperatura, corrosão, etc. Isso também torna necessário o uso de aço de boa qualidade para fazer o rolamento.

Entre os quatro principais componentes dos rolamentos, exceto o retentor, o anel interno, o anel externo e os elementos rolantes (esferas, rolos ou agulhas) são compostos de aço do rolamento, e o aço do rolamento é conhecido como o "rei do aço" o tipo de aço mais exigente na produção de aço.

A qualidade do aço do rolamento depende principalmente dos seguintes quatro fatores: um é o conteúdo, morfologia, distribuição e tamanho das inclusões no aço; a segunda é o conteúdo, morfologia, distribuição e tamanho dos carbonetos no aço; a terceira é a frouxidão central no furo de aço e a segregação central; Em quarto lugar, a consistência do desempenho do produto de aço do rolamento. Esses quatro fatores podem ser resumidos como indicadores de pureza e uniformidade.

Dentre eles, a pureza exige que as inclusões no material sejam as mínimas possíveis, a qualidade da pureza tem impacto direto na vida à fadiga do rolamento; enquanto a uniformidade requer que as inclusões e partículas de carboneto no material sejam finas e dispersas, o que afetará a Deformação do rolamento e a uniformidade da estrutura após o tratamento térmico na fabricação.

O processo de fabricação de eixos em nosso país está próximo do nível mais alto do mundo, mas o material - isto é, aço de alta qualidade para rolamentos é quase totalmente importado.

"PPM" é uma unidade de conteúdo de oxigênio na produção de aço, o que significa partes por milhão ou partes por milhão. De modo geral, na indústria do aço, aços 8 PPM são bons aços; 5 Aços PPM são aços de alta qualidade, que são exatamente o que os rolamentos de alta qualidade precisam.

A P&D, a fabricação e as vendas de aços de alta qualidade para rolamentos são basicamente monopolizados pelos gigantes de rolamentos do mundo, US Timken e Suécia SKF. Há alguns anos, eles estabeleceram bases em Yantai, Shandong e Jinan, respectivamente, compraram materiais de baixo custo da China, usaram sua tecnologia básica para fazer rolamentos de alta qualidade e os venderam ao mercado chinês por dez vezes o preço.

A adição de terras raras no processo de fabricação de aço pode tornar o aço original de alta qualidade mais "forte". Mas, como acrescentar, este é o segredo central dos gigantes de rolamentos do mundo.

Recentemente, a equipe de pesquisa de simulação de usinagem de materiais do Instituto de Pesquisa de Metal da Academia Chinesa de Ciências descobriu que as impurezas são a principal fonte de composição irregular por meio da dissecção física e do cálculo de grandes lingotes de aço individuais de 100 toneladas. A adição especial de tecnologia ao aço rompe o gargalo técnico da aplicação industrial de terras raras no aço e realiza o processo avançado e desempenho estável após a adição de terras raras ao aço.

Tomando os rolamentos NSK japoneses como exemplo, ela começou a desenvolver e fabricar rolamentos especializados em ciência básica, com tecnologia tribológica, tecnologia de materiais, tecnologia mecatrônica e tecnologia analítica como as quatro tecnologias principais.

É precisamente por causa desse espírito de P&D incomparável que a NSK evoluiu de uma empresa de usinagem japonesa para um gigante em rolamentos de classe mundial.

Nosso país tem sido capaz de fazer um bom aço, a próxima coisa a fazer é aplicá-lo em rolamentos. Rolamentos de alta qualidade também envolvem dificuldades técnicas em materiais, design, usinagem de alta precisão, fabricação de rolamentos e alguns assuntos interdisciplinares, como fadiga e danos, lubrificação, etc., portanto, ainda há uma certa lacuna entre a China e os rolamentos de alta qualidade tecnologia.

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