滚动体行业“十三五”技术发展方向

张永乾

（1.中国轴承工业协会技术委员会，河南 洛阳 471039；2.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039）

滚动体是表征轴承作为滚动轴承的重要零件，在轴承中承受交变载荷，滚动体的运动比较复杂，对轴承的振动和寿命有较大影响。

滚动体技术通过实施轴承行业“十二五”规划和攻关，钢球装备、加工工艺、质量控制、工装磨具、精益管理等都达到或接近国际先进水平，规模化、专业化生产经营凸现，集群化趋势明显。生产规模（年产值）达到5亿元以上的2家，亿元以上的企业5家，5000万元以上的约10家，还有几百家中等规模以下的企业，轴承钢球产量约2000亿粒。可批量化生产公差等级G5、单粒振动值满足低噪声低振动轴承要求的钢球，钢球寿命K值（基本额定寿命试验值L10t与基本额定寿命L10之比）已达到12以上。滚子工艺技术水平、装备水平、质量水平得到了较大的进步，生产规模达到亿元以上的企业3家，轴承滚子产量约650亿粒，规模以上企业能够批量制造Ⅱ级滚子，部分企业能够批量制造Ⅰ级圆柱滚子。滚子装备工艺水平与国外仍有明显差距，在“十三五”需重点推动我国滚子制造技术及质量水平。

随着轴承应用向高速化、精密化、长寿命等方向发展，轴承的服役特性要求越来越高，对滚动体寿命可靠性、滚子轴承减振降噪、滚动体全寿命周期质量提出了更高的要求。滚动体生产过程控制、质量保证控制与确认、批量质量一致性等问题越来越突出，滚动体行业在“十三五”需加大工作力度，提高滚动体装备工艺技术水平，创新管理理念和工艺理念，促进滚动体质量、管理、工艺装备、工装模具等得到较大提升。

1 滚动体行业“十三五”发展目标

1.1 经济目标

依据轴承行业“十三五”发展规划，为轴承配套滚动体行业的经济目标见表1。

表1 滚动体行业“十三五”经济发展目标Tab.1 "13th five-year plan"economic development goal for rolling element industry

1.2 质量目标

轴承“十三五”技术发展质量目标见表2，球轴承Z3达到100%，基本解决球轴承振动问题；要求钢球单球振动达到Z4以上；2/3企业的圆锥滚子子轴承振动达到Z3（V3），滚子减振降噪任务艰巨；滚子制造技术急需提升；轴承寿命提高1～2倍，任务更加艰巨。因此，需要滚动体行业从材料、热处理、基础工艺和设计理论研究、试验技术等方面做大量的工作。

表2 轴承行业“十三五”质量目标Tab.2 "13th five-year plan"quality goal for bearing industry

滚动体行业通过实施轴承行业“十三五”发展规划和技术攻关，创新滚动体加工工艺思想和理念，推动新技术和新工艺的应用，促进滚动体装备的开发，提高工装磨具、磨液质量，必将使滚动体质量水平得到明显提升，实现钢球公差等级达到G3，实物质量水平接近国际先进水平。圆锥滚子公差等级达到Ⅰ级，可批量稳定生产Ⅱ级圆锥滚子；球面滚子公差等级达到Ⅱ级；圆柱滚子公差等级达到0级。继续推动滚子轴承的减振降噪。

2 滚动体行业“十三五”技术发展方向

滚动体技术“十三五”发展方向：钢球主要任务是提高寿命与可靠性；滚子主要任务是提升公差等级和减振降噪技术，通过推广滚子多工位高速冷镦技术，建设Ⅱ级滚子从磨超加工到自动检查和包装的自动生产线，稳定批量生产Ⅱ级滚子，通过不断优化滚子制造工艺、生产管理逐步实现Ⅰ级滚子的稳定批量生产。

2.1 原材料

推动宣贯GB/T 18254—2016《高碳铬轴承钢》，鼓励根据企业质量控制中编制“滚动体用轴承钢丝（棒）技术条件”企业标准；建立理化实验室，依据国家标准和企业标准进行原材料轴承钢丝入厂质量验收；培养和引进材料专业技术人才，控制原材料质量和热处理质量。

2.2 钢球工艺装备

国内已经形成了一整套的主力钢球加工工艺装备，钢球高速冷镦机广泛应用，钢球高速冷镦球坯开始专业化生产和供应，大装球量光球机和磨球机逐步应用，精研机开始系列化，且全部采用保护气氛热处理技术；基于控制钢球表面应力的钢球表面强化技术，基于视觉系统的钢球表面质量外观检查仪，以及涡流探伤附带光学、振动通道的涡流光电外观检查仪，分别基于毛刷清洗和高强度海绵旋转挤压清洗的清洗机等开始应用。光、磨、研主力加工机床研磨板直径为φ300～950（1000）mm，装球量20～1000 kg，机床加工精度可满足加工G5钢球的要求。

2.3 钢球专业化制造专线

轴承钢球需求量及生产量已经达到百亿粒级，已经具备了专线生产单一规格钢球的条件，工厂形成专线制造理念，相应要求钢球加工装备专线专业化，如果用通用的机床进行配置，势必造成加工能力浪费，能耗增高，加工效率降低。钢球厂在设计生产线时提出生产目标和要求，进行专线钢球的规划，钢球装备制造厂需根据钢球厂的生产目标和要求进行专线设计，包括机床型号配置、功率配置、工装模具配置、通信接口和监控接口设计等，最大限度的发挥机床的加工能力和监控，提高加工效率与加工精度，保证专线的稳定可靠运行，最大限度的降低能耗和生产成本。

2.4 钢球工艺装备数控化与自动控制

目前钢球加工设备在数控化、智能化及远程自动控制方面还有待提高和进步。钢球加工设备的数控化、智能化需要从加载方式、主轴系统、控制参数、远程控制、机床布局进行整体设计，以创新思维理念满足钢球稳定可靠加工系统的实现，将人为因素降到最低。

2.5 钢球工艺过程连线装备

目前钢球加工过程一般仍以单机操作为主，缺乏工艺过程设备，影响钢球的加工效率，需要开发钢球生产过程连线设备，包括智能运输设备、工序清洗烘干设备、在线检测设备等。

2.6 滚子专业化制造连线装备技术

滚子生产已具备专业化生产条件，对于批量大的产品，需要组建稳定可靠的专业化制造连线，保证滚子质量稳定性，尺寸精度一致性，工装、模具标准系列化，提高生产效率，推动滚子质量的提高。

2.7 滚子专用机床的开发

仍需进一步加大滚子高速冷镦机、球基面磨床、外径磨床的开发。

3 滚动体行业“十三五”关键技术开发方向

（1）钢球制造技术

1）G3钢球批量化制造技术；

2）钢球表面强化及表面应力控制技术；

3）钢球专线工艺装备及智能制造技术；

4）钢球无损超声波检测技术；

5）钢球表面质量控制技术；

6）钢球波纹度检测与评价技术。

（2）滚子制造技术

1）滚子高速冷镦技术；

2）滚子专线工艺装备及智能制造技术；

3）滚子自动光电外观检测技术；

4）滚子球基面磨削控制技术；

5）滚子无损探伤技术；

6）圆柱滚子双端面高精度磨削技术；

7）滚子凸度超精技术。

4 滚动体技术2025展望

通过轴承行业“十三五”、“十四五”发展规划的实施，滚动体行业将不断推动技术进步，提高产品质量，到2025年钢球行业可稳定批量制造G3钢球，实物质量完全达到国际先进水平，满足各种精度、寿命、可靠性轴承的需求。可稳定批量制造Ⅰ，Ⅱ级滚子，部分满足高精度滚子轴承、低噪声滚子轴承、长寿命高可靠性滚子轴承的需求。