Die Schwierigkeit der Herstellung von High-End Lagers

01 Bei den frühen Linearbewegungslagern wurde eine Reihe von Holzstangen unter eine Kufe gelegt. 

Diese Technik lässt sich bis in die Zeit zurückverfolgen, als die Pyramide von Kafra gebaut wurde, obwohl es noch keine eindeutigen Beweise dafür gibt. Moderne Linearlager verwenden das gleiche Funktionsprinzip, verwenden jedoch Rollen anstelle von Rollen.

Von hochbelastbaren Radwellen und Werkzeugmaschinenspindeln bis hin zu Präzisionsuhrteilen werden Drehlager in vielen Anwendungen benötigt. Das einfachste Drehlager ist ein Gleitlager. Diese Konstruktion wurde später durch Wälzlager ersetzt, die das Original mit vielen Zylinderrollen ersetzten BuchseS. Das früheste Wälzlager wurde 1760 vom Uhrmacher John Harrison erfunden, um den H3-Timer herzustellen.

Ein frühes Beispiel für Kugellager wurde auf einem antiken römischen Schiff auf dem Naimi-See in Italien gefunden. Zur Abstützung des Drehtisches wurde ein Holzkugellager verwendet. Das Schiff wurde 40 v. Chr. gebaut. Unter den unreifen Faktoren von Kugellagern ist es sehr wichtig, dass die Kugeln kollidieren und zusätzliche Reibung verursachen.

Das erste Patent auf den Lagerkugelkanal wurde 1794 von Philip Vaughn erteilt. 1883 schlug Friedrich Fisher den Einsatz geeigneter Produktionsmaschinen vor, um Stahlkugeln gleicher Größe und genauer Rundheit zu schleifen, was den Grundstein für die Herstellung des Lagers legte Industrie. 1907 konstruierte Sven Winquist von der SKF Kugellagerfabrik das früheste moderne Pendelkugellager.

Nach der Kontaktform der Relativbewegung werden Lager unterteilt in: Kugellager, Nadellager, Kegelrollenlager, Gleitlager, flexible Lager, Luftlager, Magnetlager, Steinlager und ölhaltige Lager.

02Obwohl der Aufbau des Lagers einfach ist

Viele kleine Werkstätten können es herstellen, aber das Lager hat einen hohen technischen Inhalt und kann sogar als wichtiger Standard zur Messung der nationalen wissenschaftlichen und technologischen Stärke verwendet werden. Die heutigen Weltmächte der Wissenschaft und Technologie sind ausnahmslos die Befugnisse, Forschung und Entwicklung sowie Fertigung zu tragen.

Mehr als 70 % des Weltmarktes für Wälzlager werden von den zehn größten multinationalen Wälzlagerkonzernen besetzt, von denen 23 % auf die Vereinigten Staaten, 21 % auf die Europäische Union und 19 % auf Japan entfallen. Der Weltmarkt für Wälzlager wird im Wesentlichen von fünf Unternehmen wie NSK in Japan, zwei Unternehmen wie SKF in Schweden, FAG in Deutschland und mehreren Unternehmen wie Timken in den USA dominiert.

Gleichzeitig wird der High-End-Markt der weltweiten Lagerindustrie von den oben genannten Unternehmen monopolisiert, während sich der Low-End-Markt hauptsächlich auf China konzentriert. Die 10 größten Wälzlagerunternehmen in China, wie Kachelwellen, machten nur 24.7% des Branchenumsatzes aus, und die Top-30-Produktionskonzentration betrug nur 37.4%.

In den letzten Jahren hat Chinas Lagerindustrie eine Reihe unabhängiger und vollständiger Industriesysteme gebildet. Unabhängig von der Lagerproduktion oder dem Lagerverkauf ist China in die Reihen der wichtigsten Länder der Lagerindustrie eingestiegen und rangiert weltweit an dritter Stelle. Die Daten zeigen, dass im Jahr 2017 das Hauptgeschäftseinkommen von Unternehmen über der angegebenen Größe in der chinesischen Lagerindustrie 178.8 Milliarden Yuan betrug und die Lagerproduktion 21 Milliarden Sätze betrug. Es kann Lager mit einem Innendurchmesser von 0.6 mm bis zu einem Außendurchmesser von 11 m mit insgesamt mehr als 90,000 Spezifikationen herstellen.

Von 2006 bis 2017 war das Wachstum des chinesischen Lagerexportwertes relativ stabil und die Wachstumsrate höher als die der Importe. Der Überschuss im Import- und Exporthandel zeigte eine steigende Tendenz. Im Jahr 2017 erreichte der Handelsüberschuss 1.55 Milliarden US-Dollar. Verglichen mit dem Stückpreis von Import- und Exportlagern war der Preisunterschied zwischen Chinas Import- und Exportlagern in den letzten Jahren relativ groß, aber der Preisunterschied hat sich von Jahr zu Jahr verringert, was widerspiegelt, dass der technische Inhalt der chinesischen Lagerindustrie immer noch einen gewissen Rückstand zur Oberstufe hat, holt sie noch auf. Gleichzeitig spiegelt es die aktuelle Situation der Überkapazitäten von Low-End-Lagern und unzureichenden High-End-Lagern in China wider.

Gegenwärtig wird die Konstruktions- und Fertigungstechnologie von Haushaltslagern im Wesentlichen nachgeahmt, die Produktentwicklungsfähigkeit ist gering und in der Forschung und Entwicklung bestimmter Kerntechnologien sogar leer. Obwohl die Übereinstimmungsrate für inländische Mainframes 80% erreicht hat, sind die Stütz- und Wartungslager für wichtige Mainframes wie Hochgeschwindigkeits-Bahn-Personenwagen, Mid- bis High-End-Autos, Computer, Klimaanlagen und High-Level-Walzwerke grundsätzlich auf Importe angewiesen.

Die Entwicklung der inländischen Lagerherstellungstechnologie und der Prozessanlagentechnologie ist langsam, die Drehgeschwindigkeit der numerischen Steuerung ist gering und der Grad der Schleifautomatisierung ist gering. Es gibt nur mehr als 200 automatische Produktionslinien im Land. Fortschrittliche Wärmebehandlungsprozesse und -ausrüstungen, die für die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Lagern entscheidend sind, wie z. B. Erhitzen mit kontrollierter Atmosphäre, doppelte Verfeinerung und Bainit-Abschrecken, weisen eine geringe Abdeckung auf, und viele technische Probleme wurden nicht gelöst.

Die Erforschung und Entwicklung neuer Lagerstähle, die Verbesserung der Stahlqualität und die Entwicklung verwandter Technologien wie Schmierung, Kühlung, Reinigung und Schleifwerkzeuge konnten die Anforderungen an Lagerproduktniveau und Qualitätsverbesserung nicht erfüllen.

Am Beispiel des gängigsten Rillenkugellagers beträgt die tatsächliche Lebensdauer ausländischer fortschrittlicher Produkte im Allgemeinen mehr als das 8-fache der berechneten Lebensdauer, bis zu mehr als das 30-fache, und die Zuverlässigkeit beträgt mehr als 98%.

Die Lebensdauer von Haushaltslagern beträgt im Allgemeinen das 3- bis 5-fache der berechneten Lebensdauer und die Zuverlässigkeit beträgt etwa 96 %. Die Lücke ist immer noch sehr groß. Für gewöhnliche Sportmaschinen ist das Problem nicht allzu groß. Im High-End-Bereich ist es jedoch schwer zu akzeptieren, so dass heimische Luftfahrtlager, Hochgeschwindigkeitsschienenlager, Roboterlager usw. grundsätzlich hauptsächlich importierte Lager sind.

03Hochgeschwindigkeitszüge, große Flugzeuge, schwere Waffen und andere High-End-Geräte haben High-End-Lager

Um jedoch den Anforderungen von High-End-Lagern in Bezug auf Genauigkeit, Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit gerecht zu werden, sind die Qualität und Zuverlässigkeit der Lagermaterialien ein entscheidender Faktor.

Aufgrund der Hochgeschwindigkeitsrotation des Objekts sind verschiedene Teile des Lagers unterschiedlichen Belastungen und hohen Frequenzen ausgesetzt. Im Allgemeinen beträgt der Druck pro Flächeneinheit 1500 bis 5000 N pro Quadratmillimeter. Unter diesen Faktoren neigt das Lager zu Spannungsermüdung, die zu Ermüdungsschälen führen kann. Das Lager verliert seine Funktion und gleichzeitig muss das Wälzlager auch Faktoren wie Fliehkraft, Reibung, hohe Temperatur, Korrosion usw. standhalten Dies macht auch die Verwendung von gutem Stahl für die Herstellung des Lagers erforderlich.

Unter den vier Hauptkomponenten von Wälzlagern, mit Ausnahme des Käfigs, bestehen der Innenring, der Außenring und die Wälzkörper (Kugeln, Rollen oder Nadeln) aus Lagerstahl, und der Lagerstahl ist als "König des Stahls" bekannt die anspruchsvollste Stahlsorte in der Stahlproduktion.

Die Qualität von Wälzlagerstahl hängt hauptsächlich von den folgenden vier Faktoren ab: Einer ist der Gehalt, die Morphologie, die Verteilung und die Größe der Einschlüsse im Stahl; der zweite ist der Gehalt, die Morphologie, die Verteilung und die Größe der Karbide im Stahl; die dritte ist die zentrale Lockerheit in der Stahlloch- und Mittentrennung; Viertens, die Konsistenz der Produktleistung von Lagerstahl. Diese vier Faktoren können als Indikatoren für Reinheit und Einheitlichkeit zusammengefasst werden.

Unter anderem erfordert die Reinheit, dass die Einschlüsse im Material so gering wie möglich sind, die Qualität der Reinheit hat einen direkten Einfluss auf die Ermüdungslebensdauer des Lagers; während die Gleichmäßigkeit erfordert, dass die Einschlüsse und Karbidteilchen im Material fein und dispergiert sind, was die Lagerverformung und Gleichmäßigkeit der Struktur nach der Wärmebehandlung bei der Herstellung beeinflusst.

Der Wellenherstellungsprozess in unserem Land ist nahe an der Weltspitze, aber das Material, dh High-End-Lagerstahl, wird fast vollständig importiert.

"PPM" ist eine Einheit für den Sauerstoffgehalt bei der Stahlherstellung, was Teile pro Million oder Teile pro Million bedeutet. Im Allgemeinen sind 8 PPM-Stähle in der Stahlindustrie gute Stähle; 5 PPM-Stähle sind Edelstähle, die genau das sind, was High-End-Gleitlager brauchen.

Forschung und Entwicklung, Herstellung und Vertrieb von High-End-Lagerstählen werden im Wesentlichen von den Weltlagergiganten US Timken und Schweden SKF monopolisiert. Vor einigen Jahren gründeten sie Stützpunkte in Yantai, Shandong und Jinan, kauften Low-End-Materialien aus China, nutzten ihre Kerntechnologie zur Herstellung von High-End-Lagern und verkauften sie zum zehnfachen Preis an den chinesischen Markt.

Die Zugabe von Seltenen Erden im Stahlherstellungsprozess kann den ursprünglichen Qualitätsstahl "fester" machen. Aber wie soll man hinzufügen, dies ist das Kerngeheimnis der Lagergiganten der Welt.

Kürzlich hat das Forschungsteam für Materialbearbeitungssimulationen des Instituts für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durch die physikalische Zerlegung und Berechnung großer 100-Tonnen-Einzelstahlbarren entdeckt, dass Verunreinigungen die Hauptursache für eine ungleichmäßige Zusammensetzung sind. Die spezielle Zugabe von Technologie zu Stahl durchbricht den technischen Engpass der industriellen Anwendung von Seltenen Erden in Stahl und realisiert den Prozess vorwärts und eine stabile Leistung nach der Zugabe von Seltenen Erden zu Stahl.

Am Beispiel japanischer NSK-Lager begann man mit der Entwicklung und Herstellung von Wälzlagern aus der Grundlagenforschung mit den vier Kerntechnologien Tribologie, Werkstofftechnik, Mechatronik und Analysetechnik.

Gerade wegen dieses beispiellosen F&E-Geistes hat sich NSK von einem japanischen Zerspanungsunternehmen zu einem Weltklasse-Lagergiganten entwickelt.

Unser Land ist in der Lage, guten Stahl herzustellen, als nächstes müssen wir ihn auf Lager anwenden. High-End-Lager beinhalten auch technische Schwierigkeiten bei Materialien, Konstruktion, Hochpräzisionsbearbeitung, Lagerfertigung und einigen interdisziplinären Themen wie Ermüdung und Beschädigung, Schmierung usw Technologie.

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