魯元和　張彥臣

摘 要：在大量調研的基礎上，對火車車軸零件在粗車、半精車、精車等三個車削工序中出現的主要表面質量問題進行了分析，提出了針對產生質量缺陷的不同原因的對策，保證了火車車軸的車削質量，為后續(xù)磨削加工打下良好的基礎。

關鍵詞：火車車軸；車削加工；表面質量；分析與對策

中圖分類號：TG51 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0028-04

Abstract： On the basis of a large number of investigations， this paper analyzes the main surface quality problems of the train axle parts in the three turning processes of rough turning， semi-finishing turning and finishing turning， and puts forward some countermeasures for the different causes of the quality defects. This guarantees the turning quality of the train axle and lays a good foundation for the subsequent grinding.

Keywords： train axle； turning process； surface quality； analysis and countermeasure

前言

火車車軸是鐵道車輛行走部分的關鍵零件，其加工工藝復雜、加工精度要求高，其中，車軸軸頸、防塵板座、輪座等部位的加工質量好壞直接影響車輛的運行品質，保證各部的車削尺寸公差和形位公差，是車軸整個加工過程中最關鍵的質量控制點。

對貨車車軸工藝分析、加工工藝方法及制造工序中容易產生的質量問題有闡述[1]，但是不夠全面。對車軸磨削工序中容易出現的波紋、燒傷等缺陷進行分析的較多[2][3]，其中車削特別是精車產生的質量缺陷是產生磨削缺陷的主要原因之一，如果車削產生的質量缺陷如刀花、波紋、形狀誤差等較為明顯，那么到磨削時將難以根除這些缺陷，所以保證車削質量是保證磨削質量乃至整個車軸加工最終質量的基礎，加強車軸車削質量控制至關重要。

文獻[4]從工件裝夾、機床輔具、工藝方法、刀具選用和切削參數等方面采取措施，研究了車軸車削加工工藝，本文側重分析車軸表面質量問題及其控制。

1 車軸車削加工表面質量問題

面對各種鐵道車輛及世界各國標準，車軸結構有多種形式，不管哪種結構形式，火車車軸的所有外圓面均要車削，其中，三頸（軸頸、輪座、剎車盤座）需半精車、精車，軸身需半精車，車軸結構示意圖見圖1。

根據制造車間的現場加工總結，可以將車軸車削加工過程中常見的表面質量缺陷歸納于表1。

2 車軸粗車質量問題分析及對策

車軸的所有外圓面均要粗車，只是軸徑、輪座、剎車盤座這三徑和軸身的粗車質量對后續(xù)精車和磨削質量有影響，對于這三個部分出現的粗車質量問題必須及時解決。

2.1 外圓表面出現黑皮、表皮折疊

車軸圓周外表面經過粗車后出現目視就能見到的黑皮（如圖2所示）、表皮折疊（如圖3所示），經過分析研究，可以判定表面出現黑皮是因為鍛造的軸坯彎曲度過大或因為粗車時所定中心孔相對于大部分軸身偏心所致，表皮折疊基本為鍛造缺陷所致。

產生上述缺陷的原因顯而易見，應該及時采取的對策是，提高鍛造水平減少鍛造折疊和軸坯彎曲度，可能的情況下，在軸坯制造工藝中，增加車軸毛坯矯直工序以減少粗車后黑皮的產生。

針對車軸鍛坯，研究中心孔加工機床增加找正功能的方法，給機床制造廠家提出合理化建議，如果針對每一個車軸鍛坯個案，中心孔加工機床能根據軸坯實際圓度，先找到能最大限度地利用材料的中心孔位置，再打中心孔，那么將大大減少粗車黑皮缺陷。目前采取較為笨拙的改進方法是，在中心孔加工機床上每旋轉車軸毛坯60度，在軸坯兩端面上分別畫一個中心點，以各端面上的三個點的中心點作為打中心孔的位置，黑皮缺陷明顯減少。

另外，合理分配車軸三頸和軸身的直徑及長度的鍛造比例，可以在不增加車軸毛坯直徑（即材料量）的情況下明顯減少黑皮。

2.2 車軸端面損傷

車軸端面損傷見圖4所示，壓痕深淺不同，這是由于頂爪設計不合理致使頂爪打滑造成的。

原來所采用的車軸裝夾用頂爪，沒有沿中心向外呈放射狀排列、頂爪高度不一致，部分頂爪沒有頂住車軸端面。

經過幾次改進，裝夾頂爪的新結構如圖5所示，六個裝夾頂爪裝上安裝盤后的新結構如圖6所示。

裝夾車軸后，項爪沿中心向外呈放射狀排列，頂爪基本不再打滑。加工前應檢查頂爪排列，加工后檢查車軸端面的頂爪痕跡，如果不是放射狀的6個頂爪淺痕，或頂爪深淺不一，應及時更換新結構頂爪。

2.3 外圓表面振刀紋

外圓表面振刀紋見圖7a所示，車軸鍛坯局部加工余量大或彎偏是其主要原因。

某VE914車軸鍛造毛坯至粗加工余量如圖8所示，經過粗車試刀，發(fā)現車軸鍛造毛坯軸徑處留給粗加工的半徑單邊余量為8mm，防塵板座處為斜角處理，此處局部加工余量較大，防塵板座引錐處最大加工余量達到28mm，已遠遠超出粗加工機床及刀具所能承受的加工范圍（該范圍一般設定為10-12mm），需要改進加工程序。

根據圖8所示余量分布，改進加工防塵板座引錐處的程序，增加程序加工刀數，由原來的一刀加工改為三刀加工，每刀切削余量為10mm。改進后的車軸表面粗糙度明顯提高，全部達到圖7b正常加工的質量。

對于明顯彎偏的車軸鍛坯，只有將其剔出，編制對應的程序單獨加工。

3 車軸半精車質量問題分析及對策

3.1 軸身表面粗糙度不夠

軸身表面粗糙度不夠的主要原因是，走刀程序、刀具選用與要求不匹配。選用幾款刀具進行試用，選取最優(yōu)的，對應選用的刀具編寫適合的加工程序。

比較肯納和廈門金鷺兩種可轉位機夾刀片（型號均為DNMG150608），在CKA6136數控車床上加工VE914車軸試件，加工過程中，調整采用不同的稍變的進給速度、切削線速度，切深為1-2mm，軸頸、輪座為一片刀先后加工，試驗完成后采用TR200手持粗糙度儀測試加工表面粗糙度值見表2。

檢查加工粗糙度，發(fā)現進給速度對車軸車削加工表面粗糙度的影響較為明顯，考慮刀具消耗及加工效率，最優(yōu)進給速度取0.2-0.3mm/r、切削線速度取150-200mm/min，表面粗糙度為Ra 1.65-3.1。同等加工參數下，肯納刀具比廈門金鷺刀具加工的粗糙度要好些，刀具消耗基本相同，故刀具優(yōu)先選用肯納DNMG160508刀片加工。

3.2 軸身跳動量大

加工軸身時，原加工工藝中是以粗車的軸頸來定位的，而粗車后的軸頸與軸中心孔不同心，故軸身表面跳動量大。

先進行半精車三頸（軸頸、輪座、剎車盤座），半精車后的軸頸與中心孔同心，以半精車后的軸頸為軸身加工定位基準來加工軸身，滿足了軸身圓跳動形狀公差的要求。

3.3 殘余刀花流入下工序

防止殘余刀花流入下工序最有效的辦法是，在上道工序加工時及時發(fā)現。消除車軸表面的明顯刀具切削劃痕，可通過加強工序檢查減少此類缺陷的發(fā)生。如不慎流入下道工序，根據工序的加工余量確定處理方式，如果單邊加工余量大于0.1mm，可通過機加工即再進尺加工一刀直接消除；如單邊加工余量小于0.1mm，需人工打磨消除缺陷，再進行本道工序的加工。

3.4 半精車后出現圓環(huán)狀鐵圈

半精車后有圓環(huán)狀鐵圈，如圖9所示。

軸身圓弧與輪座夾角接近90°，車削加工輪座時形成碾壓無法斷屑，在車軸軸身上殘留未斷屑的圓環(huán)，加工接近輪座時，由于刀具對未加工部位形成擠壓，切削進給速度快，阻力大，擠壓明顯，形成的擠壓瘤明顯，如圖10所示。

改變輪座末端處的加工進給速度，即由0.2-0.3mm/r 減小為0.1-0.15mm/r，可降低鐵圈產生率，即使偶爾產生環(huán)狀圈，厚度較薄，可輕易用鉗子夾斷。

4 車軸精車質量問題分析及對策

粗車和半精車的質量控制得好，精車的質量就容易控制了。

精車出現的主要表面質量問題是，磨削車軸后輪座引入段時發(fā)現車軸偏心，究其原因是車軸精車時車軸中心孔偏心、或卡盤偏心、或卡盤磨損嚴重、或加工時頂尖及卡盤爪墊有異物附著，所以在精車前要仔細檢查，必要時更換卡盤或者更換頂尖，并認真清理干凈卡盤爪內側面和頂尖。

5 結束語

車軸表面車削過程中產生表面黑皮、折疊、振刀紋、刀花、劃痕等質量缺陷的原因較多，常常是多種因素相互交叉，綜合影響，準確的找到對癥原因并解決問題是有一定的難度的，以下結論希望對相關制造有所幫助。

提高軸坯鍛造質量減少鍛造缺陷和軸坯彎曲度能減少粗車表面折疊的發(fā)生，打正粗車中心孔有利于明顯減少粗車黑皮；采用裝夾頂爪新結構消除了車軸端面損傷；增加加工刀次以消除加工余量過大產生的粗車加工表面振刀紋。

選用合適的刀具和進給速度保證了半精車的粗糙度要求；以半精車后的軸頸為軸身加工定位基準來加工軸身，滿足了軸身圓跳動形狀公差的要求；提前發(fā)現上道工序的殘余刀花，以防其流入下道工序；半精車時，減小輪座末端處加工進給速度，可降低切屑鐵圈的產生。精車前檢查消除引起車削和磨削偏心的因素。

參考文獻：

[1]方南京，姚毅.貨車車軸加工質量問題分析研究[A].鐵路車輛輪軸技術交流會論文集[C].2016-08-11.

[2]王長峰，郭文榮.淺析解決車軸磨削產生斜紋及燒傷的方法[J].科技創(chuàng)新與生產力，2013，10（237）：48-49.

[3]張選選，裴寧.鐵路貨車車軸軸頸磨削常見缺陷[J].金屬加工（冷加工），2016（增刊1）：225-227.

[4]葉波.長沙磁浮工程綜合檢測車拖車車軸車削工藝[J].金屬加工（冷加工），2018，7：61-63.