陶有朋 管益輝

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東 青島 266111)

軸箱體是高速動車組轉(zhuǎn)向架的重要組成部件，承受高速動車組運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、輪對產(chǎn)生的各種動、靜載荷，并滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸承與構(gòu)架的有效裝配。統(tǒng)型動車組軸箱體采用整體式結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)向架檢修或輪對更換時分解工藝流程復(fù)雜，為簡化分解工藝，某種動車組項目采用一種新型結(jié)構(gòu)的軸箱體——分體式軸箱體。分體式軸箱體由上箱體、下箱體組成，上、下箱體分別粗加工，再進(jìn)行合箱精加工后進(jìn)行一次拆箱、合箱，進(jìn)行第二次尺寸檢測，在此過程中，軸箱體內(nèi)孔尺寸嚴(yán)重超差，據(jù)統(tǒng)計，新產(chǎn)品驗證階段，超過約50%數(shù)量的軸箱體軸承孔尺寸超差，且刀具磨損嚴(yán)重。

1 工藝要求

1.1 結(jié)構(gòu)簡介

分體式軸箱體采用鑄造工藝，由上、下箱體通過緊固螺栓和定位圓銷連接，如圖1所示。

1.2 尺寸要求

分體式軸箱體檢測尺寸共計包括5個斷面尺寸及1、2、3、4四個截面尺寸，即截面1、2、3、4每個圓周檢測A、B、C、D、E五個點尺寸，每個軸箱體共計檢測20個尺寸。軸箱體的截面、斷面位置示意圖如圖2所示。

圖1 分體式軸箱體結(jié)構(gòu)

圖2 分體式軸箱體尺寸檢測部位

恒溫固定時間組裝前檢測，測量1、2、3、4每個截面上A、B、C、D、E五個點數(shù)值，單點值和每個截面的平均值均滿足?200(+0.005，+0.051) mm。

1.3 加工工藝

試驗驗證階段，確定分體式軸箱體加工工藝流程為：上箱體加工、下箱體加工→合箱→粗鏜→半精鏜→精鏜→合箱→第一次檢測尺寸→恒溫、拆箱、合箱第二次檢測尺寸→待組。

2 內(nèi)孔尺寸超差及分析

按最初加工工藝加工，對恒溫合箱后的20個軸箱體檢測的400組內(nèi)孔尺寸進(jìn)行統(tǒng)計分析，其中，A、B、C、D、E五個點，其截面均值尺寸(取公差值小數(shù)點后兩位有效數(shù)字)散點圖如圖3所示，單點尺寸、截面均值尺寸值分布區(qū)間比例如表1所示。

圖3 各點尺寸散點圖

表1 各點尺寸值分布區(qū)間比例

通過觀察A、B、C、D、E五個點單點尺寸、截面均值尺寸散點圖及相應(yīng)的尺寸分布區(qū)間比例表格發(fā)現(xiàn)：(1)軸箱體內(nèi)孔尺寸多集中在工藝尺寸?200(+0.005，+0.051) mm上偏差區(qū)間，5個單點尺寸中約63%趨近(+0.029 5，+0.051) mm區(qū)間，14.8%趨近(+0.005，+0.029 5)mm區(qū)間，22.2%趨近(+0.051，+0.072)mm區(qū)間；(2)截面均值中約97.5%趨近(+0.0295，+0.051)mm區(qū)間。

3 工藝改進(jìn)

通過分析加工后內(nèi)孔尺寸及分體式軸箱體加工、組裝工藝流程，跟蹤每一步作業(yè)工序的現(xiàn)場實際操作，從刀具、切削參數(shù)、工藝過程等方面對分體式軸箱體內(nèi)孔的工藝進(jìn)行攻關(guān)改進(jìn)[1]。

3.1 分析軸箱體加工

根據(jù)軸箱體檢測的400組內(nèi)孔尺寸統(tǒng)計，調(diào)整軸箱體精鏜加工尺寸位于下偏差(+0.005，+0.029 5)mm區(qū)間內(nèi)。

3.2 改進(jìn)加工工藝流程

在軸箱體拆解過程中，發(fā)現(xiàn)上、下箱體接合面摻雜異物， 如油漆、 灰塵、 鐵屑， 且接合面部位有劃痕， 分析軸箱體從加工到待組之間的所有工序， 找出接合面摻雜異物、產(chǎn)生劃痕的原因： 油漆工序過程中， 未采取有效封閉措施導(dǎo)致異物進(jìn)入接合面， 軸箱體待組前， 需進(jìn)行拆箱， 拆箱過程中， 擠壓在上、 下箱體間的異物隨著箱體錯位分離對接合面造成劃痕。

因此，確定軸箱體油漆前增加內(nèi)孔防護(hù)工裝設(shè)計，避免雜物進(jìn)入接合面，并在軸箱體拆箱二次檢測前，增加一步清理工序清除摻雜在箱體間的異物。

將分體式軸箱體加工工藝流程改善為：上箱體加工、下箱體加工→粗鏜→半精鏜→拆箱4 h→合箱→精鏜→第一次檢測尺寸→恒溫、拆箱→清理→合箱第二次檢測尺寸→待組。

3.3 驗證優(yōu)化精鏜刀片

通過現(xiàn)場驗證，確定軸承孔精鏜刀片消耗增加的原因主要如下：

(1)工件材質(zhì)硬度提高。某種動車組分體式軸箱體材質(zhì)為新應(yīng)用的合金鑄鋼材質(zhì)，硬度約HB 300左右。

(2)分上、下箱體結(jié)構(gòu)。上、下箱體分箱面有間隙，鏜削過程是斷削加工，刀尖受沖擊易崩刃，刀尖磨損嚴(yán)重。

(3)新工藝切削參數(shù)。新工藝精鏜切削參數(shù)[2]為S160(即主軸轉(zhuǎn)速為160 r/min)、F16(即進(jìn)給速度為16 mm/min)，轉(zhuǎn)速及進(jìn)給低，刀尖磨損快。

根據(jù)刀具磨損三階段的特性：

(1)初期磨損階段：由于刀具表面粗糙度大或表層組織不耐磨，因而在開始切削的短時間內(nèi)磨損較快；

(2)正常磨損階段：由于刀具表面的高低不同及不耐磨表層在上個階段已被磨掉，刀面上的工作壓強(qiáng)減小，而且均勻，所以磨損較初期階段緩慢，這是刀具工作的有效時間；

(3)急劇磨損階段：超過正常階段磨損值后，摩擦力加大，切削溫度急劇上升，導(dǎo)致刀具磨損加快或燒傷，失去切削力，使用刀具時應(yīng)注意避免進(jìn)入這一階段。

在工藝改進(jìn)的同時，完成刀片的驗證優(yōu)化，原精鏜刀片最大缺點是后角過大，后角一般在5°～12°之間[3]。該刀片后角為11°，雖適合精加工，但后角增大，易造成刀刃強(qiáng)度降低，切削振動加強(qiáng)，進(jìn)而造成刀具的使用壽命縮短，耐用度低，經(jīng)統(tǒng)計，每個刀尖僅能加工1個軸箱體。

選取后角為7°、R08(刀尖半徑為0.8 mm，下同)的刀尖刀片，經(jīng)試切驗證，每個刀尖能加工3個軸箱體，但在實物檢測過程中，發(fā)現(xiàn)軸承孔表面粗糙度較低，通過現(xiàn)場要素排查，最終確認(rèn)影響刀片加工軸承孔粗糙度降低的要素為刀片材質(zhì)以及R08刀尖過大。

在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)試切驗證后角為7°、R04(刀尖半徑為0.4 mm)刀尖以及適合加工合金鑄鋼等難加工材質(zhì)刀片，經(jīng)實物驗證，該刀片能有效提高加工表面粗糙度，且切削參數(shù)為S200(即主軸轉(zhuǎn)速為200r/min)、F20(即進(jìn)給速度為20 mm/min)時，每個刀尖能加工5～6個軸箱體。每個軸承孔表面粗糙度完全符合圖紙要求，且通過應(yīng)用新刀片，降低精鏜刀片使用成本，降低加工及輔助時間7 min，精鏜工序效率提高了50%。

4 結(jié)論

統(tǒng)計分析某種動車組分體式軸箱體的內(nèi)孔尺寸散點圖及相應(yīng)的尺寸分布區(qū)間，調(diào)整軸箱體半精鏜加工尺寸位于下偏差(+0.005，+0.0295)mm區(qū)間，并從刀具、切削參數(shù)、工藝過程等方面對分體式軸箱體內(nèi)孔的工藝進(jìn)行攻關(guān)改進(jìn)，優(yōu)化了加工工藝，對加工后的分體式軸箱體進(jìn)行尺寸檢測，90%以上的軸箱體的尺寸檢測合格，有效提升了分體式軸箱體的加工合格率，降低軸箱體的報廢成本，提高了刀具的利用率，并減少了返工返修工作，為生產(chǎn)節(jié)約了大量工時及零件報廢成本。