铁路货车车轴机加工质量影响因素与提升方法的探讨

铁路货车车轴机加工质量影响因素与提升方法的探讨

黄钰

大秦铁路股份有限公司湖东车辆段 山西 大同 037000

摘要：随着铁路修程修制进行改革以来，铁路货车轮轴的使用率周转率不断提升，轮轴组装单位的产品合格率也存在很大压力。而车轴的机械加工质量直接影响轮对组装与轴承压装合格率，通过对车轴机加工质量问题的研究探讨，有助于进一步提升轮轴合格品的支出。

关键词：车轴；机加工；提升质量

1、概述

铁路货车轮轴作为铁路货车的“两条腿”,在铁路运输中的作用尤为关键,直接影响着列车的运行品质.狠抓轮轴组装的源头质量至关重要，本文通过轮对压装质量的分析，对车轴的机加工因素影响提出了具体的看法，并针对性地提出了解决方案，对提高轮轴组装合格率有很大的帮助。

2、问题的提出

轮对组装合格率为铁路货车四级修与新组装最重要的环节之一，为了提高组装合格率，我们对2019年六个月的轮对组装合格率进行了统计分析，如表一所示。

表一 轮对组装不合格统计

为进一步分析不合格产品的具体原因，我们把不合格品退卸后，按照车轴轮座、车轮轮毂孔、轮对压装机三要素进一步进行分析，如表二所示。

表二 轮对不合格品三要素所占比例

分析表二所得出的结论为不合格因素中车轴轮座所占的比例较大。而车轴机加工的质量直接影响车轴的加工质量，因此本文笔者对车轴机加工的影响做了进一步研究探讨。

3、车轴机加工影响因素

车轴的机加工工艺流程，车轴机加工分为两部分，一是车轴车削加工，分为旧轴加修与新造车轴加修，旧轴加修即为四级修车轴车削加工过程。在进行旧轴加修作业前须对车轴进行一次磁粉探伤检查，经检验合格后检查车轴轴颈、防尘板座、轮座、轴身、轴端面、车轴中心孔外观状态，合格后四级修车轴须使用数控车床进行轮座以及轮座引入段车削作业；新造车轴加修即为车轴半精加工，新造车轴须使用数控车床进行轴颈、防尘板座、轮座及轮座引入段车削作业；二是车轴磨削加工，即为新造车轴的成型磨削加工和四级修车轴轮座磨削加工过程（此步为车轴终加工）。

3.1车削作业影响因素

车削作业中，车刀为影响车削质量的关键因素，其次操作人员的操作技能与测量水平也对车削作业产生影响。

3.1.1车刀的影响因素

车削过程中，车床的进给量、切削深度、转速均会影响车轴的粗糙度。而车刀直接与车轴进行接触，车刀的更换频率是车削工作者根据日常工作经验进行确定的，这就会出现例如加工尺寸误差或粗糙度达不到产品要求等问题，如下图一所示，从而影响车轴车削质量；轮座引入段的形状、粗糙度是影响轮对预压装质量的关键因素，而车床的精度远远小于磨床，这就使引入段粗糙度高，导致车轮不能顺利过度到轮座上，会增加轮对压装时轮座的拉伤情况。其次车床的顶针与卡盘也是影响车轴圆度圆柱度的因素之一。

图一 轮座车削后表面图

3.1.2操作技能与测量水平的影响因素

在进行车削作业前，根据《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》（以下简称为《轮规》）中有关规定，使用轮座外径千分尺测量轮座三个截面，每个截面要相互垂直测量两点，并计算圆度与圆柱度，但是人工测量一定会产生误差，因为测量水平、使用的测量工具与测量地的温度等均会影响测量尺寸，导致加工精度大大降低。

3.2 磨削作业影响因素

磨削作业中，外观检查为作业前的重要流程，而砂轮是影响磨削质量的关键因素，其次切削液、操作人员的操作水平与测量水平同样会影响。

3.2.1外观检查

在磨削作业前须对车轴进行外观检查。依次为车削后标记、轴端信息、中心孔质量、轮座状态，当以下四项均合格后进行磨削作业，其中一项不合格应返回上一加工工位。如粗加工过后，未及时发现轮座上的凸起或金属堆积物便进行磨削作业，使得砂轮上附着铁屑，影响后续轮座加工尺寸，严重时会造成轮座局部凸起或烧伤。

3.2.2砂轮的影响因素

磨削过程中，砂轮的修整最为关键，修整不及时，如砂轮表面有铁屑附着，会造成砂轮表面局部有缺陷，影响轮座质量。其次砂轮的修整频次也需要研究，砂轮的线速度与磨削力度成正比，磨削力越大，效率越高，表面粗糙度越低，反之粗糙度越高，当粗糙度数值大于1.6μm时，轮对在组装过程中，由于是过盈配合，粗糙度过大会造成塑性变形，从而降低压装力或增加轮座拉伤的风险。另一方面成型磨床在进行轴颈的磨削时粗糙度过低，会造成轴承压装时欠压，导致轴承压装不合格。因此砂轮的修整频次直接影响车轴粗糙度。

3.2.3切削液的影响因素

在磨削作业过程中，切削液起到润滑、降温、以及防锈的作业。如果不及时更换，由于高速运转会导致切削液变质，切削液会失去三方面的作用，降低磨削质量。

3.2.4操作技能与测量水平影响因素

磨床的加工精度远远大于车床，这就对操作磨床的技术人员要求更加严格，测量水平要求更高，而只要是人工测量必定会产生误差。这对加工尺寸有直接的影响。

3.3中心孔加修质量

以四级修车轴为例，轮对在检修过程中中心孔会造成损伤。即使在后续加工中先对中心孔进行外观检查与加修，但肉眼无法准确判定中心孔达到理想的加工程度，这就造成车轴在进行车削作业时圆度圆柱度不高，导致车轴轮座不是均匀的圆锥体，而是椭圆体，在后续的磨削作业过程中磨床无法在加工余量范围内（0.3-0.5mm）消除轮座所存在的缺陷。如果强制消除缺陷会造成轮座引入段消失或不均匀，造成无法进行轮对预压装，大大降低成品一次合格率。

3.4加工温度因素

我们使用点温计对加工后的车轴轮座进行测量，发现温度会影响车轴尺寸。尺寸误差会随着温度变化，变化范围为0.002mm.如表三所示，测量日期为2019年11月14日

表三 温度与尺寸图

4、产生结果

根据以上影响因素的分析，我们可以得出车轴的车削、磨削等步骤均会影响车轴轮座加工尺寸、表面粗糙度、表面几何形状，而人工尺寸的测量数据也是产生误差的一大关键因素。根据《轮规》中规定，车轮与车轴采取过盈配合，配合过盈量为轮座直径的0.8‰—1.5‰,轮座在加工测量过程中出现的误差势必会造成过盈量选取不合适，而轮毂孔的尺寸根据“基轴制”原则进行加工，如果这个基准出现问题，那时的结果，影响无异是最大的。

4.1轮座加工尺寸测量

由于车削与磨削作业过程轮座的加工尺寸均为人工测量，必然会产生尺寸误差，进而影响过盈量与轮毂孔加工尺寸的选取。若轮座的测量尺寸大于实际加工尺寸，这时轮毂孔按照测量尺寸进行加工，加工的尺寸也必然大，过盈量选取较大时则会出现“吨大”的不合格因素，反之出现“吨小”。

4.2表面粗糙度

车轴机加工过程中，如果轮座接触面局部有损伤，导致局部粗糙度过低，压装过程中该部位摩擦力过大，造成塑性变形，压装时会出现卡死或跳吨现象，严重时会拉伤车轴轮座。而轮座引入段粗糙度过低时或有毛刺时，轮对压装时造成起点陡升超过98KN，严重时直接拉伤轮座。

4.3表面几何形状

4.3.1当轮座磨削完成后，真实的圆度值较大（椭圆形），但测量数值可能是椭圆的长轴也可能是短轴，而压装过程中却为接触面，直接导致过盈量的值选取不合适，压装吨位不合格。

4.3.2当轮座圆柱度较大，在压装过程中（不是一个平滑的锥形），则会出现圆柱度相同，体现在压力曲线中为平直，当长度超过该曲线投影长度的10%时，则会出现“平直线超”等不合格因素。

5、 提升方法

5.1加强设备的管理

每日开工前进行设备检查，对于有顶针的设备进行检查时，避免上面有铁屑残留导致损伤中心孔，避免顶针损伤还在继续使用。加强对车轴自动测量机的日常性能校验，保证测量精度。

5.1.1车刀的更换

观察车刀的使用情况，对更换车刀后进行加工的第一条车轴的进给量、转速、火花情况进行记录，车削完毕后仔细检查轮座加修情况。在加修尺寸范围内，经过仔细的测量及对比试车得出车刀的进给量控制在0.1-0.2mm/r，转速控制在235r/min-460r/min，切削量在0.3mm-0.5mm，得出每加工3-5条车轴更换车刀最佳。

5.1.2砂轮的加修

磨床的加工精度大大提升，根据马波斯P7监控系统显示，波形趋于稳定时车轴磨削效果最佳。以四级修车轴为例，轮座尺寸与表面形状均不同会对砂轮形状造成影响，随着磨削量的增加砂轮表面也会进行塑性变形，因此砂轮的加修质量直接影响轮座的几何形状，操作人员应根据磨削时火花、冷却液的声音与磨削过后轮座表面质量对砂轮进行加修，最终控制在不少于7条车轴对砂轮进行加修。加强车刀与砂轮的修整频率，保证车轴加工过程中圆度与圆柱度。并在车轴机加工后使用手持式粗糙度仪进行检查，保证粗糙度不大于Ra1.6μm。

5.2加强人员的管理

5.2.1提升测量精度

根据现有生产条件，在每班开工前对各岗位的外径千分尺与内径千分尺进行统一的校验，并定期送检，保证尺子统一精度。但对于人工测量而言，必定会产生误差。如果利用仿形测量设备进行车轴轮座的尺寸测量，一是可以看出轮座加工形状是否为均匀的圆锥体，如不均匀可重新加工；二是利用计算机可计算出轮座最佳尺寸，并保证车轮轮毂孔的加工精度。更有利于产品的合格率。

5.2.2提升作业人员素质

提升机加工操作人员、车轴尺寸复合人员的操作水平。做到岗位互控，加强对《轮规》、作业指导书的学习，严格落实加工工艺。

5.3加强中心孔加修质量

严格控制中心孔的加修质量，根据《轮规》中规定，车轴中心孔须逐个检查，中心孔损伤时，可消除局部高于原表面的堆积金属，但修复后缺陷面积不大于原中心孔圆锥面积的1/8。大于时判定报废。在车削过程中加强铁屑的清理，避免铁屑缠绕顶针损伤中心孔。

5.4 把控温度

使用点温计对车轴进行测量，我们发现温度的起伏会直接影响车轴的测量尺寸，因此我们在保证库内冬夏温度的前提下，对车削作业后的车轴进行同温处理，避免热胀冷缩造成车轴在不稳定的尺寸下进行磨削作业，在轮对压装作业前与车轮也需要进行同温处理8小时以上，从而保证压装质量。

6、结论

车轴机加工质量直接影响着轮对产品合格率，本文通过细致的分析，找出存在的原因，并制定了“三加强、一把控”，有效的提升了车轴机加工质量，为轮对压装质量提供了保障。

技评用表11-4

主要参考文献：

[1] 铁总运【2016】191号《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》：中国铁道出版社,2016.9

[2] 太原铁路局企业标准Q/TYT256.1~.16-2013《货车轮轴组装及检修工艺》：太原铁路局发布，2013.11

[3] 《铁路货车轮轴技术概论》：中国铁道出版社,2009.10

[4] 《铁路货车轮轴典型损伤图册》：中国铁道出版社，2006.6

[5] 《轨道交通装备与技术2015年03期》：《轨道交通装备与技术》编辑部，2015.3