铁路货车车轮内孔加工新工艺

铁路货车车轮内孔加工新工艺

王新

中车沈阳机车车辆有限公司   辽宁 沈阳 110142

摘要：重载运输是铁路货运的重要发展方向，铁路货车的技术装备水平对重载列车的开行具有重要作用，国内外在重载机车车辆轴重、转向架、牵引变流器、制动系统、车体强度及车轮加工等技术方面均已开展了大量卓有成效的研究和试验。本文主要对铁路货车车轮内孔加工新工艺进行论述。

关键词：铁路货车；车轮；内孔加工

引言

由于轮毂端面与轮辋端面的距离不确定(最大公差为11mm)，为了保证轮毂上、下倒角R的加工精度，在加工前需要知道轮毂上、下端面相对于轮辋的具体位置。对于数控立车，如果以轮辋端面作为定位基准面，轮毂上端面的坐标值可以通过对刀采集。而为了保证加工出轮毂端面的下倒角R，需要测量出每个轮毂孔的长度并输入到加工参数中，系统才能根据程序计算出刀具的加工坐标。因此，每次加工都需要测量轮毂孔的长度，否则刀具就无法加工出轮毂孔端面的下倒角R。增加了辅助时间，降低了效率。

1内花键双联齿轮的精密塑性成形

双联齿轮是汽车、飞机、船舶等工业生产中常见的典型零件,其常见结构为直齿-直齿双联结构和直齿-斜齿双联结构。目前,在我国该类零件的主要加工方式有两种:(1)将大、小齿轮分别加工,然后用电子束焊接为一体,该工艺耗时长、成本高;(2)采用模锻工艺生产齿轮坯,再利用机加工加工齿形,该工艺的生产效率和材料利用率均不高。例如,某厂的双联直齿生产工艺为:小齿轮插齿、大齿轮滚齿、热处理、小齿轮珩齿、大齿轮磨齿(或珩齿),该工艺对于精度测量和热处理问题的解决具有一定难度。由于精密锻造是一种近净成形或净成形技术,成形的工件质量很高,因此,小尺寸双联齿轮的精锻技术越发重要。双联齿轮半精锻工艺,即在小端齿轮部位精密模锻出齿面仅带精插加工余量的齿形,而在其他部位仍采用常规模锻工艺。零件的工艺难点在于齿形的成形难度较大,容易出现充填不饱满的情况。考虑到零件的特殊结构以及较小的尺寸和较高的强度要求,分析认为应采用冷挤压的成形方式进行制造。基于上述分析,提出了4种成形方案并分别进行有限元模拟和分析。(1)方案1:选择剪切下料,通过对坯料进行整形后再缩径正挤下部小齿轮,挤齿时下顶杆向上挤压材料,使中间材料向四周流动,确保齿形充填饱满,然后再镦挤上部大齿轮,钻出中间内孔,最后利用花键凸模挤出内花键槽。(2)方案2:首先将棒料镦挤为T形坯料,然后直接采用闭式镦挤的方式,使材料流向齿形凹模型腔,后续工序与方案1相同。(3)方案3:采用空心坯料挤压为“T”形,然后直接利用凸模将坯料向凹模型腔挤压,最后利用花键凸模挤出内花键。(4)方案4:采用空心毛坯进行直接挤压,首先成形部分大齿轮,然后大齿轮部分材料流向小齿轮,最后充满整个型腔,双联齿成形后再进行内花键的挤压成形。

2高速列车齿式联轴器CAD/CAE一体化设计

速列车驱动装置由牵引电机、齿轮传动装置和联轴器组成，是将电能转化为机械能并驱动车辆运行的重要部件，也是保证轨道车辆安全、平稳、高速运行的重要零部件之一。我国下一代高速列车的发展对驱动装置的运行可靠性、运行稳定性及轻量化提出了更高的要求。为了满足不同的运营环境和运营条件，需要设计制造满足不同技术要求的动车组。为了提高设计效率和设计质量，采用CAD/CAE设计思想对动车组关键零部件进行设计有着重要的意义。一体化设计流程首先，通过CAD软件对高速列车驱动装置中的联轴器进行三维建模及虚拟装配，得到联轴器实体模型；其次，通过Motion分析验证联轴器是否满足运行要求，若不满足，则需要对联轴器的几何参数进行改进；最后，将联轴器导入CAE软件中进行强度分析，若强度不满足要求，则需要对联轴器结构进行改进后重复上述流程，若联轴器CAE分析满足要求，则通过理论分析对联轴器进行校核；若校核失败，则需要对联轴器结构薄弱的部分进行改进，直到联轴器满足使用要求为止；若联轴器强度校核成功，对其进行疲劳寿命分析，完成后，联轴器一体化设计结束。

3变轨距车辆车轴疲劳试验

变轨距车辆可以在不同轨距的轨道上运行，运行期间车轮在锁紧机构作用下保持轮对内侧距不改变，是实现国际联运的最好选择。目前变轨距转向架主要有独立轮对与传统轮对改造２种方案：传统轮对改造通过特殊机构使车轮沿着车轴横向移动；独立轮对通过特殊机构将左右轮与车轴进行解耦，使车轮与轴承一起沿车轴横向移动或独立绕车轴转动。与传统车轴结构相比，变轨距车轴的轮轴配合部位由过盈配合变为间隙配合，同时锁紧机构对车轮的横向位移限制也存在间隙。特殊结构和功能使得变轨距车轴的疲劳试验变得更有必要，试验时应主要考虑以下方面：（1）变轨距车轴轴身部位与传统车轴没有区别，其疲劳试验可按标准进行；（2）变轨距轮轴为间隙配合，配合区磨损比较剧烈且存在冲击力；（3）变轨距轮轴实际运行过程中，载荷条件非常复杂，如车辆载荷、轮轨冲击、横向载荷、横向滑动、自身振动等。通过以上分析，试验应先分析变轨距车轴与传统车轴在功能、载荷、运动方式等方面的区别，再确定疲劳试验方法的适用性，最后以试验验证为目的，利用现有试验台提出合适的试验方法，如以运用载荷考核，结合转向架或轮对的试验方法进行试验验证，然后进行配合区疲劳性能的考察。

4加工中心在线测量系统设计

加工中心在线测量利用了机床数控系统的功能，使得数控系统能及时得到检测系统所反馈的信息，从而能及时修正系统误差和随机误差，以改变机床的运动参数，更好地保证加工质量，促进加工测量一体化的发展。拟新加测头安装在主轴锥孔中，数控系统通过对多坐标工作部件的联动控制，实现测头对工件的检测。由于测量数据的测量计算是基于机床的轴坐标的，因此必须首先要保证机床的精度。WDC机床的X、Y、Z轴用双频激光干涉仪的测量。C、A轴回转摆动运动通过标准转台及角度多面体配合双频激光干涉仪进行测量。最终测量直线轴定位精度和重复定位精度为0.005mm，回转轴定位精度和重复定位精度为5'。而要求测量工件车轮的尺寸误差最小为0.1mm。完全能够满足测量使用。具体如下:加工前测量:利用直测头在车轮加工前实现卡爪中心找正，提示相关报警信息。加工过程中测量:三个卡爪夹紧后，能实现自动将卡盘工装变换角度(C轴角度值)时的坐标系角度补偿值输入到相应的工件坐标系中并生效;利用L测头测量辐板厚度，在开始辐板钻孔时，将测量值输入到加工程序中以判断通孔俩端倒角位置。车轮加工完成后，对加工车轮抽检测量:辐板孔直径、位置度、中心距，滚动圆直径。

5轴桥切削加工

（１）焊接后进热处理炉，进行退火处理，消除焊接应力，降低焊缝中的扩散氢含量，提高组织稳定性。（２）粗加工后进行振动时效，消除加工应力，以保证尺寸的稳定性。（３）精加工前精确配重，以消除质量不对称产生的离心力。（４）精加工前检查和调整车床以及磨床设备精度。（５）精加工时以两端的中心孔定位，试车轴径部位，顶表观察轴桥是否存在振动、用外径千分尺测量轴径部位８个方向的外径尺寸，检查轴径的圆度，以分析判断配重是否合适。（６）用成型磨将砂轮端面修出圆弧，轴径以及过渡圆弧一次磨削到位。

结语

总之，有效应用铁路货车车轮内孔加工新工艺可以为企业降本增效，高质量发展做出了贡献。

参考文献

［1］吴世友，吴荔铭．机械加工工艺与设备［M］．北京:人民邮电出版社，2019．

［2］刘吉远．铁路货车轮轴技术概论［M］．北京:中国铁道出版社，2009．