机加工工艺对轮轴疲劳可靠性的影响分析

李雪梅

摘 要：随着我国高铁建设的不断深入，常规铁路线路上的行驶区间和范围也得到了拓展，这在一定程度上让原本面临发展窘境的货运列车无论从规模上还是从行驶区间上都有了显著的提高。而作为货运列车的重要组成部分，列车轮轴可靠性的重要性就直接关系到列车的行驶安全问题。本文就结合实际针对机加工工艺对轮轴疲劳可靠性的影响进行解析。

关键词：机加工工艺 轮轴疲劳可靠性 冷加工

1. 概述

当电气化铁路运行方案正式实施之后，让以传统动力为主导的货运列车发展一路趋于没落，但是随着高铁建设速度和范围的不断延伸、随着货运列车动力源的改造成功，又再一次让货运列车迎来了发展的“第二春”。但是在列车行走过程中，因为细微的机械故障而酿成的问题甚至是事故的情况也十分突出，根据管内通报资料显示，2013年发生在美国的货运列车脱线事故、2011年发生在俄罗斯的货运列车相撞事故、2012年发生在蚌埠南货场的货运列车交通事故中，都能看到因为轮轴疲劳而造成的安全隐患的因素出现。

2. 影响轮轴机加工工艺可靠性的主要因素

轮轴之所以出现疲劳现象，是因为在轮轴机加工过程中相关的加工工艺没有严格按照工艺标准和要求来进行操作，因此在机加工结束之后不就，轮轴就出现了不同程度的裂纹，虽然这种裂纹在检验的过程中呈现出来的状态都是较为细微的，如果不用专业的设备对其进行鉴定的话有可能很难发现，但是恰恰就是这较为细微的裂痕，有可能是直接导致货运列车行车事故的主要元凶。

根据相关车辆厂内部所做的轮轴产品质量调查数据显示，基本上轮轴的裂纹会较为集中的出现在轴颈、和轮座两侧，因此轴颈位置和轮座区域是机加工工艺主要关注的问题。而直接影响轮轴冷加工工艺可靠性的主要元素包括机加工表面质量压装配合表面质量两个部分。

3. 解决轮轴机加工工艺影响因素采取的措施

轮轴之所以出现这种细小的裂纹，主要原因是因为呈现出了一定的疲劳状态，客观的讲，在刚刚完成机加工，尤其是这种加工都是冷加工工艺的时候，是不应该出现这种因为疲劳而形成的裂纹的，只能说是轮轴在机加工过程中因为加工工艺的不当而出现了受力或者作用力失当的问题出现。

其实要想彻底解决这种加工工艺过程中存在的问题，所采用的方式和方法并不复杂，但是主要是因为操作工在实际操作中因为操作手法的差异而人为造成的误差较多。在轮轴机加工工艺中，一个十分关键的节点问题就是半精车和磨削工艺过程。轮轴之所以会大量的出现因为疲劳儿形成的裂纹，究其原因主要是跟这两道工序的相关工艺不透明或者没有按照规程进行操作有着直接的关系。

3.1 轮轴半精车工艺

如果按照单一的机加工工艺过程而言，轮轴在进行半精车工艺操作的时候，可以不用考虑其它存在的因素，或者是不用考虑其它的加工工序。但是由于货运列车的轮轴不能像其它轮轴那样实现流水作业，只能是一个节点一个节点的来完成之后在继续下一道工序的加工。因此，在轮轴半精车工艺过程中首先让轮轴自身的结构出现变化也就不足为奇了。而在指定轮轴的半精车工艺标准的时候，的确是明确的要求了“分别半精车左、右各端的外圆和轴肩端面，另外还要体现预留出磨削的余量”，對于最后一个预留出磨削余量的问题，许多从事机加工的操作工人都能够提起注意，并且也在加工初期的确关注了这个问题。但是在对产生疲劳裂痕的轮轴进行相关深入调查的时候却发现，有许多问题的确是因为这种预留的磨削余量出现了问题而直接导致的。按理说这是一个悖论，因为一方面是注意了这种磨削的余量之后，再进行相关的机加工就不用在来考虑这个问题了，一般情况下这种配个是较为严谨的，但是一旦因为轴颈部位半精车工艺没有落实到位，特别是因为需要加工左右两端的外圆，让一些人失去了耐心和信心，进而转变成了闹心，如果仍然将目光定位在半精车加工流程中，那么其实也不能算加工失败，但这其中有一个绝对重要的问题就是轮轴的加工在进行完半精车之后并没有彻底结束，而是需要进行一定的磨削工作作作为补充，而这个时候那些预留的磨削工艺与流量已经为了弥补半精车阶段中的失当行为而失去了，要想避免这个问题出现，就必须要选择技术较为成熟的熟练工来完成这个轮轴的半精车工艺。

3.2 轮轴磨削工艺

磨床的磨削方式有2种：贯穿式无心磨削和切入式无心磨削。贯穿式无心磨削一般用于单砂轮，它的导轮是单叶双曲面，推动凸轮轴沿轴向移动，仅仅用于磨削光轴。切入式无心磨削是由多砂轮磨削（若是单砂轮磨削，一般砂轮被修整成成型砂轮，如：磨削液压挺柱的球面），如现有480凸轮轴的磨削，可磨削阶梯轴，导轮为多片盘状组合而成，工件不能沿轴向移动，无论是哪一种磨削方式，工件的中心都高于砂轮和导轮的中心，一般切入式磨削都有上料工位、磨削工位、测量工位、卸料工位组成。砂轮线速度60m/s，轴颈径向磨削余量可达3.5mm，单件磨削时间18s，单件工时25s。用无心磨床加工凸轮轴是一种新颖、独特的新工艺，新方法，但又存在一定的局限性，特别是不易磨削轴肩和端面，一般不用于多品种凸轮轴的加工，只用于单一品种、大批量的生产，若要更换所加工的凸轮轴品种，就要更换导轮和砂轮，各砂轮间距需重新调整。

4. 结束语

综上所述，轮轴机加工工艺的优劣，不仅仅关系到列车轮轴的行驶安全，更关系到铁路大动脉以及相关司乘人员的人身财产安全，因此，在进行轮轴机加工工艺过程中，必须时刻将“严谨”、“认真”、“精准”作为轮轴机加工工艺中不可忽视的问题去直接面对。这样既是对金属工艺加工工艺的负责，也是对公众安全的负责体现。

参考文献：

[1]郝琪，王愉琴.活塞销疲劳寿命预测的研究[J].机械设计与制造，2011（01）

[2]郝琪，蔡芳.多轴疲劳寿命预测方法研究[J].机械设计与制造，2010（12）

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