某种动车组分体式轴箱体内孔加工工艺分析与改进

陶有朋 管益辉

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111)

轴箱体是高速动车组转向架的重要组成部件，承受高速动车组运行过程中转向架构架、轮对产生的各种动、静载荷，并满足高速运转过程中轴承与构架的有效装配。统型动车组轴箱体采用整体式结构，但转向架检修或轮对更换时分解工艺流程复杂，为简化分解工艺，某种动车组项目采用一种新型结构的轴箱体——分体式轴箱体。分体式轴箱体由上箱体、下箱体组成，上、下箱体分别粗加工，再进行合箱精加工后进行一次拆箱、合箱，进行第二次尺寸检测，在此过程中，轴箱体内孔尺寸严重超差，据统计，新产品验证阶段，超过约50%数量的轴箱体轴承孔尺寸超差，且刀具磨损严重。

1 工艺要求

1.1 结构简介

分体式轴箱体采用铸造工艺，由上、下箱体通过紧固螺栓和定位圆销连接，如图1所示。

1.2 尺寸要求

分体式轴箱体检测尺寸共计包括5个断面尺寸及1、2、3、4四个截面尺寸，即截面1、2、3、4每个圆周检测A、B、C、D、E五个点尺寸，每个轴箱体共计检测20个尺寸。轴箱体的截面、断面位置示意图如图2所示。

图1 分体式轴箱体结构

图2 分体式轴箱体尺寸检测部位

恒温固定时间组装前检测，测量1、2、3、4每个截面上A、B、C、D、E五个点数值，单点值和每个截面的平均值均满足ø200(+0.005，+0.051) mm。

1.3 加工工艺

试验验证阶段，确定分体式轴箱体加工工艺流程为：上箱体加工、下箱体加工→合箱→粗镗→半精镗→精镗→合箱→第一次检测尺寸→恒温、拆箱、合箱第二次检测尺寸→待组。

2 内孔尺寸超差及分析

按最初加工工艺加工，对恒温合箱后的20个轴箱体检测的400组内孔尺寸进行统计分析，其中，A、B、C、D、E五个点，其截面均值尺寸(取公差值小数点后两位有效数字)散点图如图3所示，单点尺寸、截面均值尺寸值分布区间比例如表1所示。

图3 各点尺寸散点图

表1 各点尺寸值分布区间比例

通过观察A、B、C、D、E五个点单点尺寸、截面均值尺寸散点图及相应的尺寸分布区间比例表格发现：(1)轴箱体内孔尺寸多集中在工艺尺寸ø200(+0.005，+0.051) mm上偏差区间，5个单点尺寸中约63%趋近(+0.029 5，+0.051) mm区间，14.8%趋近(+0.005，+0.029 5)mm区间，22.2%趋近(+0.051，+0.072)mm区间；(2)截面均值中约97.5%趋近(+0.0295，+0.051)mm区间。

3 工艺改进

通过分析加工后内孔尺寸及分体式轴箱体加工、组装工艺流程，跟踪每一步作业工序的现场实际操作，从刀具、切削参数、工艺过程等方面对分体式轴箱体内孔的工艺进行攻关改进[1]。

3.1 分析轴箱体加工

根据轴箱体检测的400组内孔尺寸统计，调整轴箱体精镗加工尺寸位于下偏差(+0.005，+0.029 5)mm区间内。

3.2 改进加工工艺流程

在轴箱体拆解过程中，发现上、下箱体接合面掺杂异物， 如油漆、 灰尘、 铁屑， 且接合面部位有划痕， 分析轴箱体从加工到待组之间的所有工序， 找出接合面掺杂异物、产生划痕的原因： 油漆工序过程中， 未采取有效封闭措施导致异物进入接合面， 轴箱体待组前， 需进行拆箱， 拆箱过程中， 挤压在上、 下箱体间的异物随着箱体错位分离对接合面造成划痕。

因此，确定轴箱体油漆前增加内孔防护工装设计，避免杂物进入接合面，并在轴箱体拆箱二次检测前，增加一步清理工序清除掺杂在箱体间的异物。

将分体式轴箱体加工工艺流程改善为：上箱体加工、下箱体加工→粗镗→半精镗→拆箱4 h→合箱→精镗→第一次检测尺寸→恒温、拆箱→清理→合箱第二次检测尺寸→待组。

3.3 验证优化精镗刀片

通过现场验证，确定轴承孔精镗刀片消耗增加的原因主要如下：

(1)工件材质硬度提高。某种动车组分体式轴箱体材质为新应用的合金铸钢材质，硬度约HB 300左右。

(2)分上、下箱体结构。上、下箱体分箱面有间隙，镗削过程是断削加工，刀尖受冲击易崩刃，刀尖磨损严重。

(3)新工艺切削参数。新工艺精镗切削参数[2]为S160(即主轴转速为160 r/min)、F16(即进给速度为16 mm/min)，转速及进给低，刀尖磨损快。

根据刀具磨损三阶段的特性：

(1)初期磨损阶段：由于刀具表面粗糙度大或表层组织不耐磨，因而在开始切削的短时间内磨损较快；

(2)正常磨损阶段：由于刀具表面的高低不同及不耐磨表层在上个阶段已被磨掉，刀面上的工作压强减小，而且均匀，所以磨损较初期阶段缓慢，这是刀具工作的有效时间；

(3)急剧磨损阶段：超过正常阶段磨损值后，摩擦力加大，切削温度急剧上升，导致刀具磨损加快或烧伤，失去切削力，使用刀具时应注意避免进入这一阶段。

在工艺改进的同时，完成刀片的验证优化，原精镗刀片最大缺点是后角过大，后角一般在5°～12°之间[3]。该刀片后角为11°，虽适合精加工，但后角增大，易造成刀刃强度降低，切削振动加强，进而造成刀具的使用寿命缩短，耐用度低，经统计，每个刀尖仅能加工1个轴箱体。

选取后角为7°、R08(刀尖半径为0.8 mm，下同)的刀尖刀片，经试切验证，每个刀尖能加工3个轴箱体，但在实物检测过程中，发现轴承孔表面粗糙度较低，通过现场要素排查，最终确认影响刀片加工轴承孔粗糙度降低的要素为刀片材质以及R08刀尖过大。

在此基础上，继续试切验证后角为7°、R04(刀尖半径为0.4 mm)刀尖以及适合加工合金铸钢等难加工材质刀片，经实物验证，该刀片能有效提高加工表面粗糙度，且切削参数为S200(即主轴转速为200r/min)、F20(即进给速度为20 mm/min)时，每个刀尖能加工5～6个轴箱体。每个轴承孔表面粗糙度完全符合图纸要求，且通过应用新刀片，降低精镗刀片使用成本，降低加工及辅助时间7 min，精镗工序效率提高了50%。

4 结论

统计分析某种动车组分体式轴箱体的内孔尺寸散点图及相应的尺寸分布区间，调整轴箱体半精镗加工尺寸位于下偏差(+0.005，+0.0295)mm区间，并从刀具、切削参数、工艺过程等方面对分体式轴箱体内孔的工艺进行攻关改进，优化了加工工艺，对加工后的分体式轴箱体进行尺寸检测，90%以上的轴箱体的尺寸检测合格，有效提升了分体式轴箱体的加工合格率，降低轴箱体的报废成本，提高了刀具的利用率，并减少了返工返修工作，为生产节约了大量工时及零件报废成本。