铁路货车转向架零部件加工工艺优化研究

姚毅 邹建美

摘要：对铁路货车转向架车轴、侧架等零部件加工工艺和刀具进行分析研究，找出原有工艺的不足，并有针对性的进行工艺优化，保证其加工质量和效率。

Abstract： This paper analyzes the turning processof railway wagon axle、side frame and other parts，finds out the shortage of the original process，process optimization to ensure the quality and efficiency of  processing.

关键词：车轴;侧架;加工

Key words： axle;side frame;processing

中图分类号：TG244                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0096-03

0  引言

转向架是铁路货车的走形部关键部位，其制造质量直接关系到铁路货车运用的安全。其中的车轴、侧架等又是转向架的关键零部件，其加工质量的好坏直接关系转向架的运行品质及安全。本文对原有的车轴车削工序存在的不足进行分析研究，提出车削工艺的优化方案，对原有侧架加工刀具存在的缺陷进行分析研究，提出侧架加工刀具的优化方案，通过验证并批量应用。

1  车轴加工工艺优化

车轴的加工工序主要有车削和磨削工序，其中车削工序的质量控制直接影响后续的磨削工序，是车轴的关键加工工序。现对原车轴车削工序进行分析研究，提出车削工艺的优化方案。

1.1 车轴毛坯材质及尺寸

一般由供应商向铁路货车制造廠家提供车轴毛坯，铁轮货车制造厂家完成车轴的车削、磨削和探伤工序，形成车轴成品。车轴的材质为LZ50，主要车削部位为轴颈、轮座和防尘座，车削量约3mm。

1.2 原车轴车削工艺分析

车轴切削量约3mm，切削量较大，一刀加工不能满足车轴尺寸及表面粗糙度的要求，车轴的车削一般采用半精车+精车的车削工艺，且半精车和精车分别在不同的设备上完成。

半精车切削量约2.5mm，采用单刀架车床完成加工，精车切削量约0.5mm，采用单刀架或双刀架车轴完成加工。（图1、图2）

优点：半精车+精车工序分设备加工，将车轴车削工序的加工时间分散到不同设备上，减少加工时间提高生产效率。

缺点：

①车轴在不同设备上加工，需二次装卡，增加车轴上下料的磕碰风险;同时二次装卡易造成车轴定位基准已产生差异，影响车轴加工质量;采用单刀架车床加工，加工过程中需要车轴调头加工，又增加了磕碰伤的风险。②现有单刀架车床使用年限较长，故障率较高，加工尺寸不稳定，且为非数控车床，对车轴的质量和加工效率都有较大的影响。③原有加工工艺车轴需频繁转序、上下料和装卡，以及掉头车削，操作者劳动强度较大。

1.3 车轴车削工艺优化方案

针对原车轴车削工艺的缺点，同时为了保证加工质量并兼顾加工效率，并减少操作者劳动强度，拟从以下几个方面进行车削工艺的优化：

①为了减少车轴的上下料次数，减少磕碰伤的风险，将半精车和精车工序调整到同一台车床上完成，将车轴上下料次数减少一倍。

②为了杜绝车轴的调头，确保车轴一次装卡完成加工，同时为了保证车轴加工节拍能够满足生产需求，采用双刀架车轴车床替代原有的单刀架车床，保证车轴加工质量及效率。

③由于半精车和精车工序在同一台双头车床上加工，切削量大，需要采用断屑加工，保证铁屑能够自动切断并排屑。

1.4 优化方案的实施效果

通过设备更新，车削工艺优化，合适的刀具选用和切削参数的制定，实现了车轴自动断削工艺加工，实施效果如下：

①采用数控双刀架车轴车床，实现了车轴车削一次装卡全自动加工，车轴加工质量得到有效保证。

②将半精车+精车工序合并在同一设备上完成，将车轴上下料次数减少一倍，有效降低车轴磕碰伤风险。

③随着新设备和新工艺的应用，经过切削试验，选型半精车和精车用刀具及加工参数，成功实现车轴的断屑加工，满足了全封闭数控车床自动加工需求。（图3、图4）

④随着半精车和精车合并于同一台设备上完成，随着数控化设备的应用，大大减少了转序、天车、车床操作的作业频次，降低了操作者的劳动强度。

1.5 优化方案的固化

经过工艺试验验证及批量生产应用，车轴车削工艺优化方案效果良好，固化为：

①半精车+精车在同一台设备上完成。

②加工工艺参数：

半精车：主轴转速：≥250r/min  切削深度：≤2.5mm

进给量：0.3-0.4mm/r  精车：主轴转速：≥315r/min

切削深度：≤0.5mm   进给量：0.2-0.4mm/r

2  侧架加工刀具优化

2.1 侧架加工刀具现状分析

①组合铣床原230刀盘。侧架导框组合铣床230刀盘加工精度低且效率低下，且粗糙度超差，后工序返修率较高。根据分析研究，对于大批量毛坯面的粗加工，由于毛坯面的凸凹不平及变形较大导致加工范围较大，同时又要保证加工效率一次成型，对加工刀具要求较高。

②侧架凹槽铣床原160刀盘。侧架凹槽铣床160刀盘极易损坏，导致更换刀盘频繁，约200台车更换1套刀盘，凹槽铣刀盘装卡由于跟160、230尺寸及160、230对称度密切相关，需要在装卡过程中不断的调整，费时费力，更换刀盘及调整相关尺寸一套刀盘（4件）约需要2天时间，刀盘消耗较大且影响生产效率。

2.2 侧架加工刀具的改进方案

①组合铣床230刀盘。针对K6侧架導框组合铣床加工精度低且效率低下，对原刀盘（图5）进行研究，其采用5层刀，每层刀只有2片。虽然加工范围比较大，最大加工余量可达12mm，但加工精度降低。经过对侧架毛坯加工部位加工量的批量测量，加工余量基本在6mm以下，所以设计了直径同样大的刀盘采用2层刀，高低层穿插排列，这样每层刀可达6片，最大加工量可达6mm，能满足加工余量范围，在同转速、进给量的情况下精度可提高3倍。如图6所示。

②凹槽铣床原160刀盘。K6侧架凹槽铣床160刀盘极易损坏，导致更换刀盘频繁。针对这个问题，对原刀盘进行分析，这种刀盘（图7）刀片是直接用螺钉紧固在刀盘上，刀片打碎后会直接损坏刀盘，刀盘易损坏。如果能够采用刀片下面加刀垫的方式，既可以起到缓冲的作用，同时在刀片损坏时还有刀垫保护刀盘。于是设计了一款带刀

垫的刀盘如图8所示。

2.3 优化方案的实施效果

侧架加工刀盘优化改进后，已生产了4000辆车，使用效果良好，侧架加工刀盘改进前和改进后的效果对比见表1。

从表1统计可看出，每个刀盘加工约2000件侧架，每片刀加工2-3件侧架，刀盘使用成本为改进前的10%，刀片成本为改进前的30-50%，侧架加工刀具成本降低为原来的37%，改进后的生产节拍为16辆/班，满足生产需求。

3  结论

车轴车削加工工艺和侧架加工刀具经过优化改进后，从2019年6月至今已加工了约4000辆车，根据统计，车轴车削加工工艺和侧架加工刀具的改进效果均达到了预期目标，并已批量投入应用，效果良好。

4  下阶段研究（应用）目标和方向

①继续跟踪车轴和侧架加工情况，并进行工艺固化。②收集国内外切削刀具材料的发展方向，刀具材料牌号的最新标准，做好相关刀具知识储备。③对侧架加工及车轴加工的自动传输工艺进行研究，减少零部件转序对天车的依赖。

参考文献：

[1]方南京.货车车轴加工质量问题分析研究.铁路车辆轮轴技术交流会论文集[M].北京：中国铁道学会车辆委员会，2016.

[2]成大先.机械设计手册[M].五版.化工工业出版社，2008.

[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工艺出版社，2011.