鐵路貨車轉向架零部件加工工藝優化研究

姚毅 鄒建美

摘要：對鐵路貨車轉向架車軸、側架等零部件加工工藝和刀具進行分析研究，找出原有工藝的不足，并有針對性的進行工藝優化，保證其加工質量和效率。

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.

關鍵詞：車軸;側架;加工

Key words： axle;side frame;processing

中圖分類號：TG244? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0096-03

0? 引言

轉向架是鐵路貨車的走形部關鍵部位，其制造質量直接關系到鐵路貨車運用的安全。其中的車軸、側架等又是轉向架的關鍵零部件，其加工質量的好壞直接關系轉向架的運行品質及安全。本文對原有的車軸車削工序存在的不足進行分析研究，提出車削工藝的優化方案，對原有側架加工刀具存在的缺陷進行分析研究，提出側架加工刀具的優化方案，通過驗證并批量應用。

1? 車軸加工工藝優化

車軸的加工工序主要有車削和磨削工序，其中車削工序的質量控制直接影響后續的磨削工序，是車軸的關鍵加工工序。現對原車軸車削工序進行分析研究，提出車削工藝的優化方案。

1.1 車軸毛坯材質及尺寸

一般由供應商向鐵路貨車制造廠家提供車軸毛坯，鐵輪貨車制造廠家完成車軸的車削、磨削和探傷工序，形成車軸成品。車軸的材質為LZ50，主要車削部位為軸頸、輪座和防塵座，車削量約3mm。

1.2 原車軸車削工藝分析

車軸切削量約3mm，切削量較大，一刀加工不能滿足車軸尺寸及表面粗糙度的要求，車軸的車削一般采用半精車+精車的車削工藝，且半精車和精車分別在不同的設備上完成。

半精車切削量約2.5mm，采用單刀架車床完成加工，精車切削量約0.5mm，采用單刀架或雙刀架車軸完成加工。（圖1、圖2）

優點：半精車+精車工序分設備加工，將車軸車削工序的加工時間分散到不同設備上，減少加工時間提高生產效率。

缺點：

①車軸在不同設備上加工，需二次裝卡，增加車軸上下料的磕碰風險;同時二次裝卡易造成車軸定位基準已產生差異，影響車軸加工質量;采用單刀架車床加工，加工過程中需要車軸調頭加工，又增加了磕碰傷的風險。②現有單刀架車床使用年限較長，故障率較高，加工尺寸不穩定，且為非數控車床，對車軸的質量和加工效率都有較大的影響。③原有加工工藝車軸需頻繁轉序、上下料和裝卡，以及掉頭車削，操作者勞動強度較大。

1.3 車軸車削工藝優化方案

針對原車軸車削工藝的缺點，同時為了保證加工質量并兼顧加工效率，并減少操作者勞動強度，擬從以下幾個方面進行車削工藝的優化：

①為了減少車軸的上下料次數，減少磕碰傷的風險，將半精車和精車工序調整到同一臺車床上完成，將車軸上下料次數減少一倍。

②為了杜絕車軸的調頭，確保車軸一次裝卡完成加工，同時為了保證車軸加工節拍能夠滿足生產需求，采用雙刀架車軸車床替代原有的單刀架車床，保證車軸加工質量及效率。

③由于半精車和精車工序在同一臺雙頭車床上加工，切削量大，需要采用斷屑加工，保證鐵屑能夠自動切斷并排屑。

1.4 優化方案的實施效果

通過設備更新，車削工藝優化，合適的刀具選用和切削參數的制定，實現了車軸自動斷削工藝加工，實施效果如下：

①采用數控雙刀架車軸車床，實現了車軸車削一次裝卡全自動加工，車軸加工質量得到有效保證。

②將半精車+精車工序合并在同一設備上完成，將車軸上下料次數減少一倍，有效降低車軸磕碰傷風險。

③隨著新設備和新工藝的應用，經過切削試驗，選型半精車和精車用刀具及加工參數，成功實現車軸的斷屑加工，滿足了全封閉數控車床自動加工需求。（圖3、圖4）

④隨著半精車和精車合并于同一臺設備上完成，隨著數控化設備的應用，大大減少了轉序、天車、車床操作的作業頻次，降低了操作者的勞動強度。

1.5 優化方案的固化

經過工藝試驗驗證及批量生產應用，車軸車削工藝優化方案效果良好，固化為：

①半精車+精車在同一臺設備上完成。

②加工工藝參數：

半精車：主軸轉速：≥250r/min? 切削深度：≤2.5mm

進給量：0.3-0.4mm/r? 精車：主軸轉速：≥315r/min

切削深度：≤0.5mm? ?進給量：0.2-0.4mm/r

2? 側架加工刀具優化

2.1 側架加工刀具現狀分析

①組合銑床原230刀盤。側架導框組合銑床230刀盤加工精度低且效率低下，且粗糙度超差，后工序返修率較高。根據分析研究，對于大批量毛坯面的粗加工，由于毛坯面的凸凹不平及變形較大導致加工范圍較大，同時又要保證加工效率一次成型，對加工刀具要求較高。

②側架凹槽銑床原160刀盤。側架凹槽銑床160刀盤極易損壞，導致更換刀盤頻繁，約200臺車更換1套刀盤，凹槽銑刀盤裝卡由于跟160、230尺寸及160、230對稱度密切相關，需要在裝卡過程中不斷的調整，費時費力，更換刀盤及調整相關尺寸一套刀盤（4件）約需要2天時間，刀盤消耗較大且影響生產效率。

2.2 側架加工刀具的改進方案

①組合銑床230刀盤。針對K6側架導框組合銑床加工精度低且效率低下，對原刀盤（圖5）進行研究，其采用5層刀，每層刀只有2片。雖然加工范圍比較大，最大加工余量可達12mm，但加工精度降低。經過對側架毛坯加工部位加工量的批量測量，加工余量基本在6mm以下，所以設計了直徑同樣大的刀盤采用2層刀，高低層穿插排列，這樣每層刀可達6片，最大加工量可達6mm，能滿足加工余量范圍，在同轉速、進給量的情況下精度可提高3倍。如圖6所示。

②凹槽銑床原160刀盤。K6側架凹槽銑床160刀盤極易損壞，導致更換刀盤頻繁。針對這個問題，對原刀盤進行分析，這種刀盤（圖7）刀片是直接用螺釘緊固在刀盤上，刀片打碎后會直接損壞刀盤，刀盤易損壞。如果能夠采用刀片下面加刀墊的方式，既可以起到緩沖的作用，同時在刀片損壞時還有刀墊保護刀盤。于是設計了一款帶刀

墊的刀盤如圖8所示。

2.3 優化方案的實施效果

側架加工刀盤優化改進后，已生產了4000輛車，使用效果良好，側架加工刀盤改進前和改進后的效果對比見表1。

從表1統計可看出，每個刀盤加工約2000件側架，每片刀加工2-3件側架，刀盤使用成本為改進前的10%，刀片成本為改進前的30-50%，側架加工刀具成本降低為原來的37%，改進后的生產節拍為16輛/班，滿足生產需求。

3? 結論

車軸車削加工工藝和側架加工刀具經過優化改進后，從2019年6月至今已加工了約4000輛車，根據統計，車軸車削加工工藝和側架加工刀具的改進效果均達到了預期目標，并已批量投入應用，效果良好。

4? 下階段研究（應用）目標和方向

①繼續跟蹤車軸和側架加工情況，并進行工藝固化。②收集國內外切削刀具材料的發展方向，刀具材料牌號的最新標準，做好相關刀具知識儲備。③對側架加工及車軸加工的自動傳輸工藝進行研究，減少零部件轉序對天車的依賴。

參考文獻：

[1]方南京.貨車車軸加工質量問題分析研究.鐵路車輛輪軸技術交流會論文集[M].北京：中國鐵道學會車輛委員會，2016.

[2]成大先.機械設計手冊[M].五版.化工工業出版社，2008.

[3]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工藝出版社，2011.