機加工工藝對輪軸疲勞可靠性的影響分析

李雪梅

摘 要：隨著我國高鐵建設(shè)的不斷深入，常規(guī)鐵路線路上的行駛區(qū)間和范圍也得到了拓展，這在一定程度上讓原本面臨發(fā)展窘境的貨運列車無論從規(guī)模上還是從行駛區(qū)間上都有了顯著的提高。而作為貨運列車的重要組成部分，列車輪軸可靠性的重要性就直接關(guān)系到列車的行駛安全問題。本文就結(jié)合實際針對機加工工藝對輪軸疲勞可靠性的影響進行解析。

關(guān)鍵詞：機加工工藝 輪軸疲勞可靠性 冷加工

1. 概述

當電氣化鐵路運行方案正式實施之后，讓以傳統(tǒng)動力為主導(dǎo)的貨運列車發(fā)展一路趨于沒落，但是隨著高鐵建設(shè)速度和范圍的不斷延伸、隨著貨運列車動力源的改造成功，又再一次讓貨運列車迎來了發(fā)展的“第二春”。但是在列車行走過程中，因為細微的機械故障而釀成的問題甚至是事故的情況也十分突出，根據(jù)管內(nèi)通報資料顯示，2013年發(fā)生在美國的貨運列車脫線事故、2011年發(fā)生在俄羅斯的貨運列車相撞事故、2012年發(fā)生在蚌埠南貨場的貨運列車交通事故中，都能看到因為輪軸疲勞而造成的安全隱患的因素出現(xiàn)。

2. 影響輪軸機加工工藝可靠性的主要因素

輪軸之所以出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，是因為在輪軸機加工過程中相關(guān)的加工工藝沒有嚴格按照工藝標準和要求來進行操作，因此在機加工結(jié)束之后不就，輪軸就出現(xiàn)了不同程度的裂紋，雖然這種裂紋在檢驗的過程中呈現(xiàn)出來的狀態(tài)都是較為細微的，如果不用專業(yè)的設(shè)備對其進行鑒定的話有可能很難發(fā)現(xiàn)，但是恰恰就是這較為細微的裂痕，有可能是直接導(dǎo)致貨運列車行車事故的主要元兇。

根據(jù)相關(guān)車輛廠內(nèi)部所做的輪軸產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，基本上輪軸的裂紋會較為集中的出現(xiàn)在軸頸、和輪座兩側(cè)，因此軸頸位置和輪座區(qū)域是機加工工藝主要關(guān)注的問題。而直接影響輪軸冷加工工藝可靠性的主要元素包括機加工表面質(zhì)量壓裝配合表面質(zhì)量兩個部分。

3. 解決輪軸機加工工藝影響因素采取的措施

輪軸之所以出現(xiàn)這種細小的裂紋，主要原因是因為呈現(xiàn)出了一定的疲勞狀態(tài)，客觀的講，在剛剛完成機加工，尤其是這種加工都是冷加工工藝的時候，是不應(yīng)該出現(xiàn)這種因為疲勞而形成的裂紋的，只能說是輪軸在機加工過程中因為加工工藝的不當而出現(xiàn)了受力或者作用力失當?shù)膯栴}出現(xiàn)。

其實要想徹底解決這種加工工藝過程中存在的問題，所采用的方式和方法并不復(fù)雜，但是主要是因為操作工在實際操作中因為操作手法的差異而人為造成的誤差較多。在輪軸機加工工藝中，一個十分關(guān)鍵的節(jié)點問題就是半精車和磨削工藝過程。輪軸之所以會大量的出現(xiàn)因為疲勞兒形成的裂紋，究其原因主要是跟這兩道工序的相關(guān)工藝不透明或者沒有按照規(guī)程進行操作有著直接的關(guān)系。

3.1 輪軸半精車工藝

如果按照單一的機加工工藝過程而言，輪軸在進行半精車工藝操作的時候，可以不用考慮其它存在的因素，或者是不用考慮其它的加工工序。但是由于貨運列車的輪軸不能像其它輪軸那樣實現(xiàn)流水作業(yè)，只能是一個節(jié)點一個節(jié)點的來完成之后在繼續(xù)下一道工序的加工。因此，在輪軸半精車工藝過程中首先讓輪軸自身的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化也就不足為奇了。而在指定輪軸的半精車工藝標準的時候，的確是明確的要求了“分別半精車左、右各端的外圓和軸肩端面，另外還要體現(xiàn)預(yù)留出磨削的余量”，對于最后一個預(yù)留出磨削余量的問題，許多從事機加工的操作工人都能夠提起注意，并且也在加工初期的確關(guān)注了這個問題。但是在對產(chǎn)生疲勞裂痕的輪軸進行相關(guān)深入調(diào)查的時候卻發(fā)現(xiàn)，有許多問題的確是因為這種預(yù)留的磨削余量出現(xiàn)了問題而直接導(dǎo)致的。按理說這是一個悖論，因為一方面是注意了這種磨削的余量之后，再進行相關(guān)的機加工就不用在來考慮這個問題了，一般情況下這種配個是較為嚴謹?shù)模且坏┮驗檩S頸部位半精車工藝沒有落實到位，特別是因為需要加工左右兩端的外圓，讓一些人失去了耐心和信心，進而轉(zhuǎn)變成了鬧心，如果仍然將目光定位在半精車加工流程中，那么其實也不能算加工失敗，但這其中有一個絕對重要的問題就是輪軸的加工在進行完半精車之后并沒有徹底結(jié)束，而是需要進行一定的磨削工作作作為補充，而這個時候那些預(yù)留的磨削工藝與流量已經(jīng)為了彌補半精車階段中的失當行為而失去了，要想避免這個問題出現(xiàn)，就必須要選擇技術(shù)較為成熟的熟練工來完成這個輪軸的半精車工藝。

3.2 輪軸磨削工藝

磨床的磨削方式有2種：貫穿式無心磨削和切入式無心磨削。貫穿式無心磨削一般用于單砂輪，它的導(dǎo)輪是單葉雙曲面，推動凸輪軸沿軸向移動，僅僅用于磨削光軸。切入式無心磨削是由多砂輪磨削（若是單砂輪磨削，一般砂輪被修整成成型砂輪，如：磨削液壓挺柱的球面），如現(xiàn)有480凸輪軸的磨削，可磨削階梯軸，導(dǎo)輪為多片盤狀組合而成，工件不能沿軸向移動，無論是哪一種磨削方式，工件的中心都高于砂輪和導(dǎo)輪的中心，一般切入式磨削都有上料工位、磨削工位、測量工位、卸料工位組成。砂輪線速度60m/s，軸頸徑向磨削余量可達3.5mm，單件磨削時間18s，單件工時25s。用無心磨床加工凸輪軸是一種新穎、獨特的新工藝，新方法，但又存在一定的局限性，特別是不易磨削軸肩和端面，一般不用于多品種凸輪軸的加工，只用于單一品種、大批量的生產(chǎn)，若要更換所加工的凸輪軸品種，就要更換導(dǎo)輪和砂輪，各砂輪間距需重新調(diào)整。

4. 結(jié)束語

綜上所述，輪軸機加工工藝的優(yōu)劣，不僅僅關(guān)系到列車輪軸的行駛安全，更關(guān)系到鐵路大動脈以及相關(guān)司乘人員的人身財產(chǎn)安全，因此，在進行輪軸機加工工藝過程中，必須時刻將“嚴謹”、“認真”、“精準”作為輪軸機加工工藝中不可忽視的問題去直接面對。這樣既是對金屬工藝加工工藝的負責(zé)，也是對公眾安全的負責(zé)體現(xiàn)。

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