高速动车组空心车轴加工工艺研究

高速动车组空心车轴加工工艺研究
摘要：本文主要介绍了高速动车组空心车轴加工的主要流程及加工过程中的主要难点。

通过工艺改进方法来保证空心轴的尺寸公差、形位公差，利用高频淬火工艺来提高车轴表面硬度，减轻轴承、车轮、制动盘压装过程中对车轴的磨损。

关键词：高速动车组空心车轴粗加工精加工淬火
前言：随着国内外高速动车组的飞速发展，为了满足高速运输的需求，目前高速客车一般采用空心车轴，以此达到减轻转向架簧下重量，降低轮轨间相互作用力，提高运行速度的目的。

1. 空心车轴的加工工艺
空心车轴加工的难点是保证车轴各部位外圆表面的尺寸精度和同轴度要求以及外圆表面和孔的同轴度要求。

1.1 空心车轴简图
拖车空心轴简图如图1所示，图中给出了空心车轴主要的加工尺寸，是车轴与车轮、车轴与轴承、车轴与轴箱体配合的关键尺寸，在空心轴加工中必须通过工艺手段加以控制。

1.2 空心轴加工工序
空心车轴加工过程是相当复杂的，对尺寸精度要求极高，通过对空心车轴分析可将加工工艺划分为：粗铣端面、粗打中心孔→粗车外圆→精铣端面、精打中心孔→半精车外圆→车轴径向超声波探伤→精车外圆→车轴表面淬火→钻削车轴内孔→珩磨内孔→内孔超声波探伤→加工端面键槽、螺纹、内孔→磨削外圆→磨削轮座等→磁粉探伤→交检车轴[2]。

2. 空心车轴加工难点分析
2.1车轴通孔加工
（1）空心车轴的通孔深2m多，需要的刀杆长，导致刚性差，钻孔过程中容易产生震动和钻偏，影响刀具使用寿命并且通孔的加工质量很难得到保证。

（2）随着钻孔的不断加深，润滑、冷却和排出切屑都变得越来越困难，同时产生大量热量难以散除，使得车轴内部温度升高，加工质量降低，刀具磨损加快。

2.2 车轴表面硬度和阶梯轴处应力集中
车轴在制动盘座、齿轮座、轮座等部位采用普通的淬火工艺很难保证淬硬层厚度的均匀性，车轴在长期的运营过程中这些部位是疲劳破坏的危险区域。

同时在阶梯轴过渡地方存在应力集中，加剧了车轴的疲劳损坏。

2.3 车轴外圆同轴度
制动盘座、齿轮座、轮座与车轴配合处，车轴的尺寸精度、表面质量、表面硬度直接影响压装质量。

车轴长度超过2m，采用普通的加工中心及现有的加工工艺很难保证尺寸和形位公差精度。

3. 改进加工工艺
（1）采用柏林格加工中心来保证车轴通孔的同轴度。

柏林格加工中心通过内部程序模块可达到钻偏自动纠正的功能：钻头在车轴一端准确定位，此时车轴在空间位置的三点坐标已经形成，刀具运行过程中自动找正，由车轴一端按照比通孔小的直径钻孔到另一端；随后，刀具通过车轴另一端面中心定位，按照通孔的最终尺寸完成加工。

（2）改善刀具材质是提高加工质量的关键。

稀土硬质合金钢刀具作为一种新型刀具在深孔加工中得到应用，它通过在硬质合金材料中添加少量的稀土元素，来提高硬质合金的断裂韧性、耐磨性和抗弯强度，加工表面的粗糙度也可得以改善。

（3）利用空心车轴表面高频淬火工艺来提高车轴的强度、硬度，避免轴承、车轮、制动盘压装过程中对车轴的磨损。

高频淬火是利用高频电流对工件表面局部进行迅速加热，然后迅速淬火的一种金属热处理工艺，该工艺已经在日本新干线车轴上得到了广泛应用。

空心车轴高频淬火工艺流程是将车轴放在空心铜管绕成的感应加热器里，通入中频或者高频交流电，此时在车轴表面感应形成同频率的感应电流；车轴表面感应加热后迅速喷水冷却处理，表面形成致密且坚硬的马氏体+珠光体组织层，明显提高空心车轴外表面硬度，而对于心部的保持原来的显微组织，硬度不发生变化[3]。

4. 结论
（1）空心车轴加工的难点是保证车轴各部位外圆表面的尺寸公差和形位公差以及外圆表面和通孔的同轴度要求。

利用柏林格加工中心程序模块能达到钻偏自动纠正功能，保证通孔与外表面同轴度要求。

（2）车轴表面高频淬火可以提高车轴强度、硬度，能够减轻轴承、车轮、制动盘在压装过程中以及压装完后的运营过程中对车轴的磨损。

（3）稀土硬质合金钢刀具具有断裂韧性、抗弯强度高和耐磨性好等特点，
能提高空心车轴的加工质量。

参考文献：
[1]冯晓东，空心车轴的加工工艺及其工装夹具[J].铁道机车车辆工人，第6期2009年6月.
[2]周嵘，浅谈高速动车组空心车轴加工工艺及设备[].机车车辆工艺，第3期2008年6月.
[3]赵云生. 日本新干线车轴淬火技术应用综述[J]. 国外铁道车辆，第5期2011年.。