机车车轮镗孔夹具的设计

1 绪论

1.1 设计目的及意义

1.1.1 设计目的

车轮由专业厂家生产，专业化程度很高，制造工艺也日趋成熟，建立车轮数控加工工艺的技术对提高车轮专业化制造水平有重要理论意义和应用价值。通过对车轮结构进行三维造型，初步建立一个使用方便，安全可靠的车轮加工过程。

1.1.2 设计意义

众所周知，轮对是车辆走行部分中最重要的部件之一，是由车轴和车轮通过过盈联接组合而成的，轮对的作用是:车辆全部重量通过轮对施加在钢轨上;通过车轮与钢轨的粘着产生制动力;通过轮对滚动使车辆前进。因此轮对中的车轴和车轮承受了车辆的全部重量，在车辆的运行过程中起关键性的作用。它的质量好坏直接影响车辆的行车安全。随着车辆向高速重载方向发展，车辆的安全问题也日渐成为人们关心的话题。

轮对中的车轴是重要且关键的零件之一，可以说是重中之重。作用在车轴上的载荷有车辆自重和附加的动态载荷;由车体经空气弹簧传导到构架，再由构架传导到轴箱弹簧装置，然后传导轴颈，轮毂，最后传导到钢轨上。

随着列车运行速度的提高，运行安全性显得越来越重要。

1.2 选题的背景与来源

旧中国铁路建设,不仅数量少、质量低,而且布局不合理,大部分在沿海地区,西南西北地区几乎没有铁路。由于各条铁路在管理上各自为政,限制了铁路运输能力的发挥。新中国成立后,中国人民政府成立了铁道部,统一管理全国铁路,组织了桥梁和线路恢复工程,并大力修建新铁路,以保证日益增长的运输需要。在三年经济恢复时期(1949—1952年),相继完成了成渝、天兰铁路的铺轨通车任务。接着又动工新建兰新、宝成、丰沙。至1958年,恢复旧有铁路1994公里,新建及修复第二线铁路共1337公里,14个铁路枢纽得到改善和加强。由于武汉长江大桥的建成,北京至广州铁路全线贯通,全国铁路营业里程(不含地方铁路及企业专用线)增加到26708公里。

随着我国铁路事业的大力发展，对铁路车轮的需求量加大，同时对车轮的各

项性能也提出来更高的要求。整体车轮材料属于难加工材料，在机械加工过程充分利用现有的设备提高效益降低生产，亟需对车轮加工进行优化改进。

铁路是维持国家经济命脉运行的交通命脉，火车车轮轮箍是列车的重要部件之一，与铁路钢轨、车轴并称为铁路三大安全部件，是保证列车高速运行的关键部件，也是制造难度最高的工业产品之一。机车提速后，车轮在高速运动条件下，既承受车辆的承载，又在机车制动是承受闸瓦的作用，因而车轮在复杂盈利的状态下工作，对其强韧性、耐磨性等提出了更高的要求。因而研究车轮加工工艺，大力提升车轮产品综合质量，制造优质车轮，是实现铁路运输提速的有力保证。

随着工业发展的需要, 特别是火车制造业等特殊行业的发展, 给数控加工带来了前所未有的挑战, 对机床的要求越来越高。自然, 对夹具的要求也是越来越苛刻了。其复杂性, 专用性也逐步体现出来。现在的夹具, 已经开始朝着模块化, 一体化, 多功能的方向发展了。工艺水平也越来越集中。为了适应现代化水平的需要, 夹具的定位基准和抗疲劳强度的要求都变的更加严格。具体的说, 现在的高精度夹具的定位孔距精度高达±5µｍ , 这在以前是想都不敢想的。现在随着纳米技术的发展, 相信不久的将来, 机床的加工和夹具的定位都可以达到纳米的级别。这样的加工就更加精细, 原部件更加精密, 工业水平将更加提高。

本文分析了车轮的结构，车轮的材料，加工过程，详细说明整体碾轧车轮的整个加工工艺过程。

1.3 国内外研究状况

据不完全统计，目前全世界约有30余家列车车轮制造厂，主要分布在中、美，日、法、乌克兰等国家，其中技术领先的企业有法国莱迪纳、日本住友制钢所。法国阿尔斯通TGV高速列车创下577公里最高时速，使用的车轮和转向架就是莱迪纳的产品。乌克兰威克逊斯基冶金厂是目前世界产量最大的车轮厂，是俄罗斯铁路的主要供应商。美国曾是车轮生产能力最大的国家，年产30～40万吨车轮，但目前个车轮厂基本处于停产，半停产状态。中国目前sgi车轮产量最大的国家，年产40～50万吨车轮，主要厂商有马钢车轮轮箍厂、大同爱碧玺铸钢轮厂、太原重工辗钢轮厂、河南信阳同合铸钢车轮厂。

针对加工难度大和现代的产品的质量要求越来越高、更新换代速度快，导致模具制造业需要达到高性能、高质量、制造周期短。而且由于现在模具行业的兴起，同行业之间的竞争激烈，模具制造需要提高生产效率，降低制造成本，从而

提高利润率和市场竞争力。数控技术的广泛应用，使数控加工很好地完成了普通机械加工不能胜任的现代模具加工的要求和任务。

虽然中国模具行业发展很快，但模具制造技术技术含量低，与发达国家仍有较大差距，制造出来的模具往往达不到技术要求。因此我国每年都需要大量进口精密、大型、复杂、长寿命的模具。

我国模具制造和生产工艺总体上比国际先进水平落后很多，模具生产周期又比国外的长。一方面，我国模具制造的加工精度低、表面粗糙度高、寿命短，难以加工复杂的模具。另一方面，模具设计、加工和工艺装备等的工艺水平低。为了提高加工工艺水平，国内也做了很多关于数控加工工艺参数和加工刀具路径等方面的研究。

1.4 本课题研究的主要目的和内容

随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。

数控加工在现代模具制造中运用的越来越多，数控铣削能大幅提高加工质量，提高精度和加工效率，降低生产成本。本文根据工程实例，加工转向架车轮镗孔，设计一套专用夹具以达到加工的目的，同时大大降低生产成本。具体内容如下：对需要加工的转向架车轮进行了分析研究，确定加工的方法，包括：

(1)车削、铣削、钻孔、攻丝等工序。

(2)设计专用夹具并进行说明。

(3)设计专用夹具设计方案与设计的经济价值。

一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%—80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压