鐵路貨車輪對冷加工質(zhì)量保障關(guān)鍵技術(shù)研究

陳明輝　車仁峰

摘要：今年以來，隨著我國提出鐵路貨運(yùn)戰(zhàn)略，輪軸作為運(yùn)動的關(guān)鍵部位，他的環(huán)境變得更為惡劣，由于疲勞失效發(fā)生了很多情況，給經(jīng)濟(jì)和安全帶來了很大的隱患。為了是輪軸疲勞性能從根本上提高性能，使輪軸的壽命增長，本文主要是圍繞著輪對壓裝質(zhì)量和機(jī)械加工殘余應(yīng)力兩個方面來進(jìn)行研究，運(yùn)用綜合理論來進(jìn)行分析、試驗(yàn)研究和仿真模擬等方法，對冷加工質(zhì)量保障的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。首先，分析裂紋分布的主要位置和區(qū)域、宏觀形貌的裂紋、周期性等規(guī)律，其次是分析機(jī)械加工對表面殘余應(yīng)力分布的特性的影響規(guī)律性，提出用超聲波來改善車軸表面的殘余應(yīng)用分布的狀態(tài)和方法，通過試驗(yàn)表明，車輪經(jīng)過試驗(yàn)加工后轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膲簯?yīng)力，有助于提高性能。在最后，裝壓工藝仿真分析的過程中，得出了壓裝工藝參數(shù)對指標(biāo)的影響規(guī)律，保障了壓裝的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：壓裝；冷加工；殘余應(yīng)力；機(jī)械制造

引言

研究制約冷加工保障質(zhì)量的關(guān)鍵在技術(shù)，提高油輪的性能，減少疲勞裂紋，保障安全運(yùn)輸鐵路貨物。

1.冷加工質(zhì)量保障研究現(xiàn)狀

輪軸的冷加工主要包括輪軸的組裝和機(jī)械加工兩個部分，其加工的質(zhì)量直接影響到輪軸使用的性能，輪軸的性能不合格的明顯表現(xiàn)主要是比預(yù)期壽命要更早的出現(xiàn)疲勞裂紋，這種情況是軸輪中最長出現(xiàn)的也是最危險(xiǎn)的失效形式，因此軸輪的疲勞壽命預(yù)測方法和疲勞性能也得到了很大的關(guān)注。根據(jù)以上各個問題，國內(nèi)外的學(xué)者都從各個角度進(jìn)行了不同程度上的研究。張忠通過對壓裝曲線的觀察、分析得出了過盈量對于壓裝質(zhì)量的影響，他是根據(jù)厚壁圓筒理論，計(jì)算出牢固聯(lián)接所需要的最低的過盈量：徐傳來以車輪為主要研究對象，運(yùn)用了國際聯(lián)盟中的UIC510-5/2003所給出的載荷工況，計(jì)算出了車輪的疲勞強(qiáng)度，并且運(yùn)用了Goodman曲線對他進(jìn)行評定。

2.分析研究

根據(jù)我國鐵路貨車輪軸的冷加工質(zhì)量的問題進(jìn)行研究分析，原因主要有以下幾點(diǎn)

2.1 對冷加工影響因素進(jìn)行研究分析

分析相對較多的車軸的冷加工工藝的質(zhì)量問題，找出可能對冷加工質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素，對裂紋軸進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)，分析裂紋的位置和區(qū)域、裂紋的形貌、產(chǎn)生的周期規(guī)律。對車軸的受載荷的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，全面分析影響輪軸性能的重要因素，找出影響冷加工階段的因素，為下一個階段的研究指清重點(diǎn)所在。

2.2對軸輪冷加工進(jìn)行更深一步的研究

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析殘余應(yīng)力分布的范圍、規(guī)律，進(jìn)行多組統(tǒng)計(jì)，得出殘余應(yīng)力沿車軸分布的規(guī)律，并且分析為什么可能產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)際情況分析軸輪冷加工殘余應(yīng)力的改善方法，對他進(jìn)行論證分析，用有限元仿真的方法，對殘余力和殘余壽命的定量關(guān)系。

2.3對保障輪對壓裝質(zhì)量的方法進(jìn)行研究

通過限元仿真模擬壓裝過程，得出其分布規(guī)律：根據(jù)他的尺寸、結(jié)構(gòu)、行車受載荷等各方面的因素進(jìn)行詳細(xì)的論述。針對某個生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)實(shí)施并完成這個實(shí)驗(yàn)，找到適合這個廠的最佳壓裝工藝參數(shù)。

3.壓裝工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)之前的研究工作，知道了我國鐵路壓裝工藝參數(shù)與國外壓裝公益參數(shù)之間存在著很大的差異，主要體現(xiàn)在圓柱度、過盈量、粗度等方面的參數(shù)的匹配上，在對于壓裝曲線的判斷的方面，國內(nèi)與國際方面也存在著很大的差異，面對這些不足，國內(nèi)還有許多工作要改進(jìn)、完善

3.1仿真試驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)的目的主要是研究圓柱度、過盈配合、粗糙度等參數(shù)對于壓裝質(zhì)量的影響規(guī)律，必須要保證實(shí)際壓裝時與試件部位的應(yīng)力情況相一致，才能夠反應(yīng)實(shí)際壓裝時輪座的真實(shí)受損情況，才能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。所以采用計(jì)算機(jī)仿真的方法分別來模擬式樣和原型的壓裝過程，其接觸的配合面應(yīng)力進(jìn)行比較，才能檢驗(yàn)試樣設(shè)計(jì)的科學(xué)性

3.2實(shí)驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)主要是模擬輪對壓裝和退輪的整個過程，試驗(yàn)是由工裝、試件、壓力機(jī)、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、位移傳感器、電腦等組成的。

4.結(jié)論

本文主要是鐵路或車輪軸為主要的研究對象，把輪對壓裝質(zhì)量和機(jī)械加工殘余應(yīng)力作為研究的重點(diǎn)，通過理論研究、仿真模擬、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方法進(jìn)行研究，針對冷加工的質(zhì)量保障保健進(jìn)行系統(tǒng)的研究。對車軸的裂紋萌生肌理和失效規(guī)律進(jìn)行研究、統(tǒng)計(jì)，分析裂紋分布的位置和區(qū)域、產(chǎn)生的周期，裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象；揭示出車軸裂紋萌生的肌理。文章中總結(jié)分析了影響冷加工質(zhì)量的主要因素，根據(jù)制造軸輪的工藝過程的特點(diǎn)，得出了壓裝工藝和機(jī)械加工殘余應(yīng)力是影響質(zhì)量的主要因素，通過改善優(yōu)化壓裝工藝和表面殘余應(yīng)力可以進(jìn)一步的提高加工的質(zhì)量；對壓裝工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對現(xiàn)有的壓裝質(zhì)量的保障體系進(jìn)行完善。在比較國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)之后，分別通過了對比試驗(yàn)方法和有限元仿真的方法對壓裝質(zhì)量的影響進(jìn)一步的研究，針對具體的情況來進(jìn)行試驗(yàn)，找出最優(yōu)的壓裝工藝參數(shù)，在輪軸壓裝質(zhì)量等各個方面都起到了良好的效果

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