鐵路貨車轉(zhuǎn)向架零部件加工工藝優(yōu)化研究

姚毅 鄒建美

摘要：對(duì)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架車軸、側(cè)架等零部件加工工藝和刀具進(jìn)行分析研究，找出原有工藝的不足，并有針對(duì)性的進(jìn)行工藝優(yōu)化，保證其加工質(zhì)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(guān)鍵詞：車軸;側(cè)架;加工

Key words： axle;side frame;processing

中圖分類號(hào)：TG244? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0096-03

0? 引言

轉(zhuǎn)向架是鐵路貨車的走形部關(guān)鍵部位，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路貨車運(yùn)用的安全。其中的車軸、側(cè)架等又是轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零部件，其加工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行品質(zhì)及安全。本文對(duì)原有的車軸車削工序存在的不足進(jìn)行分析研究，提出車削工藝的優(yōu)化方案，對(duì)原有側(cè)架加工刀具存在的缺陷進(jìn)行分析研究，提出側(cè)架加工刀具的優(yōu)化方案，通過(guò)驗(yàn)證并批量應(yīng)用。

1? 車軸加工工藝優(yōu)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(zhì)量控制直接影響后續(xù)的磨削工序，是車軸的關(guān)鍵加工工序。現(xiàn)對(duì)原車軸車削工序進(jìn)行分析研究，提出車削工藝的優(yōu)化方案。

1.1 車軸毛坯材質(zhì)及尺寸

一般由供應(yīng)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(zhì)為L(zhǎng)Z50，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(shè)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(yōu)點(diǎn)：半精車+精車工序分設(shè)備加工，將車軸車削工序的加工時(shí)間分散到不同設(shè)備上，減少加工時(shí)間提高生產(chǎn)效率。

缺點(diǎn)：

①車軸在不同設(shè)備上加工，需二次裝卡，增加車軸上下料的磕碰風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)二次裝卡易造成車軸定位基準(zhǔn)已產(chǎn)生差異，影響車軸加工質(zhì)量;采用單刀架車床加工，加工過(guò)程中需要車軸調(diào)頭加工，又增加了磕碰傷的風(fēng)險(xiǎn)。②現(xiàn)有單刀架車床使用年限較長(zhǎng)，故障率較高，加工尺寸不穩(wěn)定，且為非數(shù)控車床，對(duì)車軸的質(zhì)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(zhuǎn)序、上下料和裝卡，以及掉頭車削，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

1.3 車軸車削工藝優(yōu)化方案

針對(duì)原車軸車削工藝的缺點(diǎn)，同時(shí)為了保證加工質(zhì)量并兼顧加工效率，并減少操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)行車削工藝的優(yōu)化：

①為了減少車軸的上下料次數(shù)，減少磕碰傷的風(fēng)險(xiǎn)，將半精車和精車工序調(diào)整到同一臺(tái)車床上完成，將車軸上下料次數(shù)減少一倍。

②為了杜絕車軸的調(diào)頭，確保車軸一次裝卡完成加工，同時(shí)為了保證車軸加工節(jié)拍能夠滿足生產(chǎn)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(zhì)量及效率。

③由于半精車和精車工序在同一臺(tái)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(dòng)切斷并排屑。

1.4 優(yōu)化方案的實(shí)施效果

通過(guò)設(shè)備更新，車削工藝優(yōu)化，合適的刀具選用和切削參數(shù)的制定，實(shí)現(xiàn)了車軸自動(dòng)斷削工藝加工，實(shí)施效果如下：

①采用數(shù)控雙刀架車軸車床，實(shí)現(xiàn)了車軸車削一次裝卡全自動(dòng)加工，車軸加工質(zhì)量得到有效保證。

②將半精車+精車工序合并在同一設(shè)備上完成，將車軸上下料次數(shù)減少一倍，有效降低車軸磕碰傷風(fēng)險(xiǎn)。

③隨著新設(shè)備和新工藝的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)切削試驗(yàn)，選型半精車和精車用刀具及加工參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)車軸的斷屑加工，滿足了全封閉數(shù)控車床自動(dòng)加工需求。（圖3、圖4）

④隨著半精車和精車合并于同一臺(tái)設(shè)備上完成，隨著數(shù)控化設(shè)備的應(yīng)用，大大減少了轉(zhuǎn)序、天車、車床操作的作業(yè)頻次，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.5 優(yōu)化方案的固化

經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)驗(yàn)證及批量生產(chǎn)應(yīng)用，車軸車削工藝優(yōu)化方案效果良好，固化為：

①半精車+精車在同一臺(tái)設(shè)備上完成。

②加工工藝參數(shù)：

半精車：主軸轉(zhuǎn)速：≥250r/min? 切削深度：≤2.5mm

進(jìn)給量：0.3-0.4mm/r? 精車：主軸轉(zhuǎn)速：≥315r/min

切削深度：≤0.5mm? ?進(jìn)給量：0.2-0.4mm/r

2? 側(cè)架加工刀具優(yōu)化

2.1 側(cè)架加工刀具現(xiàn)狀分析

①組合銑床原230刀盤(pán)。側(cè)架導(dǎo)框組合銑床230刀盤(pán)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(jù)分析研究，對(duì)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(dǎo)致加工范圍較大，同時(shí)又要保證加工效率一次成型，對(duì)加工刀具要求較高。

②側(cè)架凹槽銑床原160刀盤(pán)。側(cè)架凹槽銑床160刀盤(pán)極易損壞，導(dǎo)致更換刀盤(pán)頻繁，約200臺(tái)車更換1套刀盤(pán)，凹槽銑刀盤(pán)裝卡由于跟160、230尺寸及160、230對(duì)稱度密切相關(guān)，需要在裝卡過(guò)程中不斷的調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更換刀盤(pán)及調(diào)整相關(guān)尺寸一套刀盤(pán)（4件）約需要2天時(shí)間，刀盤(pán)消耗較大且影響生產(chǎn)效率。

2.2 側(cè)架加工刀具的改進(jìn)方案

①組合銑床230刀盤(pán)。針對(duì)K6側(cè)架導(dǎo)框組合銑床加工精度低且效率低下，對(duì)原刀盤(pán)（圖5）進(jìn)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(dá)12mm，但加工精度降低。經(jīng)過(guò)對(duì)側(cè)架毛坯加工部位加工量的批量測(cè)量，加工余量基本在6mm以下，所以設(shè)計(jì)了直徑同樣大的刀盤(pán)采用2層刀，高低層穿插排列，這樣每層刀可達(dá)6片，最大加工量可達(dá)6mm，能滿足加工余量范圍，在同轉(zhuǎn)速、進(jìn)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(pán)。K6側(cè)架凹槽銑床160刀盤(pán)極易損壞，導(dǎo)致更換刀盤(pán)頻繁。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)原刀盤(pán)進(jìn)行分析，這種刀盤(pán)（圖7）刀片是直接用螺釘緊固在刀盤(pán)上，刀片打碎后會(huì)直接損壞刀盤(pán)，刀盤(pán)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(shí)在刀片損壞時(shí)還有刀墊保護(hù)刀盤(pán)。于是設(shè)計(jì)了一款帶刀

墊的刀盤(pán)如圖8所示。

2.3 優(yōu)化方案的實(shí)施效果

側(cè)架加工刀盤(pán)優(yōu)化改進(jìn)后，已生產(chǎn)了4000輛車，使用效果良好，側(cè)架加工刀盤(pán)改進(jìn)前和改進(jìn)后的效果對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1統(tǒng)計(jì)可看出，每個(gè)刀盤(pán)加工約2000件側(cè)架，每片刀加工2-3件側(cè)架，刀盤(pán)使用成本為改進(jìn)前的10%，刀片成本為改進(jìn)前的30-50%，側(cè)架加工刀具成本降低為原來(lái)的37%，改進(jìn)后的生產(chǎn)節(jié)拍為16輛/班，滿足生產(chǎn)需求。

3? 結(jié)論

車軸車削加工工藝和側(cè)架加工刀具經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后，從2019年6月至今已加工了約4000輛車，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，車軸車削加工工藝和側(cè)架加工刀具的改進(jìn)效果均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，并已批量投入應(yīng)用，效果良好。

4? 下階段研究（應(yīng)用）目標(biāo)和方向

①繼續(xù)跟蹤車軸和側(cè)架加工情況，并進(jìn)行工藝固化。②收集國(guó)內(nèi)外切削刀具材料的發(fā)展方向，刀具材料牌號(hào)的最新標(biāo)準(zhǔn)，做好相關(guān)刀具知識(shí)儲(chǔ)備。③對(duì)側(cè)架加工及車軸加工的自動(dòng)傳輸工藝進(jìn)行研究，減少零部件轉(zhuǎn)序?qū)μ燔嚨囊蕾嚒?/p>

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