空心车轴的应用与加工.ppt

我国现阶段高速空心车轴的应 用、设计与加工西南交通大学牵引动力 国家重点实验室 黄志辉一、高速空心车轴的应用情况l1. CRH动车组系列l CRH1转向架拖车车轴图l CRH2转向架空心车轴图我国200km/h机车六连杆轮对空心轴驱动装置我国270km/h动力车空心车轴我国250km/h客车空心车轴二、为什么要采用空心车轴l1. 减轻簧下重量l减少轨道磨损，这种磨损在高速运行时尤 为剧烈；同时改善车的动力学性能l垂向动态附加载荷∽av la—线路缺陷；v—运行速度； lu—线路刚度；m—簧下部分质量2. 便于进行车轴的超声探伤l空心车轴的应用意味着不可能将声束从轴 端射向关键区域因此，必须采取不同的 探测方法常见的一种是从内孔表面处探 测车轴的处表而3.可以提高超声波探伤的精度l和从车轴表面探伤相比，从锉削空心车轴 内探伤的超声波射束路程短由于能够使 射束集中在裂纹附近，所以提高了探伤的 精度三、空心车轴的设计l原则：l1.重点关注4个关键l2.要有足够的安全系数l将许用应力和计算应力的比率定义为疲劳 安全裕度要求计算部分的安全系数均应 大于EN 13104标准的最小值（Kmin≥1）。

空心车轴设计的4个关键l1.车轴轮座直径D与车轴轴身直径d之比l2.轮座内侧圆弧为R与车轴轮座直径D之比l3.车轮采用突悬式组装l4.空心车轴的壁厚l试验研究表明：空心轴的内外径之比最大 可达0.60，仍具有足够的疲劳强度日本及欧洲标准的许用应力及安全系数车轮采用突悬式结构的原因l 由于车轴在旋转中的弯曲变形，使轮座与 轮毂内侧边缘配合面发生极微小的开合和 相互摩擦，从而造成微动摩擦腐蚀，并形 成微裂纹设计标准l1. CRH1依据EN 13104(动车) 和EN 13103 （拖车）进行设计 l2.CRH2转向架车轴按照JIS E 4501（铁道 车辆—车轴强度设计）进行设计，按JIS E 4502标准进行生产为提高车轴的疲劳安 全性，采用高频淬火热处理和滚压工艺l为了在保证强度的同时减轻质量，采用空 心车轴使超声波探头可以直接穿过该通孔 ，使探伤容易化 设计标准l3. CRH3车轴按疲劳寿命20年设计，材质为A4T l4. CRH5转向架车轴为空心轴，中空直径为 φ65mm，材质与TAV-S104、ICT、SM3、 ETR460、ETR470、ETR480相同，为 30NiCrMoV12钢，依据UNI 6787-71标准加工制 造( UNI6787-71：用于铁路轮对的、具有高疲劳 强度和韧性特性的、调质的特殊合金钢锻造轴） 。

车轴可以通过孔探针进行无损检测，车轴设计 标准为EN 13103、EN13104、EN 13661和UIC 811-1 四、空心车轴的加工l1.对车轴进行机械加工时，除了需要满足规 定的公差和表面精度要求外，加工表面尤 其是接合处不得存在任何刀痕加工过程 不得造成会促使正常使用期间形成疲劳裂 纹或变形的残余应力在车轴表面上能够 测量到的残余应力的最大值在处于拉伸时 不得超过100MPal2.高频淬火热l3.表面滚压强化我国270km/h动车组高速动力车空心车轴l高速动力车空心轴材料为30CrMoA，属于 中、低碳钢一类，适宜滚压加工轴身和过 渡圆弧材料选择除考虑材料的疲劳强度 外，还要考虑车轴经常受到冲击载荷的作 用，因此，要考虑材料有足够的韧性 动车空心轴轴头的热压工艺过程l板材下圆料→机加工中心孔→坯料加热→ 模具压型→机加工→产品动车内空心轴加工工艺过程l轴头、轴身组焊→X射线探伤→调质→表面 磁粉探伤→半精车内外圆各面→精车外圆 各面、精车内孔→精铣轴头外形面→精镗6 个Ф100H7的孔→钻小端各孔→铰孔→攻丝 →表面磁粉探伤→组装传动盘→动平衡小批量空心轴内锥孔加工（长约1m）小批量空心轴内锥孔加工（长约1m）l1.利用NC130加工中心lNC130加工中心具有镗锥孔的功能。

将内 空心轴用夹具固定在工作台上，将长镗杆 装在平削盘上，运用数控编程，使刀杆在 作圆周运动的同时，由平削盘按产品的要 求作径向进给，工作进给由工作台来实现 ，这样就可以完成内锥孔的加工小批量空心轴内锥孔加工（长约1m）l2.利用CW61100E卧式车床lCW61100E车床具有小刀架与大拖板联动的功能la.预制一根与内空心轴内锥孔锥度相同样轴，一夹一顶， 在床子上校正、夹紧 lb.预制一根长方截面镗刀杆，卸下车床方刀架，将镗刀杆 固定在刀座上 lc.扳动小刀架，使其斜度为内锥孔的斜度ld.将百分表装在幢刀杆上，搭上联动手柄，使小刀架与大 拖板联动用百分表校样轴，并不断调整小刀架的角度， 最终使镗刀杆的运动轨迹与样轴的斜度完全一致然后紧 固小刀架使其角度固定不变 le.卸下样轴，装卡工件，夹小端，中心架架在外锥面的直 台上，校正、夹紧 lf.开动车床，利用联动机构即可加工内锥孔大批量空心轴加工l1.车轴深孔加工l2.车轴深孔珩磨l3. 高频淬火热l除轴颈、轮座靠近中心部位不淬火外，其 余均表面淬火大批量空心轴加工工艺流程及设备l 工序内容 设备l粗铣端面、粗打中心孔 铣端面打中心孔机床l 粗车外圆 普通车床l精铣端面、精打中心孔 铣端面打中心孔机床l 半精车外圆 数控车床l车轴径向超声波探伤 车轴径向超声波探伤机l 精车外圆 数控车轴加工中心l车轴表面高频淬火 淬火设备大批量空心轴加工工艺流程及设备l 工序内容 设备l 钻削车轴内孔 车轴内孔加工设备l 珩磨车轴内孔 车轴内孔珩磨设备l 车轴内孔超声波探伤 内孔超声波探伤机l加工轴端内孔、螺纹、键槽 数控车轴加工中心l 磨削外圆 数控外圆磨床l 磨削轮座 数控磨床l 车轴磁粉探伤 数控车轴磁粉探伤机l 车轴交验镗孔、钻孔和反镗加工l镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓内径的 车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工 ，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。

镗孔 是镗削的一种 l 用麻花钻、扁钻或中心钻等在实体材料上钻削通 孔或盲孔称为钻削加工钻削加工除钻孔外，还 包括扩孔及锪孔所以钻孔是钻削的一种 l 用反镗刀对反镗孔进行加工的方法叫反镗加工l在数控机床上，我们往往使用非标准刀具（偏心 镗刀、转动刀片、专用的反镗刀）利用数控加工 程式进行反镗加工。