CN104451042A - 提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 - Google Patents
提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104451042A CN104451042A CN201410547452.1A CN201410547452A CN104451042A CN 104451042 A CN104451042 A CN 104451042A CN 201410547452 A CN201410547452 A CN 201410547452A CN 104451042 A CN104451042 A CN 104451042A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultrasonic impact
- ultrasonic
- roll extrusion
- turning
- wheel web
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 34
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 2
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 abstract 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002929 anti-fatigue Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000035080 detection of muscle activity involved in regulation of muscle adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
本发明涉及提高列车车轮辐板疲劳性能的装置和方法，特别是利用表面处理工艺进行材料性能的改善，属金属材料加工及表面处理领域。其目的是利用一种高效的装置及工艺对车轮辐板进行表面处理，提高车轮辐板表面质量和抗疲劳性能，优化车轮生产工艺。其特点是利用超声冲击和滚压相结合对车轮辐板进行表面处理，车削刀头与超声冲击滚压装置安装在同一刀架上，超声冲击滚压处理与车轮辐板车削同时进行。超声冲击滚压处理后表面质量较好，粗糙度低，有利于表面损伤及裂纹的检查和探伤；同时由于滚压和超声冲击的共同作用，材料表面产生较均匀的残余应力。
Description
技术领域
本发明涉及提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置，特别是利用表面处理工艺进行材料性能的改善，属于金属材料加工及表面处理领域。
背景技术
随着我国列车运行速度及载重量的提高，列车运行的安全性受到广泛的重视。车轮作为列车运行的重要行走部件，其服役性能是关系列车运行安全的一个重要指标。车轮承载着车辆的全部重量，在运行过程中受到轮-轨相互作用力，承受交变应力引起的疲劳作用，其中以辐板部位的疲劳应力最大。不同于车轮轮辋部位所受的磨损和接触疲劳，轮辋的磨损是一个缓慢的可观测的过程，当车轮磨损量达到一定程度时，可以对车轮进行旋修，以保证车轮的安全使用。接触疲劳产生的裂纹一般尺寸较小，严重时引起轮辋剥离掉块，但剥离块尺寸一般较小。若辐板处产生疲劳裂纹，会沿车轮辐板周向扩展，当其扩展到一定尺寸，会引起车轮崩裂，导致列车脱轨，后果严重。
因此车轮辐板需要具有较好的抗疲劳性能，目前常用的提高车轮辐板疲劳性能的工艺主要是喷丸，其机理是材料使表层产生一定深度的残余压应力。喷丸工艺较为简单成熟，但其需要在精加工后额外增加工序，生产成本较高，最重要的是喷丸后表面粗糙度大，不利于疲劳裂纹的观察和检测。因此，需要一种同时具有表面粗糙度低、残余压应力大、疲劳性能提高明显以及工艺简单的表面处理方法对车轮辐板进行加工处理。
发明内容
本发明的技术方案是利用超声冲击和滚压相结合对车轮辐板进行表面处理，与车轮辐板车削工艺同时进行。
一种提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法，其特征是利用超声冲击和滚压相结合对车轮辐板进行表面处理，即超声冲击滚压。采用的超声冲击滚压装置包括触头、超声冲击滚压杆、超声波换能器、载荷传感器和液压或气压装置。
进行超声冲击滚压表面处理时，先使用液压或气压装置使触头以一定载荷压在车轮辐板上，然后开启超声换能器，使超声冲击滚压杆和触头产生一定频率和振幅的超声振动。车削时车轮作回转运动，刀架带动刀具和超声冲击滚压装置作线性运动，调整车削及超声滚压处理位置，超声冲击滚压处理与车轮辐板车削同时进行。
超声冲击滚压加工处理时，通常超声冲击频率为20-30kHz，振幅为10-15μm；球形触头直径依据材料硬度和加工表面粗糙度要求，一般在4-10mm；载荷范围依据材料硬度和触头直径，选为1.0-1.5kN；加工线速度一般为100-300mm/s，加工线间距根据表面粗糙度和触头直径，一般为0.1-0.3mm。
上述超声冲击滚压装置如图1所示，包括触头1、超声冲击滚压杆2、超声波换能器3、载荷传感器4和液压(或气压)装置5。超声冲击滚压触头1为硬质钢球，镶嵌在超声冲击滚压杆2一端，超声冲击滚压杆2另一端与超声波换能器3端相连，超声波换能器另一端通过载荷传感器4与液压(或气压)装置5相连，液压(或气压)装置安装在车床刀架上。
超声冲击滚压装置与车削配合加工的组装结构如图2所示，进行车削及超声冲击滚压表面处理时，超声冲击滚压装置6与车削刀头7安装在同一车床刀架8上，但距车轮9的旋转中心距离有一定不同。进行超声冲击滚压表面处理前，要调整超声冲击滚压触头与车削刀头的相对位置，超声冲击滚压触头的位置位于车轮辐板已车削部位内部，以便对已车削部位进行超声冲击滚压处理。车床刀架上可以同时安装两个或以上超声冲击滚压装置，以满足高速车削，使表面处理效果更佳。
超声冲击滚压处理后表面质量较好，粗糙度低，有利于表面损伤及裂纹的检查和探伤；同时由于滚压和超声冲击的共同作用，材料表面产生较均匀的残余应力。
附图说明
图1为超声冲击滚压装置示意图，其中1为冲击滚压触头，2为超声冲击滚压杆，3为超声换能器，4为载荷传感器，5为液压或气压装置。
图2车轮辐板加工工艺示意图。其中6为超声冲击滚压装置，7为车削刀头，8为车床刀架，9为车轮。
具体实施方式
车削工艺及车刀与超声冲击滚压装置调整完毕后，使车刀及超声冲击滚压装置与车轮辐板接触，开启液压或气压装置使超声冲击滚压触头以一定载荷压在车轮辐板上，然后开启超声换能器，使超声冲击滚压杆和触头产生一定频率和振幅的超声振动。超声冲击滚压处理与车轮辐板车削同时进行。
实施例1
对碳钢及合金钢车轮，选择超声冲击滚压触头直径6-8mm，接触压力1.0-1.5kN，超声振动频率20-30kHz，振幅为10-15μm，触头进给线速度100-150mm/s，加工线间距0.1-0.2mm。
实施例2
对铝合金车轮辐板，选择超声冲击滚压触头直径8-10mm，接触压力1.0-1.5kN，超声振动频率20-30kHz，振幅为10-15μm，触头进给线速度200-300mm/s，加工线间距0.2-0.3mm。
实施例3
对轮毂内壁、辐板孔、倒角、圆角等位置，选择超声冲击滚压触头直径4-6mm，接触压力不大于1.0kN，超声振动频率20-30kHz，振幅为8-10μm，触头进给线速度50-100mm/s，加工线间距不大于0.1mm。
Claims (4)
1.一种提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法，其特征是利用超声冲击和滚压相结合对车轮辐板进行表面处理，即超声冲击滚压；采用的超声冲击滚压装置包括触头、超声冲击滚压杆、超声波换能器、载荷传感器和液压或气压装置；
进行超声冲击滚压表面处理时，先使用液压或气压装置使触头以一定载荷压在车轮辐板上，然后开启超声换能器，使超声冲击滚压杆和触头产生一定频率和振幅的超声振动；车削时车轮作回转运动，刀架带动刀具和超声冲击滚压装置作线性运动，调整车削及超声滚压处理位置，超声冲击滚压处理与车轮辐板车削同时进行。
2.如权利要求1所述一种提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法，其特征是：
超声冲击滚压加工处理时，超声冲击频率为20-30kHz，振幅为10-15μm；球形触头直径依据材料硬度和加工表面粗糙度要求，范围在4-10mm；载荷范围依据材料硬度和触头直径，选为1.0-1.5kN；加工线速度为100-300mm/s，加工线间距根据表面粗糙度和触头直径，为0.1-0.3mm。
3.如权利要求1所述一种提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法，其特征是：车轮辐板表面处理所采用的超声冲击滚压装置包括触头(1)、超声冲击滚压杆(2)、超声波换能器(3)、载荷传感器(4)和液压或气压装置(5)；触头(1)为硬质钢球，镶嵌在超声冲击滚压杆(2)一端，超声冲击滚压杆(2)另一端与超声波换能器(3)一端相连，超声波换能器另一端通过载荷传感器(4)与液压或气压装置(5)相连，液压或气压装置安装在车床刀架上。
4.如权利要求1所述一种提高高速重载列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法，其特征是：超声冲击滚压装置与车削配合加工的组装结构是，进行车削及超声冲击滚压表面处理时，超声冲击滚压装置(6)与车削刀头(7)安装在同一车床刀架(8)上，但距车轮(9)的旋转中心距离有一定不同；进行超声冲击滚压表面处理前，要调整超声冲击滚压触头与车削刀头的相对位置，超声冲击滚压触头的位置位于车轮辐板已车削部位内部，以便对已车削部位进行超声冲击滚压处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410547452.1A CN104451042B (zh) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | 提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410547452.1A CN104451042B (zh) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | 提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104451042A true CN104451042A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104451042B CN104451042B (zh) | 2017-02-08 |
Family
ID=52897786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410547452.1A Expired - Fee Related CN104451042B (zh) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | 提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104451042B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105063340A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-11-18 | 南通大学 | 液压式超声表面纳米化装置 |
| WO2017107832A1 (zh) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 山东华云机电科技有限公司 | 一种提高机车车轮耐磨性的超声加工方法及应用 |
| CN114196811A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 郑州航空工业管理学院 | 一种表面超声强化设备及方法 |
| CN115184039A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-14 | 西南交通大学 | 一种车轮降噪板组装试验台及其使用方法 |
| CN116638326A (zh) * | 2023-06-13 | 2023-08-25 | 苏州科技大学 | 一种基于超声滚压的形性一体化车削加工装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004169078A (ja) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Nippon Steel Corp | 表層部をナノ結晶化させた金属製品の製造方法 |
| RU2271270C1 (ru) * | 2004-07-14 | 2006-03-10 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Нефтетрубосервис" | Инструмент для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей |
| CN1911596A (zh) * | 2006-08-15 | 2007-02-14 | 天津大学 | 一种金属材料表面纳米层的加工方法及设备 |
| CN201067837Y (zh) * | 2007-08-15 | 2008-06-04 | 徐润霞 | 一种自动车床滚压刀具 |
| CN101220405A (zh) * | 2007-10-10 | 2008-07-16 | 天津大学 | 一种超声表面滚压加工纳米化方法及装置 |
| CN101294237A (zh) * | 2008-04-14 | 2008-10-29 | 上海宣邦金属新材料科技有限公司 | 一种超声表面线型滚压加工设备及其使用方法 |
| CN201357231Y (zh) * | 2009-03-12 | 2009-12-09 | 山东华云机电科技有限公司 | 数控车床用超声波金属表面加工装置 |
| CN101817094A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-09-01 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 中碳硅锰低合金钢铁路车轮的机加工工艺 |
| CN201895200U (zh) * | 2010-09-26 | 2011-07-13 | 浙江师范大学 | 模具自由曲面超声纳米级滚压加工工具 |
-
2014
- 2014-10-16 CN CN201410547452.1A patent/CN104451042B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004169078A (ja) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Nippon Steel Corp | 表層部をナノ結晶化させた金属製品の製造方法 |
| RU2271270C1 (ru) * | 2004-07-14 | 2006-03-10 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Нефтетрубосервис" | Инструмент для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей |
| CN1911596A (zh) * | 2006-08-15 | 2007-02-14 | 天津大学 | 一种金属材料表面纳米层的加工方法及设备 |
| CN201067837Y (zh) * | 2007-08-15 | 2008-06-04 | 徐润霞 | 一种自动车床滚压刀具 |
| CN101220405A (zh) * | 2007-10-10 | 2008-07-16 | 天津大学 | 一种超声表面滚压加工纳米化方法及装置 |
| CN101294237A (zh) * | 2008-04-14 | 2008-10-29 | 上海宣邦金属新材料科技有限公司 | 一种超声表面线型滚压加工设备及其使用方法 |
| CN201357231Y (zh) * | 2009-03-12 | 2009-12-09 | 山东华云机电科技有限公司 | 数控车床用超声波金属表面加工装置 |
| CN101817094A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-09-01 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 中碳硅锰低合金钢铁路车轮的机加工工艺 |
| CN201895200U (zh) * | 2010-09-26 | 2011-07-13 | 浙江师范大学 | 模具自由曲面超声纳米级滚压加工工具 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈宏均: ""车削表面的滚压加工"", 《机械工人（冷加工）》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105063340A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-11-18 | 南通大学 | 液压式超声表面纳米化装置 |
| WO2017107832A1 (zh) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 山东华云机电科技有限公司 | 一种提高机车车轮耐磨性的超声加工方法及应用 |
| US20180318972A1 (en) * | 2015-12-22 | 2018-11-08 | Shandong Huawin Electrical & Mechanical Technology Co. | Ultrasonic machining method for improving abradability of wheel of locomotive, and applications |
| CN114196811A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 郑州航空工业管理学院 | 一种表面超声强化设备及方法 |
| CN115184039A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-14 | 西南交通大学 | 一种车轮降噪板组装试验台及其使用方法 |
| CN115184039B (zh) * | 2022-07-12 | 2024-07-19 | 西南交通大学 | 一种车轮降噪板组装试验台及其使用方法 |
| CN116638326A (zh) * | 2023-06-13 | 2023-08-25 | 苏州科技大学 | 一种基于超声滚压的形性一体化车削加工装置 |
| CN116638326B (zh) * | 2023-06-13 | 2024-02-02 | 苏州科技大学 | 一种基于超声滚压的形性一体化车削加工装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104451042B (zh) | 2017-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104451042A (zh) | 提高列车车轮辐板疲劳性能的高效表面处理方法和装置 | |
| CN102335778A (zh) | 一种用于金属加工的切削刀具 | |
| CN103447778A (zh) | 一种重卡发动机曲轴的加工工艺 | |
| CN105345663A (zh) | 一种可实时监控磨削工况的砂轮装置 | |
| CN104826869A (zh) | 电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统及方法 | |
| CN101733707A (zh) | 一种机械表面强化研磨加工的方法 | |
| CN102766749B (zh) | 一种回转支承滚道淬火的工艺方法 | |
| CN210945726U (zh) | 一种应用于涡轮盘榫槽面的超声强化装置 | |
| CN107757245B (zh) | 一种胶轮路轨用车轮的精加工方法 | |
| CN101504049B (zh) | 高速机车转向架悬挂弹簧及其制造方法 | |
| US20210308820A1 (en) | Method for machining the running surface of a rail | |
| CN101817094B (zh) | 中碳硅锰低合金钢铁路车轮的机加工工艺 | |
| CN113832317B (zh) | 无磁钻铤内孔表面压应力强化装置及强化方法 | |
| CN101670373B (zh) | 一种消除带钢轧制四分之一浪的方法 | |
| CN202643780U (zh) | 一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具 | |
| CN205111585U (zh) | 一种可实时监控磨削工况的砂轮装置 | |
| CN103769794A (zh) | 一种无缝钢管轧机穿孔顶头表面强化方法 | |
| CN201871537U (zh) | 镶套式锻钢支承辊 | |
| CN205110649U (zh) | 一种汽车半轴摆碾成型模 | |
| CN201287287Y (zh) | 圆锥轴承挡边磨床凸度加工装置 | |
| CN103801716A (zh) | 一种车床工件同轴度调整机构 | |
| CN203738036U (zh) | 一种车床工件同轴度调整装置 | |
| CN201359044Y (zh) | 高速机车转向架悬挂弹簧 | |
| CN105268894A (zh) | 汽车半轴摆碾成型模具 | |
| CN203636564U (zh) | 钢管内壁除锈抛光机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170208 |