CN107900608A - 一种分体式轴箱体微变形控制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式轴箱体微变形控制工艺，具体包括如下步骤：对上箱体和下箱体分别进行毛坯铸造；单件粗加工；对单件进行热处理；单件精加工；合箱，对轴承孔、节点孔及轴箱体和节点的两个端面进行加工，以加工后的轴承孔、节点孔及端面作为定位基准加工轴承孔内表面的迷宫槽和轴箱体四周的减振器座，排障器安装座、顶面、底面、圆柱；半精铣镗轴承孔；拆箱后分别在室温条件下放置进行时效处理；精修分箱面；合箱及精铣镗轴承孔；拆箱后进行打磨；再次进行合箱，对合箱后的轴箱体进行检测，检测后进行喷砂和油漆。本发明通过合理优化工艺流程和优化工艺参数，从多方面同时预防控制轴箱体的微变形，提高产品合格率，保证生产周期。降低生产成本。

Description

一种分体式轴箱体微变形控制工艺

技术领域

本发明属于轨道车辆的轴箱体加工技术领域，特别涉及一种分体式轴箱体微变形控制工艺。

背景技术

为适应铁路总公司关于单轮对不抬车更换的要求，在标准动车组及高寒动车组上采用了分体式轴箱体结构以替代原有整体式轴箱体。根据分体式轴箱体的加工技术要求，轴箱体精加工结束后需要分离上、下箱体，4小时后用螺栓及平垫、弹垫用扭力扳手重新组装，组装后要求测量各截面内孔尺寸，在公差范围内。

分体式轴箱体经过传统加工工艺后,需经过拆箱、合箱、运输、油漆等诸多工序，轴箱体组装前往往出现轴承孔尺寸不一致，不同部位的轴承孔尺寸超差，轴箱体出现微变形等问题，导致组装后合格率偏低，制造成本提高，生产周期加长。

发明内容

本发明主要觖决的技术问题是，提供一种可以有效减少轴箱体微变形，提高产品合格率的分体式轴箱体微变形控制工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种分体式轴箱体微变形控制工艺，所述轴箱体包括上箱体和下箱体，具体包括如下步骤：

A、对上箱体和下箱体分别进行毛坯铸造；

B、对上箱体和下箱体的毛坯分别进行单件粗加工，留下精加工余量；

C、将粗加工后的上箱体和下箱体分别进行回火热处理；

D、对上箱体和下箱体分别进行精加工，精加工后对每个单件进行三坐标检测；

E、合箱，合箱后对轴承孔、节点孔及轴箱体和节点的两个端面进行加工，以加工后的轴承孔、节点孔及端面作为定位基准加工轴承孔内表面的迷宫槽，并以相同的定位基准加工轴箱体四周的减振器座，排障器安装座、顶面、底面、圆柱；

F、半精铣镗轴承孔；

G、拆箱，拆箱后的上箱体和下箱体分别在室温条件下放置进行时效处理；

H、精修分箱面，使其尺寸达到设计要求；

I、合箱，合箱后精铣镗轴承孔；

J、再进行拆箱，分别对上箱体和下箱体进行打磨；

K、再次进行合箱，对合箱后的轴箱体进行检测，检测后进行喷砂和油漆。

进一步，在上述步骤A中还包括步对毛坯成分和组织结构进行检测的步骤。

进一步，在上述步骤D中，主要是对分箱面位置的精加工，包括定位销、定位销孔及薄壁悬臂的加工。

进一步，在步骤D中对薄壁悬臂的尺寸采用工艺尺寸控制，保留适量的加工余量。

进一步，在上述步骤G中，时效处理的时间为至少8小时。

进一步，在上述步骤E中，在合箱前，还包括从同时加工的多个上箱体和下箱体中，根据定位销和定位销孔之间的偏差值选配最佳的可以合箱的上箱体和下箱体的步骤。

进一步，被选配的上箱体、下箱体上的定位销和定位销孔尺寸满足的条件是，定位销和定位销孔的中心间距差值小于0.01mm，定位销与定位销孔的直径差值小于0.002mm。

进一步，在上述步骤F和I中，精铣镗切削参数为切削速度≤2.6m/s，切深0.2mm，进给0.1mm/r。

进一步，在上述步骤F和I中，精铣镗所选刀具的几何角度前角≥15°，后角≥5°，最小刀尖角R为0.2mm。

进一步，上箱体和下箱体在合箱时通六个螺栓固定连接，六个螺栓的拧紧顺序为，先对四个角处的螺栓以对角的顺序依次进行拧紧，再拧紧中间的两个螺栓。

综上所述，本发明提供的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，通过合理优化工艺流程，在精修前增加半精加工和拆箱后的时效处理工序，充分释放加工残余应力，同时通过通过控制毛坯的元素组成和组织结构，合理控制单件加工工艺尺寸、工艺参数和切削参数，轴箱体的定位选配及合箱时螺栓拧紧顺序等多个方面预防控制轴箱体的微变形，提高产品合格率，保证生产周期，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明轴箱体的结构图；

图2是本发明下箱体结构示意图；

图3是本发明上箱体和下箱体定位销孔示意图；

图4是本发明定位销误差计算示意图；

图5是本发明螺栓拧紧顺序试验示意图。

如图1至图5所示，上箱体1，下箱体2，轴承孔3，薄壁悬臂4，定位销5，定位孔6，对接处7，分箱面8，螺栓9，端面10、圆柱11，节点孔12,减振器座13，排障器安装座14，第一孔15，顶面16，底面17，第二孔18，止推面19。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种分体式轴箱体微变形控制工艺，轴箱体由上下两个部分组成，分别为上箱体1和下箱体2，上箱体1和下箱体2通过螺栓9组装在一起形成完整的轴箱体，轴箱体的中间为用于安装车轴的轴承孔3，轴箱体的一端为用于安装橡胶节点的节点孔12。

如图1和图2所示，上箱体1和下箱体2两端对接，对接处7有约0.1mm厚度的间隙，上箱体1和下箱体2的壁厚不均匀，下箱体2为薄壁悬臂4的结构，下箱体2与上箱体1配合间隙单边为0.05mm，上箱体1和下箱体2在分箱面8处紧密贴合。薄壁悬臂4的高度H(即下箱体2的对接处7与分箱面8之间的距离)为70mm，下箱体2薄壁悬臂4处的壁厚最薄处尺寸小于6mm。由于不同位置刚度相差较大，加工后不同部位微变形有差异。如图3和图4所示，上箱体1和下箱体2通过两个定位销5进行定位组装，定位销5的下半部分与下箱体2之间过盈配合安装，两个定位销5的上半部分分别插入对应设置在上箱体1上的定位孔6内。如图5所示，上箱体1和下箱体2之间通过六个螺栓9紧固连接在一起，形成完整的轴箱体。

轴箱体的加工工艺具体包括如下步骤：

A、毛坯铸造

上箱体1和下箱体2各用一个毛坯，在上箱体1和下箱体2分别进行毛坯铸造之前，还包括步骤A1：

A1、对毛坯成分和组织结构进行检测，所用铸造毛坯化学成分和组织结构、机械性能等指标必须符合EN10293的标准要求，组织结构要求晶粒分布均匀，晶粒度达到8级要求，铁素体和珠光体两相分布均匀，无明显偏析，保证从毛坯的元素组成和组织结构上预防微变形。

B、单件粗加工

对上箱体1和下箱体2的毛坯分别进行粗加工，粗加工是指分别对上箱体1和下箱体2的顶面16或底面17、轴承孔3和节点孔12对应的两个端面10、圆柱11(即一系弹簧安装座)、分箱面8、轴承孔3和节点孔12位置的半圆面等进行粗加工，将大的加工量去掉，留下2mm左右的精加工余量。

C、热处理

将粗加工后的上箱体1和下箱体2分别进行回火热处理，释放加工应力，保证以下精加工步骤的加工精度。

D、单件精加工

热处理后，对上箱体1和下箱体2分别进行精加工，精加工的步骤主要是加工分箱面8的位置，包括定位销5、定位销孔6、薄壁悬臂4的加工。加工后，分箱面8、定位销5和定位销孔6的尺寸完全符合设计要求。而下箱体2分箱面8内侧的薄壁悬臂4尺寸采用工艺尺寸控制，保留适量的加工余量，补偿合箱后半精加工及迷宫槽切削引起的收缩变形，补偿变形收缩量。

在单件精加工后，要对每个单件进行三坐标检测。

E、合箱加工

分箱面8精加工后即可以合箱了，通过六个螺栓9将上箱体1和下箱体2固定连接在一起。

合箱后，首先进行定位基准的加工，其定位基准的加工是针对轴承孔3和节点孔12及与轴承孔3和节点孔12对应的两个端面10，加工后的各定位基准依然保留有1mm的加工余量。

各定位基准加工后，以加工后的具有1mm加工余量的两个端面10、轴承孔3、节点孔12作为定位基准加工轴承孔3内表面的迷宫槽，并以相同的定位基准加工轴箱体的四周，轴箱体的四周指的是减振器座13，排障器安装座14、顶面16或底面17、圆柱11等。

如图3和图4所示，在该步骤合箱时，上箱体1和下箱体2通过两个定位销5进行定位组装，根据图纸尺寸分析定位误差，仅基准位移误差在直径方向的偏移量已经达到0.0098mm，下箱体2上的两个定位销5与上箱体1上的定位销孔6中心距的误差还未考虑，已超出设计允许范围。为降低定位误差对轴承孔3尺寸变化的影响，在合箱时，根据上箱体1的定位销孔6中心距选配合适的下箱体2，上箱体1和下箱体2的定位销5和定位销孔6的中心间距差值小于0.01mm，定位销5的直径d1与定位销孔6的直径D1之间的差值小于0.002mm。合箱时，在同时加工的多个上箱体1和下箱体2中，选配定位销5和定位销孔6之间偏差在公差范围内的两个上箱体1和下箱体2进行合箱，以保证合箱后的轴承孔3的尺寸，降低定位误差对拆合箱前后的微变形的影响。

F、半精铣镗轴承孔

以加工后的轴箱体底面17上的四个第一孔15，减振器座13上的第二孔18作为定位基准，再一次加工轴承孔3、节点孔12及端面10，并加工至设计要求。此步骤是在合箱的状态下进行。

利用X射线衍射仪测试加工后轴承孔3表面的残余应力，检测结果表明在轴箱体轴承孔3的环向会产生很大的残余拉应力。切削加工所形成的残余应力主要是弹性效应，拉应力在释放的过程中发生弹性回复都会使尺寸发生微小变化。拆开上下箱体时，部分残余应力得以释放，轴箱体轴承孔3表面残余应力的平衡状况遭到破坏进行重新分配，轴承孔3发生微变形，尺寸发生相应的变化。

为了最大限度地减少轴箱体的微变形，本实施例中，在半精镗轴承孔加工过程中，对切削参数进行优化，以减少切削力对工件变形的影响。根据切削实验的监测数据及ABAQUS模拟分析，切削参数及刀具前后角对加工表面残余应力的影响较大，切削参数高会在加工表面表成拉应力，本实施例中为在保证工件表面加工质量的前提下，降低切削参数，将加工表面由拉应力变化为较小的压应力。根据大量的试验数据，切削参数优选为：切削速度≤2.6m/s，切深0.2mm左右，进给0.1mm/r。并在保证刀具强度和使用寿命的前提下，增大刀具前角和后角，令刀具更锋利，减小产生的残余应力。刀具的参数调整为：刀具几何角度前角≥15°，后角≥5°及R0.2mm的最小刀尖角。

G、时效处理

半精铣镗轴承孔3后，进行拆箱，将上箱体1和下箱体2分开，拆箱后的上箱体1和下箱体2分别在室温条件下放置进行时效处理，时效处理的时间为至少8小时。

在最终合箱前采用在拆箱的状态下进行时效处理以释放半精镗产生的残余应力，可以使残余应力得以充分的释放，使分箱面8、薄壁悬臂4等都再无应力，避免残余应力的积累影响精加工后的尺寸稳定性，以保证在最后合箱时可以最大程度上控制轴箱体的微变形。

H、精修分箱面

下箱体2在单件加工时，间隙放大，薄的地方加工易变形，在时效处理后，要对薄壁悬臂4的尺寸进行精修，使其尺寸达到设计要求。此步骤是在拆箱的状态下进行。

I、合箱后精铣镗轴承孔

精修分箱面8后，再次进行合箱，通过六个螺栓9将上箱体1和下箱体2固定连接在一起，此次合箱的上箱体1和下箱体2是之前已选配好的上箱体1和下箱体2。

此次合箱后只加工轴承孔3和止推面19，将单边大约0.2mm的加工余量加工掉，达到设计要求。

在精铣镗工序中，切削参数与步骤F中的切削参数相同，通过降低切削参数，使加工表面形成压应力，以进一步有效控制轴箱体的微变形。切削参数优选为：切削速度≤2.6m/s，切深0.2mm左右，进给0.1mm/r；在保证刀具强度和使用寿命的前提下，增大刀具前角和后角，令刀具更锋利，减小产生的残余应力，刀具调整为：刀具几何角度前角≥15°，后角≥5°及R0.2mm的最小刀尖角。

J、精铣镗轴承孔3后，再进行拆箱，然后分别对上箱体1和下箱体2进行打磨，达到标准要求。

K、打磨后，再次进行合箱，并在加工区域对合箱后的轴箱体进行检测，检测后进行喷砂和油漆。油漆后再拆箱，分别包装运输。

L、最后，在轴箱体组装前，对上箱体1和下箱体2进行合箱组装，在组装区域对合箱后的轴箱体进行最后的检测。

如图5所示，通过分析、模拟及实验，在螺栓9拧紧力矩最大的位置，螺纹摩擦系数最小为0.089，预紧力最大时，变形只有1μm，即拧紧力矩与摩擦系数对轴箱体变形影响轻微，可忽略不计。而六个螺栓9(一侧三个螺栓)的拧紧顺序对轴箱体轴承孔3的尺寸变化影响在3～5μm左右，本实施例中，统一各步合箱时六个螺栓9的拧紧顺序。每次合箱时都同样采用对角拧紧的顺序拧紧六个螺栓9，先以对角的顺序拧紧四个角处的螺栓9，再拧紧中间的两个螺栓9，如图5所示，具体的顺序为①-④-③-⑥-⑤-②，即先拧紧一侧顶角①位置的螺栓9，再拧紧与其对角④位置的螺栓9，第三个拧紧与①位置同侧的底角③位置的螺栓9，再拧紧与其③位置对角的⑥位置的螺栓9，最后拧紧位于④和⑥中间的⑤位置的螺栓9及与位于①和③中间的②位置的螺栓9，这样可以进一步预防控制轴箱体的微变形。拆箱时以相反的顺序依次旋开六个螺栓9。

本申请合理优化了工艺流程，将精修前的轴箱体的精加工步骤细分为半精镗、精镗二个步骤，并在精镗前增加了拆箱进行人工时效以充分释放半精镗时产生的残余应力的处理工序，通过切削参数和刀具角度的优化，控制加工面的残余应力为较小的压应力，尽量降低残余应力对拆合箱后轴承内孔微变形的影响，同时还通过控制毛坯的元素组成和组织结构、轴箱体的定位选配及合箱时螺栓拧紧顺序等多个方面预防控制轴箱体的微变形，提高产品合格率，保证生产周期。降低生产成本。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种分体式轴箱体微变形控制工艺，所述轴箱体包括上箱体和下箱体，其特征在于，具体包括如下步骤：

A、对上箱体和下箱体分别进行毛坯铸造；

B、对上箱体和下箱体的毛坯分别进行单件粗加工，留下精加工余量；

C、将粗加工后的上箱体和下箱体分别进行回火热处理；

D、对上箱体和下箱体分别进行精加工，精加工后对每个单件进行三坐标检测；

E、合箱，合箱后对轴承孔、节点孔及轴箱体和节点的两个端面进行加工，以加工后的轴承孔、节点孔及端面作为定位基准加工轴承孔内表面的迷宫槽，并以相同的定位基准加工轴箱体四周的减振器座，排障器安装座、顶面、底面、圆柱；

F、半精铣镗轴承孔；

G、拆箱，拆箱后的上箱体和下箱体分别在室温条件下放置进行时效处理；

H、精修分箱面，使其尺寸达到设计要求；

I、合箱，合箱后精铣镗轴承孔；

J、再进行拆箱，分别对上箱体和下箱体进行打磨；

K、再次进行合箱，对合箱后的轴箱体进行检测，检测后进行喷砂和油漆。

2.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤A中还包括步对毛坯成分和组织结构进行检测的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤D中，主要是对分箱面位置的精加工，包括定位销、定位销孔及薄壁悬臂的加工。

4.根据权利要求3所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在步骤D中对薄壁悬臂的尺寸采用工艺尺寸控制，保留适量的加工余量。

5.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤G中，时效处理的时间为至少8小时。

6.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤E中，在合箱前，还包括从同时加工的多个上箱体和下箱体中，根据定位销和定位销孔之间的偏差值选配最佳的可以合箱的上箱体和下箱体的步骤。

7.根据权利要求6所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：被选配的上箱体、下箱体上的定位销和定位销孔尺寸满足的条件是，定位销和定位销孔的中心间距差值小于0.01mm，定位销与定位销孔的直径差值小于0.002mm。

8.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤F和I中，精铣镗切削参数为切削速度≤2.6m/s，切深0.2mm，进给0.1mm/r。

9.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：在上述步骤F和I中，精铣镗所选刀具的几何角度前角≥15°，后角≥5°，最小刀尖角R为0.2mm。

10.根据权利要求1所述的一种分体式轴箱体微变形控制工艺，其特征在于：上箱体和下箱体在合箱时通六个螺栓固定连接，六个螺栓的拧紧顺序为，先对四个角处的螺栓以对角的顺序依次进行拧紧，再拧紧中间的两个螺栓。