CN108942096A - 扭杆轴加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扭杆轴加工方法，包括：对原材料进行锻造形成扭杆轴锻件；对扭杆轴锻件进行预备热处理；对扭杆轴锻件进行第一次矫直以及第一次去应力退火；对扭杆轴锻件进行粗加工；对粗加工后的扭杆轴锻件进行调质热处理；对扭杆轴锻件进行第二次矫直以及第二次去应力退火；对扭杆轴锻件进行精加工形成扭杆轴；对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理。本发明提供的扭杆轴加工方法，能够细化扭杆轴晶粒保证锻造纤维连贯，使得扭杆轴各位置的力学性能一致，提高了其综合机械性能。

Description

扭杆轴加工方法

技术领域

本发明涉及轴加工技术领域，尤其涉及一种扭杆轴加工方法。

背景技术

高速动车组通过曲线及道岔时，容易受横向强风的影响导致车体倾斜或失稳的情况发生，因此需要提高动车组车体的抗侧滚刚度以限制其侧滚角度。

现有技术中，动车组的车体上设置有扭杆轴，横向强风的作用下，扭杆轴发生弹性扭转变形，以限制车体的侧滚角度，保证动车组的安全运行。扭杆轴的加工材料一般是采用采购到的圆钢，然后对圆钢进行局部镦粗成型。

但是，局部镦粗成型会破坏扭杆轴纤维的连贯性，使得扭杆轴各位置的力学性能不一致，降低其综合机械性能。

发明内容

本发明提供一种扭杆轴加工方法，以克服现有技术中扭杆轴力学性能差的问题。

本发明提供一种扭杆轴加工方法，包括以下步骤：对原材料进行锻造形成扭杆轴锻件。

对扭杆轴锻件进行预备热处理。

对扭杆轴锻件进行第一次矫直以及第一次去应力退火。

对扭杆轴锻件进行粗加工。

对粗加工后的扭杆轴锻件进行调质热处理。

对扭杆轴锻件进行第二次矫直以及第二次去应力退火。

对扭杆轴锻件进行精加工形成扭杆轴。

对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，在所述对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之前还包括：对扭杆轴进行初步检测。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述初步检测为电磁探伤检测。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，在所述对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之后还包括：对扭杆轴进行最终检测。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述表面强化处理为抛丸处理。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述精加工包括精车以及精磨。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述预备热处理为正火，温度为840度。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述调质热处理包括淬火和回火，所述淬火温度为870度，所述回火温度为400度。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述扭杆轴的材料为52CrMo4。

如上所述的扭杆轴加工方法，其中，所述第二次去应力退火的温度为800度。

本发明提供的扭杆轴加工方法，通过进行锻造、预备热处理、第一次矫直以及第一次去应力退火、粗加工、调质热处理、第二次矫直以及第二次去应力退火、精加工、以及表面强化处理，能够细化扭杆轴晶粒保证锻造纤维连贯，使得扭杆轴各位置的力学性能一致，提高了其综合机械性能。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。

图1为本发明扭杆轴加工方法实施例一的流程图；

图2为本发明扭杆轴加工方法实施例二的流程图；

图3为本发明扭杆轴加工方法实施例三的流程图。

具体实施方式

高速动车组通过曲线及道岔时，容易受横向强风的影响导致车体倾斜或失稳的情况发生，因此需要提高动车组车体的抗侧滚刚度以限制其侧滚角度。

现有技术中，动车组的车体上设置有扭杆轴，横向强风的作用下，扭杆轴发生弹性扭转变形，以限制车体的侧滚角度，保证动车组的安全运行。

具体地，扭杆轴一般装配在车体与焊接转向架之间，当车体与转向架发生相对转动，左右连杆向相反的方向上下运动，使抗侧滚扭杆轴发生扭转变形，扭杆轴是用金属弹性杆在受扭矩变形时以产生反力矩，抑制车辆的侧滚使车体保持受力平衡。抗侧滚扭杆轴的质量特性直接关系产生反力矩的平衡消除。

随着高铁的提速与运行网的不断扩大，要求扭杆轴的质量适应高速、温差大的工况要求。扭杆轴的制造工艺需要保证抗侧滚扭杆装置有足够的强度、弹性、抗疲劳断裂，是安全运行的核心技术。目前，扭杆轴的加工材料一般是采用采购到的圆钢，然后对圆钢进行局部镦粗成型。

但是，局部镦粗成型会破坏扭杆轴纤维的连贯性，使得扭杆轴各位置的力学性能不一致，降低其综合机械性能。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种扭杆轴加工方法，以增强扭杆轴的力学性能。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。

实施例一

图1为本发明扭杆轴加工方法实施例一的流程图。

请结合图1，本实施例提供一种扭杆轴加工方法，包括以下步骤：

步骤101：对原材料进行锻造形成扭杆轴锻件。

扭杆轴是一种细长轴类部件，其一般应用于动车组抗侧滚系统中，为了使扭杆轴各位置的力学性能一致，可以使用锻造工艺对原材料进行加工。

原材料可以为外购置的方钢或圆钢等材质，在此不做具体限定。优选地，扭杆轴的材料为52CrMo4。

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的组织疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，使得锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件和切削加工件。

根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、碾环、特殊锻造等。本实施例优选使用自由锻对原材料进行加工。自由锻一般使用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。

优选地，可以通过购置方钢，然后使用自由锻锤对方钢进行锻造，形成两端直径分别为60mm、85mm、中间直径为70mm的阶梯长轴，从而提高扭杆轴晶粒的连贯性。自由锻锤可以采用大吨位锻锤，例如三吨锻锤，能够有效细化晶粒保证锻造纤维连贯，使扭杆轴各位置力学性能一致。

步骤102：对扭杆轴锻件进行预备热处理。

预备热处理的种类可以有多种，例如调质热处理、正火处理和退火处理等，预备热处理可以降低硬度，提高机加工艺性。

本步骤中，优选为正火处理，正火处理是将工件加热至预设温度并保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，消除应力，提高机加工性能。

对扭杆轴而言，预设温度可以为840℃。正火处理使用设备可以为4米井式电炉。

另外，由于扭杆轴尺寸较大，预备热处理过程中，为了方便上料和下料，可以通过扭杆轴变径台阶轴处进行装夹，方便搬运。

步骤103：对扭杆轴锻件进行第一次矫直以及第一次去应力退火。

由于扭杆轴锻件直径较粗，长度在3m以上，尺寸较长，在锻造工艺后容易发生弯曲变形，直线度容易得不到保证，因此需要进行第一次矫直，保证扭杆轴锻件的直线度。

第一次矫直可以作为锻造工艺的最后一个工序，其使用设备依然可以沿用锻造工艺的设备，例如自由锻锤以及室式温控燃气炉等，且需要保证矫直终锻温度不小于820℃。

另外，第一次矫直后需要进行第一次去应力退火，去应力退火也称低温退火，其是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺，以去除工件内部的残余应力。在实际生产中，去应力退火的应用较为广泛。热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切削或切割、焊接、热处理，甚至机器零部件装配后，在不改变组织状态，保留冷作、热作或表面硬化的条件下，对钢材或机器零部件进行较低温度的加热，以去除内应力，减小变形开裂倾向的工艺，都可称为去应力退火。

针对扭杆轴锻件加工而言，第一次去应力退火的温度可以为800℃。

步骤104：对扭杆轴锻件进行粗加工。

由于扭杆轴锻件在下料及锻造过程中都会留有一定量的机械加工余量，以便在后续加工过程中去除，从而获得精确的尺寸和光洁的表面，以符合设计的要求。而粗加工的目的则是去除扭杆轴锻件表面上留出的、准备用机械加工方法切去的金属层，以为后续精加工工艺做准备。

粗加工的加工方法一般有多种，例如：粗车、粗刨、粗铣、钻、毛锉等。应用在非配合尺寸或者不重要的配合，加工精度在IT13～IT8，表面粗糙度Ra为80～20。本实施例中，优选使用粗车作为粗加工的工艺来去除锻造余量。粗车所能达到的加工精度为IT12～ITll，表面粗糙度Ra为50～12.5μm。

另外，粗加工采用的设备可以有多种，例如卧式车床、数控机床等。优选地，粗车可以选用CW6163B卧式车床。

步骤105，对粗加工后的扭杆轴锻件进行调质热处理。

调质热处理就是指淬火加回火的双重热处理方法，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。调质处理后可以得到回火索氏体。

淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织(也有根据需要获得贝氏体或保持单相奥氏体)的一种热处理工艺方法。

回火是指按照所希望的机械性能将已经淬火的钢重新加热到(350℃～650℃)一定温度之间进行，碳是以细均分布的渗碳体形式析出。随着回火温度的增加，碳化物的颗粒就增大，屈服点和拉伸强度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收缩率就升高。回火可以消除淬火产生的内应力，以取得预期的力学性能。回火按温度可以分为高温回火、中温回火和低温回火三类。高温回火：500℃～650℃；中温回火：300℃～450℃；低温回火：150℃～250℃。

为了保证扭杆轴实际工作过程中能够承受预设大小的扭力，需要保证其调质热处理后的性能满足设计要求，例如，抗拉强度应该达到1690Mpa，屈服强度应该达到1645Mpa，延伸率达到8.5％，端面收缩率达到44％，冲击功Aku应该达到12J，硬度应该达到485。具体地，扭杆轴的调质热处理工艺技术指标可以参见表1：

表1扭杆轴的调质热处理工艺技术指标

本实施例中，为了满足上述扭杆轴的机械性能，淬火温度可以为870度，回火温度可以为400度。

步骤106：对扭杆轴锻件进行第二次矫直以及第二次去应力退火。

调质热处理之后可以进行第二次矫直，第二次矫直可以去除调质热处理中产生的微量变形。

第二次矫直与第一次矫直不同，第一次矫直可以利用锻造工艺的设备进行，其是在高温下进行，属于热矫直。第二次矫直可以利用矫直机进行冷矫直。矫直机的种类可以有多种，例如压力矫直机、平衡滚矫直机、鞋滚矫直机、旋转反弯矫直机等，在此不作具体限定。

优选地，矫直机可以为200吨长轴数控冷校直机。

另外，第二次矫直之后也需要进行第二次去应力退火，去应力退火也称低温退火，其是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺，以去除工件内部的残余应力。在实际生产中，去应力退火的应用较为广泛。热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切削或切割、焊接、热处理，甚至机器零部件装配后，在不改变组织状态，保留冷作、热作或表面硬化的条件下，对钢材或机器零部件进行较低温度的加热，以去除内应力，减小变形开裂倾向的工艺，都可称为去应力退火。

针对扭杆轴锻件加工而言，第二次去应力退火的温度可以为800℃。第二次去应力退火后，扭杆轴的弯曲度在0.5mm之内。

步骤107：对扭杆轴锻件进行精加工形成扭杆轴。

精加工可以形成准确的工件尺寸及满足工件的设计要求。精加工一般安排在粗加工之后，在粗加工去除加工余量的基础上，经过精加工来达到最终的设计要求。

精加工可以包括精车、精磨、精铣等的一种或多种。对扭杆轴的精加工主要包括精车以及精磨两部分。

精车是加工工艺中的精加工工序，需要保证产品的尺寸公差，形位公差，表面粗糙度的相应要求。精加工主要是达到零件的全部尺寸和技术要求，因此精车应尽量选取较小的切削深度和进给量，而切削速度则可以较高。精车要求切削深度要小，走刀量也要小，精车完毕后，不但工件的直径几何尺寸要合格，而且对表面的粗糙度要求也较高，而且也要合格。精车的加工精度可达IT8～IT6级，表面粗糙度Ra可达1.6～0.8μm，形位公差、表面粗糙度的相应要求。

精磨，又称细磨，它是介于粗磨与抛光两大工序之间的重要工序，它的目的是保证工件达到所需要的面形精度、尺寸精度和表面粗糙度。特别是对于轴类零件，精磨对表面质量的影响是非常重要的。

本实施例中，优选地，精车可以采用数控车床，型号为EL6163数控车床。精磨可以采用MEB13A外圆磨床。

另外，由于扭杆轴的尺寸较长，精加工时为了保证其两端可以在同一水平线上，可以在轴的两端分别设置金属顶杆组件来实现，金属顶杆组件可以包括圆周方向设置的四个金属顶杆，即在中心架上每隔90度设置一个金属顶杆，依靠四个金属顶杆的同时运动来保证轴中心与两端中心孔在一条直线上。

步骤108：对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理。

承受载荷的零件表面常处于最大应力状态，并在不同的介质环境中工作。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零件表层引入一定的残余压应力，增加表面硬度，改善表层组织结构等，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。表面强化处理是对零件的表面进行处理，可以改善机械零件和工件表面性能，提高疲劳强度和耐磨性能等，甚至还可以提高耐腐蚀性能。

表面强化处理的种类有多种，例如喷丸、滚压等。

优选地，扭杆轴的表面强化处理为抛丸处理。抛丸处理就是利用高速运动的弹丸(60-110m/s)流连续冲击被强化工件表面，迫使工件表面和表层(0.10-0.85mm)在循环性变形过程中发生变化。主要包括显微组织结构发生改性；非均匀的塑变外表层引入残余压应力，内表层产生残余拉应力；外表面粗糙度发生变化。抛丸处理可提高扭杆轴疲劳断裂抗力，防止疲劳失效，塑性变形与脆断，提高疲劳寿命。抛丸处理一般可以使用抛丸机进行。

抛丸处理可以在扭杆轴表面形成预应力，预应力拱高达到0.4-0.6mm。。本实施例提供的扭杆轴加工方法，通过进行锻造、预备热处理、第一次矫直以及第一次去应力退火、粗加工、调质热处理、第二次矫直以及第二次去应力退火、精加工、以及表面强化处理，能够细化扭杆轴晶粒保证锻造纤维连贯，使得扭杆轴各位置的力学性能一致，提高了其综合机械性能。

实施例二

图2为本发明扭杆轴加工方法实施例二的流程图。

请结合图2，本实施例中，在对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之前还包括步骤109：对扭杆轴进行初步检测。

初步检测可以及时发现扭杆轴是否存在缺陷，从而提高扭杆轴合格率，初步检测的方法有多种，例如目测、电磁探伤、超声波探伤等。

优选地，初步检测可以为电磁探伤检测，电磁探伤的原理是利用电磁原理来发现金属的缺陷，该方法将金属零件磁化，缺陷处的磁阻会增大，此处的磁力线会发生相应变化。电磁探伤检测的显示缺陷的方法一般使用磁粉，将磁粉撒在零件表面或将零件浸入磁粉悬浊液中，然后可以利用电磁探伤机在工件上形成磁场，如果工件中有缺陷存在，磁粉会集中在存在裂纹或缺陷的位置。

本实施例总，电磁探伤可以使用型号CDX-111的电磁探伤机。

另外，本实施例中步骤101-步骤108的方法和功能与实施例一相同，具体可以参考实施例一，在此不再赘述。

本实施例提供的扭杆轴加工方法，通过在精加工以及表面强化处理之间增加初步检测工序，可以及时发现扭杆轴上是否存在缺陷，从而提高扭杆轴的合格率。

实施例三

图3为本发明扭杆轴加工方法实施例三的流程图。

请结合图3，本实施例中，在对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之后还包括步骤110：对扭杆轴进行最终检测。

最终检测可以检测扭杆轴的尺寸及公差等是否符合设计要求。具体地，可以检测扭杆轴各截面的直径、扭杆轴的长度形位公差等。直径、形位公差以及长度的检测可以采用通用尺具或带有标尺刻度的检验台等，在此不做具体限定。

另外，本实施例中步骤101-步骤109的方法和功能与实施例一和实施例二相同，具体可以参考实施例一和实施例二，在此不再赘述。

本实施例提供的扭杆轴加工方法，通过在表面强化处理之后增加最终检测工序，可以检验扭杆轴是否满足设计要求，确保最终加工出的扭杆轴符合设计要求。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”等术语均应广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种扭杆轴加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

对原材料进行锻造形成扭杆轴锻件；

对扭杆轴锻件进行预备热处理；

对扭杆轴锻件进行第一次矫直以及第一次去应力退火；

对扭杆轴锻件进行粗加工；

对粗加工后的扭杆轴锻件进行调质热处理；

对扭杆轴锻件进行第二次矫直以及第二次去应力退火；

对扭杆轴锻件进行精加工形成扭杆轴；

对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理。

2.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，在所述对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之前还包括：对扭杆轴进行初步检测。

3.根据权利要求2所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述初步检测为电磁探伤检测。

4.根据权利要求2所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，在所述对精加工后的扭杆轴进行表面强化处理之后还包括：对扭杆轴进行最终检测。

5.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述表面强化处理为抛丸处理。

6.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述精加工包括精车以及精磨。

7.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述预备热处理为正火，温度为840度。

8.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述调质热处理包括淬火和回火，所述淬火温度为870度，所述回火温度为400度。

9.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述扭杆轴的材料为52CrMo4。

10.根据权利要求1所述的扭杆轴加工方法，其特征在于，所述第二次去应力退火的温度为800度。