車軸加工殘余應力淺析

徐華祥

摘 要 車軸作為軌道車輛走行部中最為重要的部件之一，加工精度要求高，加工操作十分復雜，其質量一直備受人們關注。殘余應力作為 加工工藝中普遍存在的現象，一直成為影響車軸加工質量的關鍵因素。本文從對殘余應力產生的原因著手，討論車軸加工過程中出現的殘余應力情況及檢查分析情況。

關鍵詞 車軸;加工;殘余應力

研究背景

我國地域遼闊人口眾多，為滿足人們的出行需求，我國大力發展軌道行業。高速動車組憑借其載客量大、運行速度快、準點率高、安全穩定等優勢成為人們出行的首選交通工具。高速鐵路的發展拉近了各個城市間的距離，帶動了區域經濟的均衡發展。車軸是動車組列車中最為核心的部件之一，在運行過程中，車軸長期受輪軌的強烈沖擊以及車輛載荷，尤其是近些年動車組列車運行速度的提升以及車輛軸重的增加，使車軸的運行環境更加惡劣。1992年發生的法國一輛TGV列車因車軸斷裂導致列車出軌;2002年發生的德國一輛列車因為一根車軸斷裂整輛列車出軌，這些事故表明車軸加工質量的保證對車輛運行安全是十分重要的，在車軸加工過程中，對于加工殘余應力的控制決定了車軸的質量穩定性。

1殘余應力

殘余應力指無外在因素影響時，經過工藝操作處理后存在于材料內部殘留的應力，在加工過程中切削加工，組裝，表面噴砂，焊接等工藝都會導致殘余應力的出現，根據工藝的特性的區別產生的殘余應力也各不相同。產品內部留存的殘余應力會影響到材料的使用性能，如車軸的耐磨性，耐腐蝕性，抗疲勞性能等方面。機械加工導致殘余應力產生的主要原因如表1所示[1]。

表1 機械加工導致殘余應力主要原因

2車軸加工中的殘余應力

在車軸加工過程中，殘余應力產生的原因主要有三個：機械加工引起的殘余應力，熱應力引起的殘余應力和相變引起的殘余應力。機械應力引起的殘余應力指的是車軸在加工過程中受到機械力作用產生塑性變性導致，在加工過程中，刀具前方車軸表面材料局部發生嚴重的塑性變形，沿車軸表面受到壓縮，塑性收縮，而垂直車軸方向受到拉伸，塑性伸長;熱應力引起的殘余應力指的是工件受到不均勻的熱量變化形成溫度梯度導致局部形變引起的，在加工過程中由于刀具與車軸產生劇烈摩擦，車軸表面溫升速度大于內部，溫度升高體積膨脹，產生局部形變[2]。

3殘余應力的檢測

在車軸加工過程中，由于機械加工的特性不可避免的產生殘余應力，雖微小的殘余應力對車軸運行不存在風險，但是對于車軸加工完成后的殘余應力的檢測至關重要。鉆孔法和X射線衍射法目前應用最廣發的檢測方式。

3.1 鉆孔法

鉆孔法是目前應用較為成熟的殘余應力檢測方法，多采用在車軸工件表面粘貼中心鉆孔的專用應變片，根據孔周圍局部區域的殘余應力釋放情況分析數據得出應力分布。鉆孔法測殘余應力對待測工件表面損傷較小，操作簡單、可靠。

3.2 X射線衍射法

X射線衍射法是無損檢測中最常見的一種檢測方法，殘余應力會造成待測工件材料晶格畸變，通過測量晶格畸變量計算出待測工件的殘余應力[3]。

4結束語

隨著我國經濟的快速發展，高速動車組越來越多地出現在人們的生活中。車軸作為動車組列車最為重要的組成部分，其質量好壞直接決定了車輛運行的安全性與穩定性。本文針對車軸加工中殘余應力進行分析，討論了殘余應力產生的原因及與各類加工的關系，分析了車軸加工過程中殘余應力的產生情況并提出了殘余應力的檢測方法，如鉆孔法及X射線衍射法。

參考文獻

[1] 汪洪文，鞠華，朱忠奎.高速客車空心車軸的疲勞強度分析及優化[J].農業裝備與車輛工程，2011，（11）：14-17.

[2] 高艷艷，王玉輝，李志平.高速列車空心車軸應用研究[J].珪谷，2014，（20）：102-103.

[3] 米谷茂，殘余應力的產生和對策[M].北京：高等教育出版化，2004： 107.