分體車輪輪箍加工工藝研究

■ 太原重工軌道交通設(shè)備有限公司 （山西太原 030000） 張治祺 劉果青

近年來，我單位一直在著力拓寬“一帶一路”沿線國家的鐵路輪軸市場，這些國家的部分車輪依舊采用分體車輪結(jié)構(gòu)。分體車輪由輪箍、輪芯及扣環(huán)三部分組成，與整體車輪相比，具有可更換、成本低的特點(diǎn)，但每個部件的加工難度都較整體車輪更高。我單位承接了供伊拉克的分體車輪生產(chǎn)制造，為了解決以往在普通機(jī)床加工輪箍時加工精度差、加工效率低的問題，專門對RQQ-1車削加工中心加工輪箍的工藝進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了輪箍在RQQ-1車削加工中心上的加工，大幅度提高了輪箍的加工精度和加工效率。

1. 零件主要技術(shù)要求

輪箍結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，輪箍是異形環(huán)件結(jié)構(gòu)，夾持外圓加工內(nèi)壁時易發(fā)生變形，材質(zhì)為B2N，主要技術(shù)要求有：①輪芯槽和扣環(huán)槽為向上翹曲，存在3∶10的斜度，且尺寸精度要求高。②輪箍內(nèi)壁尺寸φ（770.35±0.05）mm，圓度≤0.05m m，與外圓的同心度≤0.1m m，表面粗糙度值R a＝3.2μm，精度要求高，加工難度很大。③輪芯槽和扣環(huán)槽的距離為（86.25±0.25）mm。

圖1 輪箍

2. 加工難點(diǎn)分析

圖2 輪箍結(jié)構(gòu)

從技術(shù)要求可以看出，輪箍內(nèi)壁及輪芯槽、扣環(huán)槽是主要的加工部位，工藝設(shè)計(jì)時需充分考慮輪芯槽和扣環(huán)槽尺寸及位置要求。尺寸檢測時，需設(shè)計(jì)新型樣板，以實(shí)現(xiàn)對扣環(huán)槽、輪芯槽及其他部位尺寸的檢測。同時，為了保證輪箍內(nèi)壁的圓度≤0.05mm，需要考慮夾持外圓加工內(nèi)壁時輪箍的變形，制定合理的夾持力來保證最終成品的尺寸精度。我單位以往采用普通單臺立車進(jìn)行輪箍的加工，不僅加工效率低，而且尺寸精度難以保證，總會接到客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的反饋，為此我們對輪箍在RQQ-1數(shù)控車削中心的加工進(jìn)行了工藝研究。

3. 工藝路線制定

輪箍的扣環(huán)槽、輪芯槽及內(nèi)壁的精度要求較高，為了在保證加工精度的同時提高加工效率，我們制定了如下的加工路線。

（1）粗加工 輪箍毛坯鍛造完成后，使用普通車床對毛坯進(jìn)行去量加工，所有輪廓（不加工輪芯槽和扣環(huán)槽）單邊留3～4mm余量。

（2）半精加工 在RQQ-1機(jī)床上對輪箍進(jìn)行半精加工，輪箍內(nèi)壁（不加工輪芯槽和扣環(huán)槽）單邊留1.5mm余量，其余部位加工至成品尺寸。

（3）精加工 在RQQ-1機(jī)床上對輪箍輪芯槽、扣環(huán)槽及內(nèi)壁進(jìn)行精加工。這些部位是分體車輪裝配時與輪芯和扣環(huán)配合的部位，是輪箍最重要的部位，也是加工輪箍時需著重注意的部位，需要進(jìn)行專門的工藝研究。

4. 精加工工藝

（1）刀具選擇 輪箍的扣環(huán)槽、輪芯槽形狀復(fù)雜，內(nèi)部的倒圓較小，且有一定的斜度，普通的菱形刀或者圓刀無法對其進(jìn)行加工，為此我們需要設(shè)計(jì)專門的刀具。由于輪箍在RQQ-1機(jī)床上加工時需要夾持輪緣部位，輪芯槽和扣環(huán)槽的朝向如圖3所示，經(jīng)過與刀具廠商的反復(fù)溝通及試驗(yàn)，最終選定了如圖3所示的特殊刀具進(jìn)行輪芯槽和扣環(huán)槽的精加工。

圖3 輪芯槽和扣環(huán)槽

同時使用的其余常規(guī)刀具有：φ12mm圓刀片、8mm切槽刀。

（2）機(jī)床夾緊力的調(diào)整 加工之前，首先考慮了如何減少輪箍夾持過程中的變形，通過反復(fù)測量不同夾緊力情況下輪箍的變形量，最終將機(jī)床夾緊力由加工正常車輪時的80kg調(diào)整到20kg，在此夾緊力作用下輪箍的變形量可以忽略不計(jì)。

（3）精加工過程 輪箍精加工時采用了如下技術(shù)措施。

1）以輪轂內(nèi)輞面為基準(zhǔn)，夾持輪緣，用百分表以已加工好的踏面找正，誤差控制在0.03mm以內(nèi)。

2）使用φ12mm圓刀片對內(nèi)壁進(jìn)行粗車，為最終的精加工留單邊0.3mm的余量。

3）使用8mm的切槽刀對輪芯槽和扣環(huán)槽進(jìn)行余量的消除，以減少使用專用加工刀具加工時的切削余量。

4）使用專用加工刀具對輪箍的輪芯槽和扣環(huán)槽進(jìn)行加工，由于加工輪芯槽的刀具刀頭為3mm寬，加工扣環(huán)槽的刀具刀頭為4mm寬，如果一刀完成兩個槽的加工會導(dǎo)致刀具崩裂。為此，加工輪芯槽時我們進(jìn)行了5步車削，每次的車削余量分別為1.5mm、1.1mm、0.7mm、0.3mm及0mm。加工扣環(huán)槽時我們進(jìn)行了4步車削，每次的車削余量分別為1.3mm、0.8mm、0.3mm及0mm。通過多步車削，保證了最終車削精度及刀具的耐久性。

5）使用φ12mm的圓刀片對內(nèi)壁進(jìn)行最終的精加工。

（4）精加工后的檢驗(yàn) 輪箍輪芯槽和扣環(huán)槽的形狀較為特殊，無法使用常規(guī)量具進(jìn)行尺寸及形狀的檢驗(yàn)，故制作了如圖4～圖8所示的專用樣板對其形狀及尺寸進(jìn)行檢測。

圖4 輪芯槽形狀檢測樣板

圖5 扣環(huán)槽形狀檢測樣板

圖6 扣環(huán)槽深度檢測樣板

圖7 輪芯槽、扣環(huán)槽相對位置檢測樣板

圖8 扣環(huán)槽寬度檢測樣板

1）內(nèi)壁尺寸的測量：利用內(nèi)徑千分尺對輪箍的內(nèi)壁尺寸進(jìn)行逐件測量。

2）輪芯槽和扣環(huán)槽形狀的檢測：利用輪芯槽形狀檢測樣板（見圖4）及扣環(huán)槽形狀檢測樣板（見圖5）對輪芯槽和扣環(huán)槽的形狀進(jìn)行測量，樣板與槽之間的間隙≤0.2mm即視為合格。

3）扣環(huán)槽深度（11±0.5）mm的檢測：將扣環(huán)槽深度檢測樣板（見圖6）沿車輪徑向垂直放置于扣環(huán)槽部位，以輪箍內(nèi)壁為基準(zhǔn)，過端（G）樣板圓弧端面緊貼扣環(huán)槽底部，同時樣板直平面與輪箍內(nèi)壁存在間隙，止端（Z）樣板直平面緊貼輪箍內(nèi)壁，同時樣板圓弧端面與扣環(huán)槽底部存在間隙，若同時滿足上述要求，則深度合格。

4）輪芯槽、扣環(huán)槽相對位置（86.25±0.25）mm的檢測：將相對位置檢測樣板（見圖7）沿車輪徑向垂直放置，以輪箍內(nèi)壁為基準(zhǔn)，A端斜面緊貼輪芯槽斜面，B端斜面與扣環(huán)槽斜面之間存在間隙；B'端斜面緊貼扣環(huán)槽斜面，A'端斜面與輪芯槽斜面之間存在間隙，若同時滿足上述要求，則輪芯槽、扣環(huán)槽相對位置合格。

5）扣環(huán)槽寬度（11.65±0.35）mm的檢測：將樣板扣環(huán)槽寬度檢測樣板（見圖8）沿車輪徑向垂直放置于扣環(huán)槽部位，過端（G）完全放入扣環(huán)槽，同時止端（Z）無法放入扣環(huán)槽，若同時滿足上述要求，則寬度合格。

5. 結(jié)語

分體車輪的輪箍作為異形環(huán)件，同時存在兩個斜向的內(nèi)槽，加工及檢測過程中無法使用常規(guī)刀具和量具，需要針對不同部位設(shè)計(jì)專用的刀具和檢測工具。通過對輪箍在RQQ-1機(jī)床上的工藝研究，我們將輪箍的加工時間縮短至1h，較以往普通車床加工一件輪箍用時3h縮短了2/3工時，在保證加工精度的基礎(chǔ)上大幅度提高了生產(chǎn)效率。同時，使用RQQ-1機(jī)床加工的輪箍發(fā)往伊拉克用戶后沒有收到任何質(zhì)量問題反饋，提高了我單位的信譽(yù)度，使得我單位產(chǎn)品在“一帶一路”沿線國家獲得了廣泛的知名度，大大提高了競爭優(yōu)勢。