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[摘 要]随着我国铁路事业的蓬勃发展，对机车的需求量不断加大，因此，对机车整体性能有了更高的要求。尤其对于机车的走行部来讲，车轮的各项性能也提出了更高的标准。本文就机车车轮加工工艺进行研究，并对现阶段我国机车车轮加工工艺的应用现状和存在的问题进行探讨。
[关键词]机车车轮 加工工艺 改进 探讨
中图分类号：u260.331+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0122-01
当前机车是铁路客用、货运的重要交通工具。而机车的运行安全则至关重要，俗话说，走行部无小事，因此，对于机车车轮的加工有了更高执行标准。本文就车轮切削加工特点，整轧车轮等整个加工工艺过程，以及目前车轮加工存在工艺过程安排与刀具磨损快效率低等问题加以研讨。
1.对现阶段车轮加工存在问题的探讨
1.1 对我国目前车轮加工存在问题的探讨
目前国外先进制造工艺均采用先热处理后机加工的流程，以保证最终成品的尺寸精度，而马钢货车车轮沿用原先设计的先加工后热处理的流程，热处理后无法消除车轮变形翘曲，致使机车厂组装轮对时还要进行再次加工，造成极大浪费，同时降低了车轮的使用寿命，虽然我国目前车轮的生产工艺是参照国外工艺进行的，采用先热处理后机加工的工艺制度，热处理后产生车轮的变形可以消除，但由于热处理后车轮硬度提高，特别是现有的淬火工艺使得车轮硬度从外向内呈梯度降低，而车轮的工作状态要求的是踏面下5mm左右的硬度，最高达到32OHB，这就需要切除更高硬度的表层材料，恶化了车轮的切削加工性能，整体车轮毛坯硬度大强度高，断屑困难，加工效率低，刀具磨损严重消耗量巨大，车轮加工质量不高。
1.2 对车轮加工整体工艺存在问题的探讨
因整体车轮材料属于难加工材料，在机加工过程中切削加工性与性能要求的矛盾尤为突出长期以来，目前部分车轮加工使用的C8011B车轮车床经常会发生车削轮对时踏面与轮对中心孔不同轴，且在加工过程中经常发生闷车、抖动等现象，直接影响到车轮加工精度，使得轮对验收通不过而不断返工，造成轮对加工的极大浪费，也影响到正常生产秩序及安全。经分析，该车轮车床卡爪易打滑，两头顶尖顶不紧是产生上述缺陷的主要原因，为此我们对机床夹紧机构进行了改造。
2.关于机车车轮加工工艺的探讨
2.1 车轮轮辐冷压成形加工工艺
对车轮的价格要要想减少能源和材料的消耗，较有效的方法就是采用冷加工工艺。进行该工艺时，加工工艺的路线为：打印记→盘卷→割料→开坡口→点焊→焊接→打磨→整形→车加工→钻孔。本方法的关键工序在整形、将平整好的圆环料放入扩平模中，进行一边扩胀，一边压平，达到整形的目的。这种方法的工艺特点：第一，使工件基本都较好地处于三向压应力状态下，这时材料的塑性状态好，较容易发生塑性变形，换言之就是最容易达到整形的目的；第二，通过一扩一压，将前面工序所产生内应力基本消除了，而由此产生的内应力也是相对较少的。此关键工序的特点：①通过扩胀保证了圆度。②通过压平保证平面度，减少了车加工的余量，更加节省材料，使得材料利用率得到显著提高，同时减少了加工时间，进一步提高了生产效率。③又扩又压，使晶粒能够合理的流动，使得轮辐具有较高的强度。④边扩边压，压力机的吨位相对较小，800t即可。⑤轮辐尺寸精度、形位公差，可以通过胀锥与胀锥固定座之间加减垫片及压平模与压平模座之间加减垫片来调节。此模由胀锥、胀块及压平模三个主要零件组成。
2.2 车轮的数控加工工艺
近年来，我国车轮数控加工的程序经多年来的不断改进及优化，已形成一种固化的、线性结构模式，选择数控加工的主要特点是：程序结构简洁，执行效率高；程序控制逻辑简单，各工步执行顺序固定；应用变量（参数）编程，易于实现分刀及切深调整；异常中断后，可从中断工步头执行；通过操作人员干涉，可实现第一执行工步的选择。目前的数控加工程序控制流程能很好的满足大批量生产的车轮产品加工的需要。从多年的现场应用效果来看，程序控制结构设计上的优势得到了充分的发挥。
加工工艺人员要想要灵活实现各工步加工顺序重组，需在保留原有程序优点的基础上，针对程序控制结构上的缺少的灵活性进行重新设计，其设计思路如下：首先设计要体现双刀架数控立车两侧控制程序的主从关系并在数据结构中体现两刀架工步匹配的表概念，实现主控制程序完成工步匹配，简化操作人员的输入操作，确保两侧工步匹配正确。其次设计要引入加工方案、工步控制流程概念，实现程序执行顺序灵活可变的设计。同时要增加两则工步匹配检查，并给出提示，减少人为错误，缩短调试查错时间。
2.3 车轮的挤压加工工艺
挤压加工和传统的切削加工原理不同，前者将加工余量通过转移用来形成螺纹齿形，因此是无屑切削，后者将加工余量以切屑形式排出孔外，为有屑切削。因此在計算底孔尺寸时要区分对待。对于挤压加工的螺纹，其成型完全是在挤压过程中形成的，所以关键是保证其攻丝序的加工余量即底孔尺寸，若底孔尺寸稍有差异，会对螺纹牙型造成较大影响。底孔径太小，封闭形成的金属无处可去，造成切削时扭矩过大，易导致丝锥折断；底孔径过大，基础金属量少，造成牙形不完整，从而导致螺纹小径偏大，不满足螺纹要求的小径公差要求，导致螺纹强度下降。
对于车轮的挤压加工工艺来说，要求主要是基干挤压加工工艺对底孔尺寸要求非常严格，可在攻丝序借助相关的辅助检具对加工过程实时监控，通常使用的检具有小径光滑量规、螺纹塞规。挤压加工后的螺纹金属纤维不断裂，并在金属表而形成冷硬层，使螺纹具有较高的强度和耐磨性，对解决铝合金压铸件表面以下的缩松、气孔等缺陷起到了一定的弥补和修缮作用，从根本上解决了螺纹断扣的问题；另外，由于挤压加工是无屑加上，避免了传统切削中铝屑难于排出孔外而造成丝锥被楔住现象，节省了大量清理铝屑的时间，同时也节约r处理铝屑的成本。正是由于目前挤压加工有许多工艺的优点，在选择加工方式时车轮的挤压加工也越来越多地被选用。
3.对机车车轮工艺改进的措施
3.1 通过缓冷工艺从而改善车轮切削性能
热处理工艺是碾钢车轮生产的重要工艺，车轮缓冷工艺取代等温成为车轮热处理技术的发展趋势，马钢车轮公司将犯座等温炉淘汰，取而代之的是拥有现代高，技术水平缓冷炉"新工艺不但具有保证质量改善车轮组织，使得削加工性好转，而且可使车轮生产中的煤气消耗量降低，节能减排效果显著，每年可节约500万元以上的煤气能源费用。马钢车轮公司3条车轮生产线全面实现缓冷工艺，从根本上提高马钢车轮质量，推动车轮产能释放。
3.2 通过优化车轮踏面淬火工艺改进生产
车轮的工作应力要求的是踏面以下5mm左右的硬度达到一定值，因而需对踏面进行淬火热处理。按现有的连续喷水淬火方式会使得车轮硬度从外向内呈梯度降低，对整体轮的轮缘表面、踏面、轮惘外侧面的进行硬度测量，由外向里选不同的点，得出一种的硬度曲线和分布规律，这种硬度分布规律不利于车轮的切削加工。现采用一种型踏面淬火工艺对车轮踏面和外侧惘面间歇喷水冷却，可以提高轮惘硬度和改变硬度分布规律。
4.结语
综上所述，对于机车的车轮加工工艺，车轮的生产加工要避免加工工艺上存在的问题，在车轮的辐射冷压成型工艺，数控加工工艺和挤压加工工艺，要严格按照相应工艺生产的要求进行加工生产，从而让各个车轮加工工艺实现各加工工步执行顺序的灵活调整以及合理制造，进而满足了现场对不同加工工步顺序控制的需要。因此，只有机车的车轮加工工艺成熟，才可以为铁路运输提供更加安全可靠的服务。
参考文献
[1] 韩建生.车轮硬度不合格的原因分析及热处理改进方法.铁道技术监督，2004.
[2] 丁刚，机车车轮加工工艺分析与优化，南京理工大学，2012.
[关键词]机车车轮 加工工艺 改进 探讨
中图分类号：u260.331+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0122-01
当前机车是铁路客用、货运的重要交通工具。而机车的运行安全则至关重要，俗话说，走行部无小事，因此，对于机车车轮的加工有了更高执行标准。本文就车轮切削加工特点，整轧车轮等整个加工工艺过程，以及目前车轮加工存在工艺过程安排与刀具磨损快效率低等问题加以研讨。
1.对现阶段车轮加工存在问题的探讨
1.1 对我国目前车轮加工存在问题的探讨
目前国外先进制造工艺均采用先热处理后机加工的流程，以保证最终成品的尺寸精度，而马钢货车车轮沿用原先设计的先加工后热处理的流程，热处理后无法消除车轮变形翘曲，致使机车厂组装轮对时还要进行再次加工，造成极大浪费，同时降低了车轮的使用寿命，虽然我国目前车轮的生产工艺是参照国外工艺进行的，采用先热处理后机加工的工艺制度，热处理后产生车轮的变形可以消除，但由于热处理后车轮硬度提高，特别是现有的淬火工艺使得车轮硬度从外向内呈梯度降低，而车轮的工作状态要求的是踏面下5mm左右的硬度，最高达到32OHB，这就需要切除更高硬度的表层材料，恶化了车轮的切削加工性能，整体车轮毛坯硬度大强度高，断屑困难，加工效率低，刀具磨损严重消耗量巨大，车轮加工质量不高。
1.2 对车轮加工整体工艺存在问题的探讨
因整体车轮材料属于难加工材料，在机加工过程中切削加工性与性能要求的矛盾尤为突出长期以来，目前部分车轮加工使用的C8011B车轮车床经常会发生车削轮对时踏面与轮对中心孔不同轴，且在加工过程中经常发生闷车、抖动等现象，直接影响到车轮加工精度，使得轮对验收通不过而不断返工，造成轮对加工的极大浪费，也影响到正常生产秩序及安全。经分析，该车轮车床卡爪易打滑，两头顶尖顶不紧是产生上述缺陷的主要原因，为此我们对机床夹紧机构进行了改造。
2.关于机车车轮加工工艺的探讨
2.1 车轮轮辐冷压成形加工工艺
对车轮的价格要要想减少能源和材料的消耗，较有效的方法就是采用冷加工工艺。进行该工艺时，加工工艺的路线为：打印记→盘卷→割料→开坡口→点焊→焊接→打磨→整形→车加工→钻孔。本方法的关键工序在整形、将平整好的圆环料放入扩平模中，进行一边扩胀，一边压平，达到整形的目的。这种方法的工艺特点：第一，使工件基本都较好地处于三向压应力状态下，这时材料的塑性状态好，较容易发生塑性变形，换言之就是最容易达到整形的目的；第二，通过一扩一压，将前面工序所产生内应力基本消除了，而由此产生的内应力也是相对较少的。此关键工序的特点：①通过扩胀保证了圆度。②通过压平保证平面度，减少了车加工的余量，更加节省材料，使得材料利用率得到显著提高，同时减少了加工时间，进一步提高了生产效率。③又扩又压，使晶粒能够合理的流动，使得轮辐具有较高的强度。④边扩边压，压力机的吨位相对较小，800t即可。⑤轮辐尺寸精度、形位公差，可以通过胀锥与胀锥固定座之间加减垫片及压平模与压平模座之间加减垫片来调节。此模由胀锥、胀块及压平模三个主要零件组成。
2.2 车轮的数控加工工艺
近年来，我国车轮数控加工的程序经多年来的不断改进及优化，已形成一种固化的、线性结构模式，选择数控加工的主要特点是：程序结构简洁，执行效率高；程序控制逻辑简单，各工步执行顺序固定；应用变量（参数）编程，易于实现分刀及切深调整；异常中断后，可从中断工步头执行；通过操作人员干涉，可实现第一执行工步的选择。目前的数控加工程序控制流程能很好的满足大批量生产的车轮产品加工的需要。从多年的现场应用效果来看，程序控制结构设计上的优势得到了充分的发挥。
加工工艺人员要想要灵活实现各工步加工顺序重组，需在保留原有程序优点的基础上，针对程序控制结构上的缺少的灵活性进行重新设计，其设计思路如下：首先设计要体现双刀架数控立车两侧控制程序的主从关系并在数据结构中体现两刀架工步匹配的表概念，实现主控制程序完成工步匹配，简化操作人员的输入操作，确保两侧工步匹配正确。其次设计要引入加工方案、工步控制流程概念，实现程序执行顺序灵活可变的设计。同时要增加两则工步匹配检查，并给出提示，减少人为错误，缩短调试查错时间。
2.3 车轮的挤压加工工艺
挤压加工和传统的切削加工原理不同，前者将加工余量通过转移用来形成螺纹齿形，因此是无屑切削，后者将加工余量以切屑形式排出孔外，为有屑切削。因此在計算底孔尺寸时要区分对待。对于挤压加工的螺纹，其成型完全是在挤压过程中形成的，所以关键是保证其攻丝序的加工余量即底孔尺寸，若底孔尺寸稍有差异，会对螺纹牙型造成较大影响。底孔径太小，封闭形成的金属无处可去，造成切削时扭矩过大，易导致丝锥折断；底孔径过大，基础金属量少，造成牙形不完整，从而导致螺纹小径偏大，不满足螺纹要求的小径公差要求，导致螺纹强度下降。
对于车轮的挤压加工工艺来说，要求主要是基干挤压加工工艺对底孔尺寸要求非常严格，可在攻丝序借助相关的辅助检具对加工过程实时监控，通常使用的检具有小径光滑量规、螺纹塞规。挤压加工后的螺纹金属纤维不断裂，并在金属表而形成冷硬层，使螺纹具有较高的强度和耐磨性，对解决铝合金压铸件表面以下的缩松、气孔等缺陷起到了一定的弥补和修缮作用，从根本上解决了螺纹断扣的问题；另外，由于挤压加工是无屑加上，避免了传统切削中铝屑难于排出孔外而造成丝锥被楔住现象，节省了大量清理铝屑的时间，同时也节约r处理铝屑的成本。正是由于目前挤压加工有许多工艺的优点，在选择加工方式时车轮的挤压加工也越来越多地被选用。
3.对机车车轮工艺改进的措施
3.1 通过缓冷工艺从而改善车轮切削性能
热处理工艺是碾钢车轮生产的重要工艺，车轮缓冷工艺取代等温成为车轮热处理技术的发展趋势，马钢车轮公司将犯座等温炉淘汰，取而代之的是拥有现代高，技术水平缓冷炉"新工艺不但具有保证质量改善车轮组织，使得削加工性好转，而且可使车轮生产中的煤气消耗量降低，节能减排效果显著，每年可节约500万元以上的煤气能源费用。马钢车轮公司3条车轮生产线全面实现缓冷工艺，从根本上提高马钢车轮质量，推动车轮产能释放。
3.2 通过优化车轮踏面淬火工艺改进生产
车轮的工作应力要求的是踏面以下5mm左右的硬度达到一定值，因而需对踏面进行淬火热处理。按现有的连续喷水淬火方式会使得车轮硬度从外向内呈梯度降低，对整体轮的轮缘表面、踏面、轮惘外侧面的进行硬度测量，由外向里选不同的点，得出一种的硬度曲线和分布规律，这种硬度分布规律不利于车轮的切削加工。现采用一种型踏面淬火工艺对车轮踏面和外侧惘面间歇喷水冷却，可以提高轮惘硬度和改变硬度分布规律。
4.结语
综上所述，对于机车的车轮加工工艺，车轮的生产加工要避免加工工艺上存在的问题，在车轮的辐射冷压成型工艺，数控加工工艺和挤压加工工艺，要严格按照相应工艺生产的要求进行加工生产，从而让各个车轮加工工艺实现各加工工步执行顺序的灵活调整以及合理制造，进而满足了现场对不同加工工步顺序控制的需要。因此，只有机车的车轮加工工艺成熟，才可以为铁路运输提供更加安全可靠的服务。
参考文献
[1] 韩建生.车轮硬度不合格的原因分析及热处理改进方法.铁道技术监督，2004.
[2] 丁刚，机车车轮加工工艺分析与优化，南京理工大学，2012.