李冰 贺缨博 张成金 马娜 王瑞馥 冯良波 侯金涛
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062
摘 要：车轴磨削是车轴加工的最终工序，车轴的各磨削面需要与车轮、轴承、大齿轮进行组装精密配合，几何尺寸及形状误差的测量精度，直接决定了轴承与车轮的选配及压装质量。受磨削热、环境温度等因素影响，车轴加工后尺寸会进行一定变化，如何保障车轴各部位成型尺寸是车轴质量控制难点。本文就铁路客车车轴磨削加工后尺寸变化趋势和影响因素进行试验和分析。
关键词：铁路客车 车轴 磨削 尺寸变化
1 研究背景
铁路客车车轴通常使用数控外圆磨床和切入式磨床对车轴轮座、轴颈、齿轮座等装配面进行磨削，考虑到磨削后尺寸在短时间内会发生一定变化，一般测量和交检在第二天进行。对于磨削尺寸的控制一般靠经验值进行补偿。偶尔会发生交检时尺寸不合格现象。
2 车轴结构及技术要求
2.1车轴结构
铁路客车车轴由轴颈、防尘板座、车轮座、大齿轮座、轴身等部位组成。其中，轴颈用于组装轴承，公差一般为0.022mm，表面粗糙度为Ra1.6,；车轮座用于组装车轮，公差一般为0.04mm，表面粗糙度为Ra1.6。车削加工后需要进行磨削最终成型。
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3 现状调研
3.1车轴在磨削加工后需要放在同温区同温，第二天进行尺寸测量和交检，同温区车轴在制品数量较多。根据操作者反馈，车轴在磨削（切入磨和外圆磨）后尺寸偏大，同温一段时间后尺寸趋于稳定，交检时与刚磨削完成直径尺寸相差0.015mm左右。
3.2车轴加工图纸、车轴加工工艺文件、铁道行业标准、国家标准都没有对车轴磨削加工后需要同温再进行测量和交检的要求。
3.3查阅磨削热对车轴尺寸影响的相关技术资料发现，车轴在磨削过程中磨削区域瞬间温度较高，虽然通过冷却液进行降温，但还会有残留的热量保留在车轴内部，因为热涨冷缩原理，车轴直径将大于真实值。
4 试验验证
影响车轴尺寸变化和变化幅度的因素都很多，比如车同温时间、轴材质、环境温度、冷却液温度、磨削进给、砂轮转速、量具温度等等。本次试验主要就同温时间对尺寸变化的影响进行研究。
4.1 第一次试验
为控制变量，本次试验选用相同材质、同室存放的19条车轴，冷却液温度和磨削参数完全相同。对这19条车轴进行44次温度和尺寸监控，对环境温度、车轴温度、加工完成时间、车轴尺寸等几方面因素进行统计和分析。试验数据如下：
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通过第一次试验的试验数据，可初步得出以下结论：
1、刚加工完成的车轴表面温度略高于环境温度，温差为0.5℃左右。
2、磨削完成的车轴轮座尺寸在减小，初期变化较快，在同温6小时后，尺寸趋于稳定，尺寸减少0.015mm。
4.2 第二次试验
第二次的试验重点对车轴磨削完成后6小时内尺寸变化进行验证，对7条车轴进行47次尺寸监控，试验数据如下：
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通过第二次试验，可得出以下结论：
1、车轴轮座在车轴在加工完成后3小时尺寸趋于稳定；
2、轴颈和防尘板座在加工完成后2小时尺寸趋于稳定。
5 理论计算
5.1 尺寸随温度变化计算
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通过以上数据可得出结论：
对于轮座直径，温差在1°C范围内时直径的变化量为0.002-0.003mm，此变化量极小，故当环境温度在温差1°C内时，可忽略温度变化对车轴尺寸的影响。
5.2不同起始温度的冷却时间计算
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此计算过程通过人为设定条件（环境温度20°C、车轴磨削加工后表面温度35°C）以及一组实测数据（轴号57155、磨削加工完成后时间1.5h、车轴表面温度21.8°C）进行变化趋势预测。
在本图中只参考温度随时间变化的趋势。通过上图可得出如下结论：
通过理论计算与实测值的对比，发现在现场试验的车轴磨削加工后车轴表面温度随时间变化实测数据的变化趋势与理论计算的数据变化趋势相吻合，故现场试验的实测数据可靠性较高，可以作为减少车轴加工线在制品数量的数据支撑。
6 结论和建议
6.1结论
通过现场试验和理论计算，可得出以下结论：
车轴在加工完成后轮座直径、轴径直径、防尘板座直径尺寸逐渐减小，最大缩小0.015mm，3小时后尺寸趋于稳定。
6.2展望
为推进节拍化生产线建设，减少车轴加工线在制品数量，建议如下：
将每天1次交检改为每天2次交检，上午9时对前一日下午完成的车轴进行交检，下午15时对当日上午完成的车轴进行交检。交检完成后直接转序，可将交检区域在制品数量降低50%。
7 参考文献
[1]王春梅.火车车轴尺寸测量精度控制[J].工业技术.2018（1）：1-1
[2]蒋兴加.温度及磨削热对车轴磨削尺寸影响的研究[J].机车车辆工艺.2019（4）