印度铁路车轴加工质量与效率的提升

2021-12-22孙强孙志宏贾广林

金属加工(冷加工) 2021年12期

孙强，孙志宏，贾广林

中车大同电力机车有限公司山西大同 037000

1 序言

车轴是轨道车辆和机车最重要的部件之一，其安全性直接关乎车辆的行车安全。印度铁路车轴是一种多台阶细长轴，长度直径比大，在磨削力和磨削热的作用下易产生锥形、腰鼓形及振痕等多种缺陷，造成工件径向圆跳动和同轴度超差。另外，由于印度铁路车轴现有生产线生产效率低，每月（两班）产量仅700根，无法满足月产1500根的能力要求，所以对其加工质量和效率进行提升显得尤为重要。

2 原工艺及存在的问题

在普通外圆磨床磨削轴颈、防尘座后，由于表面粗糙度值达不到图样要求的Ra=0.8μm，所以需要再对轴颈、防尘座及圆弧进行滚压。在滚压之后车轴轴颈会出现洼心，圆柱度也普遍不能满足要求，甚至有部分车轴轴颈因尺寸偏小而造成车轴直接报废。

印度铁路车轴原加工工艺流程为：铣端面、钻中心孔→半精车外圆→超声波探伤→精车外圆→钻孔、攻螺纹→磨轴颈→磨轮座、防尘座→滚压→磁粉探伤→打印标识。

依托新八轴机车生产线实现混线生产，生产线平衡率46.3%，单日产量（两班）仅28根，无法满足要求。各工位生产能力见表1。

表1 各工位生产能力

磨轴颈工序加工要求如图1所示，磨轮座工序加工要求如图2所示，滚压工序加工要求如图3所示。原磨削工艺存在如下问题：①一次校检合格率50%，返修率高。②效率低，占用3台设备，需6次装夹。③磨削工序为加工瓶颈，如果磨削工序提高加工速度，则车轴生产效率将显著提高。

图1 磨轴颈工序加工要求

图2 磨轮座工序加工要求

图3 滚压工序加工要求

印度铁路车轴外圆尺寸偏差要求为±0.5mm，外圆表面粗糙度值Ra=6.4μm，原加工工艺为半精车→精车→探伤，但是存在如下问题：①加工时间长，单根加工时间65min，加上辅助时间6min，共71min，每班完成6根。②加工成本高，精车、半精车刀具费用高。

总体来看，车间设备利用率低，有多台设备闲置，各工序设备数量配置不合理。

3 工艺优化

针对印度铁路车轴加工生产线效率低、返修率与废品率高等问题，优化工艺方案如下。

1）根据车轴的外形与尺寸，设计的成形砂轮结构如图4所示。编制成形砂轮采购技术规范，指导成形砂轮采购。

图4 成形砂轮结构

优化砂轮修整程序，在保证车轴产品质量符合图样要求的前提下，减少车轴加工过程中修整砂轮的次数。

由于机床导轨磨损，影响车轴磨削质量，因此重新定位，避开磨损位置。针对中心孔不圆、磕碰等问题，增加钳工修整，在加工时成形铣床空转两圈。

采用成形磨削工艺，实现轴颈、防尘座及圆弧一次磨削，代替之前的普通磨削加滚压。设备由普通外圆磨床MQ1350，改为数控成形磨床103110 PF61 S3000。改进后的工艺流程为：磨轴颈、防尘座及圆弧→磨轮座、轴颈、防尘座及圆弧。磨轴颈、防尘座及圆弧工序加工要求如图5所示，磨轮座工序加工要求如图6所示，工艺改进前后表面质量如图7所示。由图7可以看出，工艺改进后车轴表面质量得到了很大的改善。

图5 磨轴颈、防尘座及圆弧工序加工要求

图6 磨轮座工序加工要求

图7 工艺改进前后表面质量

2）改进工艺，取消半精车工序，只留精车工序。改进后外圆尺寸偏差±0.5mm可以满足，而外圆表面粗糙度超差，需做如下改进：①设备改为乔福S T130C机床，精度高，精车就能满足外圆公差及表面粗糙度要求。②刀具改用住友DNMM150608WF刀片。③修改切削参数，转速增加，进给量减小，保证外圆表面粗糙度值Ra=6.4μm，满足探伤要求。

取消半精车工序可节省一半加工时间，每班加工车轴12根，每根可节省：工时费用450元，设备消耗费用约330元，半精车刀片费用100元，桥式起重机及辅助人工费用150元。

优化后的印度铁路车轴加工工艺流程为：铣端面、钻中心孔→精车外圆→超声波探伤→钻孔、攻螺纹→磨轴颈、防尘座及圆弧→磨轮座→磁粉探伤→打印标识。

3）合理配置各工序设备数量，利用车间闲置设备5台，其中数控磨床2台、数控车床2台及数控镗床1台，使生产线生产能力、平衡率大幅提升。工艺优化后各工位生产能力见表2。同时，对班组相关操作人员进行现场培训，要求严格执行工艺要求。

表2 工艺优化后各工位生产能力

4）随着印度铁路车轴单日产量逐步提升并趋于稳定，生产线桥式起重机使用频次增加，行进路线冲突，物流效率降低，工位等待时间延长。于是采取如下措施：①调整交检工位平面位置，优化物流路径，消除工序折返。②运用标准作业票进行作业分析，优化工位定置，实现工位物料就近存放。③实行线下物料配送，增加过跨转运小车、车轴发送架，提升物料配送效率。④合理设定工位物料在制期量，按期量配备物料存储器具，加强物料三定管理。