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RD2型车轴的加工工艺设计
（摘自百度文库）绪 论
一、引言
铁路是我国主要运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量约占50%，是国民经济的先导。近年来，我国国民经济发展十分迅速，要求铁路运输能力与国民经济发展相适应。由于前一段时间忽视了铁路的提前投入，铁路运能的增加不能适应国民经济的发展，在这段时间里铁路运输成为制约国民经济发展的瓶颈。随着国民经济的快速发展和不断完善，人们的经济活动将越来越频繁，同时人们生活水平的提高、消费观念的转变、节假日的增多，外出旅游、休闲度假、探亲访友的客流数量将不断增加，其结果将使我国旅客需求数量迅速增长，并且对运输质量的需求更加突出，出行消费将追求方便快捷、经济合理、环境舒适、服务良好、安全可靠的交通方式。铁路特别是城际铁路能够提供快速、舒适、便捷、安全等全方位客运服务，满足小康社会旅客对运输质量的多层次需求。由此可见，运输对车辆的要求越来越高。
为了适应形势的发展，必须下决心研制开发高速、重载的高科技铁路车辆。把铁路推向一个新的发展时期。而车辆速度的提高，不仅仅是在原有基础上速度的提高，他同时包括对车轴自身的改造和创新，以适应提速后对车辆自身各方面性能的要求。对现有车轴自身的改造是现有车辆提速的一个重要环节，也是当前的一个重点。现有的车轴由于其加工工艺的问题，使得其经济成本较高，且卸荷槽的采用，也使的得应力过于集中，易引起车轴过早的产生裂纹，及燃轴事故的发生，从而导致列车的行车安全性降低。因此，需要进行车轴加工工艺的研究，对其进行优化。随着车辆上的各种装备也越来越多，因此车辆的自重和载重也越来越大，对车轴的要求也越来越高。因此在车辆设计和制造时应采用新材料、新工艺、新结构来降低车重。本文设计的是一种货车滚动轴承的空心车轴，为了降低成本，轴的结构应尽量简单，并有良好的加工和工艺装配性。增强轴的工作能力，从而提高车辆的可靠性和安全性，从而满足车辆对铁路高速重载的要求，以满足当前社会的运输需求。
二、货车车轴现状
国内车轴轴型已标准化和系列化，这是为了简化设计，便于制造、检修、运用，同时为了减轻车轴自重，提高经济效益，以适应不同车种和不同车辆自重和载重的要求，以及适应客货运输用途不同的需要。根据铁道部标准TB450—38， 标准型滚动轴承车轴有RB 、RC、RD、RE、RC、RC、RD、RD型。其中 RB 、RC、RD、RE型用于货车，其余用于客车。
在铁道货车车辆中，RD2型滚动轴承车轴适应的转向架比较多。例如转8A、转8AG、转8G、转K1、转K2、转K3、转K4等转向架均采用RD2型滚动轴承车轴。车辆运行速度不超过120km/h，载重一般是70t。
旧型滑动D型轮对轴身设计为锥形，本来是载重50t的货车上装用。后来一部分装在载重60t的货车上，曾发生多次冷切事故，所以RD2型轮对作为载重60t的货车上装用的主型轮对，轮座直径和轴中央直径分别比以前D增加了12mm、19mm。
货车车辆车轴为阶段式车轴，且车轴轴颈部分为承载的主要部分之一，车轴轴颈直径尺寸直接影响着车轴抗弯的能力。限用载重50t车上的滑动货车标准型D型车轴，滑动D轴的轴颈直径原型为145mm。规定检修中不低于129mm，载重50t及其以上的滑动货车标准E型车轴。但是由于载重50t的货车占的比例较大，所以在60t的货车上装用的D型轮对轴颈的直径基本上都是在135mm以上，货车车轴轮对滑改滚之后，用RD2型轮对，而RD2型车轴的直径，原型仅为130mm（卸荷槽处直径为130）。RD2型比D型轴颈直径原型小15mm，比E型轴颈直径原型尺寸小25mm，显然RD2型车轴抗弯能力不如D或E型车轴，虽然后期提出了40钢的材质改变，但是现役40钢RD2型车轴轮对的数量还是很大。
三、设计的主要内容
本文将主要根据我国的车轴概况，研究铁路车轴的当前加工工艺情况，设计滚动轴承车轴的加工工艺，设计车轴的粗加工和精加工工艺，针对车轴出现裂纹并影响列车运行安全性的重大问题，结合目前的加工修理现状，分析卸荷槽对货车RD2型车轴轴颈影响，给出具体可行的解决之道来提高车轴的工作能力。在大量分析的基础上，对车轴的强度和寿命进行计算，从中选择最优的车轴类型，以满足提速改造后对车轴性能的要求。
第一章 滚动轴承车轴概述及加工工艺分析
第一节 货车滚动车轴概述
一、轴的分类与用途
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转零件（例如齿轮、蜗轮），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。心轴又分转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。
轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上 的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。
直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其它零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径的比值通常为0.5～0.6,以保证轴的刚度及扭转稳定性。[1]
二、车轴各部位名称及作用
（一） 轴颈：用以安装滑动轴承的闸瓦或滚动轴承负担着车辆重量，并传递各方向的静、动载荷。
（二） 轮座：车轴与车轮之间的配合的部位。为了保证轮轴之间有足够的压紧力，轮轴直径比车轮直径要大0.10～0.15mm，同时便于轮轴压装，减少应力集中，轮座外侧（靠防尘板座侧）直径向外逐渐减少，成为锥体，其小端直径要小1mm，轮座是车轴受力最大的部位。
（三） 防尘板座：为车轴与防尘板配合的部位，其直径比轴颈直径大，比轮座直径小，介于两者之间，是轴颈和轮座的中间过度部分，以减少应力集中。
（四） 轴身：是车轴中央部分，该部位受力较小。
车轴各部位如图1-1所示。

图1-1 货车滚动轴承RD2型车轴
1—轴身 2—轮座 3—防尘板座 4—轴颈
应该指出，为了减小应力集中，各相邻截面直径变化时，交接处必须缓和过度（参
看TB450-83)为了提高车轴的疲劳强度，对轴颈、防尘板座和轮座要进行滚压强化和精加工。
在车轴两端面有中心孔，以便于轮对在机床上进行卡装，其形状、尺寸如图1-2所示。以中心孔轴线为基准刻画一个标准圆（基准圆），如图1-3所示。标记圆直径如表1-1所列。
表 1-1 标记圆直径
轴型
B
C
D
E
d(mm)
110
130
140
150

图1-2 车轴中心孔（标准车轴）
滚动轴承车轴每端平分为三个扇形，两端六个扇形中的任一个扇形内刻打制造标记，其余刻打检修标记，如图1-3 (a)所示。旧型滚动轴承车轴端部由防松板槽一分为二，两端共四个半圆，在任一半圆中刻打制造标记，其余刻打检修标记，如图1-3 (b)所示。

（a） (b)
图1-3 滚动轴承车轴新制标记
（a）标准型；（b）旧型。

车轴轴型已标准化和系列化，这是为了简化设计，便于制造、检修、运用，同时为了减轻车轴自重，提高经济效益，以适应不同车种和不同车辆自重和载重的要求，以及适应客货运输用途不同的需要。
根据铁道部标准TB450—38 , 标准型滚动轴承车轴有RB 、RC、RD、RE、RC、RC、RD、RD型。其中 RB 、RC、RD、RE型用于货车，其余用于客车。RC、RD型车轴为发电机传动车轴，在车轴一端有发电机皮带轮安装轴，标准型滚动轴承车轴各部尺寸示意如图1-4所示，各部尺寸列于表1.2中。

图1-4 滚动轴承车轴各部主要尺寸（TB 450—83）

表1.2 滚动轴承车轴各部分尺寸

三、车轴材质及要求
车轴采用优质碳素钢，如平炉钢或电炉钢锭或专门的车轴钢坯加热锻压成型，经过热处理（正火或正火后在回火）和机械加工制成。
车轴钢的化学成分应符合表1.3的规定。

表1.3 车轴钢的化学成分（%）

车轴热处理后，其机械性能应符合表1.4的规定。在金相检查时，其晶粒度应为
5--8级。

表1-4 车轴钢机械性能

四、空心车轴
车轴是转向架轮对中重要的部件之一，直接影响车辆运行的安全性，又是转向架簧下质量的主要组成部分，特别是对于高速车辆和重载车辆，降低车辆簧下部分质量对改善车辆运行平稳性和减小轮轨间动力作用有重要影响。虽然，簧下结构的轻量化内容很多，如车轮、轴箱、轴承、传动装置等轻量化，但相对来说车轴的轻量化潜力最大，空心车轴比实心车轴可减轻20%～40%的质量，一般可减轻60～100kg，甚至更多。
空心车轴的结构形式，如图1-5所示。由于车轴主要承受横向弯矩作用，截面中心部分应力很小，制成空心后，对车轴强度影响很大。这是因为车辆最大弯曲应力与其抗弯断面模数成反比。而直径为D的实心车辆的断面模数与外径D、内径d的空心车轴的断面模数之比，为[1-(d/D)],若d/D=0.5时，两者之比为100:93.75，说明空心轴对强度影响虽小，但减重效果明显。

图1-5 空心车轴
另外，若采用高强度材料，也可以缩小车轴断面尺寸，以减小车轴自重，但会使成本提高，而且更重要的是随着材料强度的提高对缺陷的敏感性也随之增高。加之因断面尺寸减小工作应力增大，发生断轴事故可能性随之增加并且维护困难，所以一般不采用这种方法。
空心车轴生产工艺的选择至关重要，它对空心车轴的性能、减重效果、维修检查方式、生产成本等密切相关。世界各国使用过的生产工艺有一、二十种之多。举例说明：实心轴坯钻、镗孔成型；离心铸造一次成型；厚壁无缝钢管轴颈锻缩成型；多段摩擦焊接成型等。
1.实心轴坯钻、镗孔成型方法工艺比较费工费时，浪费大量金属。假若轴颈小于150mm时，轴内孔内径均为60mm的通直型空心车轴，每根只能减轻60kg左右，减重效果不够理想；若把轴身部分内径扩大到100mm，还需特种工艺装备，生产效率也低。
2.铸造工艺是前苏联创造的一种生产车轴的新工艺。据介绍，在运用实验中效果还不错，不过用于高速车辆是否可行值得商榷。
3.摩擦焊接空心车轴的结构形式一般可分为式和两段式。三段式的车轴是事先将轴身和两轴端部分分段加工，然后在双头摩擦焊机上一次焊接成型。两段式的车轴是由两节锻制和镗孔的半轴在中央部分相接，采用摩擦焊接法焊接成体整体轴。
使用空心车轴需要超探技术确保其运行安全。所以研制空心车轴技术的同时，必须研制自动化超声波探伤装置。我国有关实验研究表明，因采用的空心车轴可以实现内壁检测，使超探路径短，空心车轴轮座部横向裂纹探测精度比实心车轴高，裂纹定位正确，漏探、误判机率可明显减少。所以空心车轴的使用安全性比实心车轴还要高。
值得指出的是，为能尽量减轻簧下质量，希望空心车轴的壁厚薄一点为好，但为提高空心车轴的弯曲疲劳强度和摩擦腐蚀疲劳强度，为使车轴弯曲自振频率（壁厚减薄，其频率降低）远离车轴的高速旋转频率，以避免发生车轴弯曲共振，其壁厚不可太薄。国外实验研究表明，空心轴内外径之比最大为6:10。[2]

第二节 滚动轴承车轴的加工工艺
一、综合要求及工作准备
（一） 综合要求
1. 滚动轴承车轴的加工修理应在清洁明亮的工作间进行。
2. 工作者必须经教育部门的理论学习和实际技能的培训，取得合格证者方可上岗。
3. 作业时按规定穿戴好劳动防护用品。
（二）准备工作
1．按设备操作规程认真检查设备各部位，确认技术状态良好后按规定进行润滑，试车机床性能良好。
2．检查所用吊具、卡具、作用须良好无破损裂纹。
3．检查所用工具，量具状态须良好，良好必须在规定的使用期限内。
二、基本技术要求
车轴加工修理前应先核对“车统—51A”确认探伤标记，新制车轴要对外观进行检查，无缺陷及损伤，各部尺寸符合GB 12814—2002 等标准的要求，如不符合要求不得加工并及时通知材料室和技术室。
新制车轴和改进车轴的加工按图纸规定的尺寸粗糙度及形位公差进行加工。
（一）滚动轴承车轴轴颈及防尘板座检修技术要求
1．轴颈（包括卸荷槽）及防尘板座精加工应采用数控的加工方式，如需降级必须按等级尺寸加工。轴颈及防尘板座加工后各部直径尺寸，长度尺寸及过渡圆弧半径必须符合图纸及限度要求。轴颈与防尘板座允许不是同一等级。
2．新制车轴轴颈和轴颈降级时必须采用模削的方法进行终加工，轴颈卸荷槽和防尘板座可采用模削或车削的方法加工，轴颈卸荷槽、防尘板座经车削后表面必须进行滚压。
3．轴颈加工后，其直径尺寸有变化时，允许在全长范围内向轴颈端部方向逐渐减少，前后两点直径差及圆度要求如下：
（1） 直径差 ≤0.020mm （2） 轴颈圆度 ≤0.010mm
4．防尘板座加工后，其圆度不大于0.025mm 。
5．轴颈及防尘板座加工后，其表面粗糙度必须达到Ra 1.6um 。
6．轮对厂、段修时，如果轴颈或防尘板座锈蚀，可用00号砂布蘸油打磨，打磨后允许有轻微痕迹。
7．轴颈上在距防尘板座端面50mm以外部位存在的纵向划痕深度不超过1.5mm或擦伤，凹痕总面积在60mm以内，其深度不超过1.0mm时，均允许清除毛刺后使用。
8．轴颈上在距防尘板座端面80mm以外部位如存在宽、深均不超过0.5mm的横向划痕时，可用00号砂布蘸油打磨光滑，经探伤确认不是裂纹时允许使用；轴颈上在距防尘板座断面80mm 以内部位不允许存在横向划痕但由于密封座和中隔圈所引起的凹陷环带，其深度不超过0.05mm时，可用00号砂布蘸油打磨光滑后使用。
9．防尘板座上存在的纵向划痕深度不超过1.5mm或擦伤，凹痕总面积在40mm以内，其深度不超过1.0mm时，均允许清除毛刺后使用。
10．轴颈端部不允许存在墩粗的情况，否则应修复；轴颈端部引导斜坡处有碰伤时，允许消除局部高于原表面的堆积金属，并用00号砂布蘸油打磨光滑后使用。
11．防尘板座端面存在锈蚀或局部碰伤时，允许消除局部高于原表面的金属，并用00号砂布蘸油打磨光滑后使用。
12．车轴皮带轮安装座表面存在锈蚀或局部碰伤时，允许消除局部高于原表面的金属，并用00号砂布蘸油打磨光滑后使用，检修车轴的皮带轮安装座直径允许比原型公称尺寸减小0.5mm 。
（二）车轴中心孔、轴端螺栓孔及轴端螺纹检修技术要求
1．车轴中心孔必须逐个检查，中心孔有损伤时，允许消除局部高于原基准面的多余金属，但修复后缺损面积不得大于原中心孔圆锥面积的八分之一。
2．车轴中心孔允许堵焊，经重新堵焊加工的车轴中心孔，其各部尺寸必须符合图纸规定。
3．加修车轴中心孔的轮对必须测量车轮踏面与轴颈面在同一直线上的距离差，其差值必须符合规定。
4．轴端螺栓孔及轴端螺纹必须进行检查，螺纹有损伤或滑扣时，累计不得超过3扣（不得连续），毛刺必须清除；螺纹磨损时，必须用止规测试，在距断面5扣以内必须止住，并且止规不得有明显晃动（手试）
5．轴端螺栓孔不能使用时，允许将原螺栓孔堵焊，并移位60°加工，螺栓孔堵焊前，须清除螺栓孔内的铁屑和杂物，将螺杆前端车制120°角后旋入螺栓孔中，后端距车轴端面为2～4mm，然后在堵焊，并做修平处理，轴端螺栓只允许移位加工一次。
（三）车轴轴身加工要求
1．轴身打痕、碰伤、磨伤及电焊打火深度在2.5mm以下时，经打磨光滑，消除棱角后可以继续使用。
2．轴身的打痕、碰伤、磨伤及电焊打火深度在2.5mm及以上或轴身弯曲时，须将缺陷旋除。旋除后的轴身（包括轴中央）尺寸允许比原型公称尺寸减少4mm 。
3．轴身经旋削后，其表面粗糙度必须达到Ra 6.3um 。
（四）车轴轮座或制动盘加工要求
1．同一车轴上两端的轮座（制动盘座）直径相差不超过3mm (2mm ) 。
2．轮座（制动盘座）加工后的圆度不得超过0.020mm，内外侧直径差不得超过 0.1mm，并且大端必须在内侧。
3．轮座（制动盘座）的终加工可采用磨削或滚压工艺，采用滚压工艺作为终加工时轮座经车削，表面粗糙度必须达到Ra 3.2um后才可以进行滚压加工，经磨削或滚压加工后表面粗糙度应达到Ra 1.6um ，为保证压装力曲线合格，轮座表面粗糙度可放宽到Ra 2.0um（盘形制动轮座和盘座粗糙度为Ra 1.6um）。
4．轮座（制动盘座）与轴身过渡部分的圆弧半径必须符合图纸规定，过渡圆弧部分的表面粗糙度必须达到Ra 6.3um 。
5．轮座（制动盘座）加工时外侧应有一圆锥引入段，引入段的长度和表面粗糙度必须符合图纸规定。
三、车轴的加工修理
（一）外观检查
1．确认探伤标记，核对车统—51A 。
2．全面检查车轴各部尺寸，确定加工部位，不符合加工条件的车轴不能加工。
（二）卡装车轴
1．将车轴吊装到机床中心架上，吊运时应避免吊具（吊环）碰伤车轴。
2．擦拭轴端，检查中心孔（中心孔不符合规定须修复后，方可加工）良好后，装卡顶紧。
3．检查加工部位尺寸，确定加工余量（新制车轴应符合GB 12184—2002标准中的粗加工尺寸）。
（三）粗加工
1．选定机床的转速走刀量，旋削时随时测量加工部位尺寸和圆弧形状以免出现废品。
2. 粗加工时，应调整好机床的切削速度。
（四）精加工
1．精车刀加工车轴加工部位，尺寸符合规定。
2.工的各部圆弧和卸荷槽，用样板检验间隙不超过
3.压卸荷槽及轮座，轴各部加工表面粗糙度应符合规定要求。
（五）检查各部尺寸
新制车轴各部尺寸，圆弧必须符合GB12814—2002标准要求，检修车轴应符合检修限度要求（测量应停车进行）。
（六）将车轴存放在指定地点
1.轴检查合格后，升起中心架，松开卡盘退回顶尖后，将车轴吊放在指定地点存放。
2.写车轴粗（精）加工记录，并在车统—51A 相应栏内签章。
（七）工作后的清理
电源，擦拭设备，清理工作场地。
第二章 RD2型车轴的加工工艺
第一节 车轴加工工艺分析及工序安排
为了满足铁道车辆高速重载的需要，各铁道车辆制造厂都在研制开发作为车辆走行部分的新型转向架。车轴是转向架的关键零件，材料为LZ50，它的轴颈部位与轴承配装，轮座部位与车轮配装，因此这两个部位需要较高的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求。另外，为了适应提速需要，降低轮轨作用力和车辆振动，车轴与车轮组装后有动平衡要求。时速120 km/h的车辆，要求轮对的不平衡力矩不超过125 N·m;时速160 km/h的车辆，要求轮对的不平衡力矩不超过75 N·m，因此车轴各部位要求较高的位置精度。
一、机加工的前提准备
（一）RD2型车轴材质的选择
货车滚动轴承车轴一般采用优质碳素钢，如平炉钢或电炉钢锭或专门的车轴钢坯，在本文中将采用车轴钢钢种LZ50钢。50钢的化学成分如表2-1所示，机械性能如表2-2所示。
表2-1 50钢的化学成分

表2-2 50钢的机械性能

（二）毛坯的锻造
1. 坯料加热 采用环形加热炉对车轴坯料进行加热。
2. 采用型号为SX-32.40/60B的精锻机进行锻造
根据铁—碳平衡相图和再结晶立体图,50钢车轴始锻温度为950℃～1150℃,终锻温度不小于800℃。RD2轴锻件图如图2-1所示，RD2轴锻造过程如图2-2所示。

图2-1 RD2轴锻件图

图2-2 RD2轴锻造过程示意图
锻造轴坯时，先由A夹头夹持230×230×1300的坯料,以255倒棱,随后从中间下锤以φ220滚圆,再依次锻打右半轴φ188、φ210、φ150(图2-2);然后传递由B夹头夹持,再锻左半轴,也是以255倒棱,随后从中间下锤以φ220滚圆,再依次锻打左半轴φ188、φ210、φ150。值得注意的是,需保证φ188尺寸的一致性。
（三）热处理
锻造完的轴坯还要经过正火热处理工艺，锻后正火的目的是消除锻造时车轴中的残留应力，降低其硬度，细化晶粒，改善机械性能，以满足使用要求。正火工艺曲线如图2-3所示。在760℃双相区均温可缩短在850℃时的保温时间，防止晶粒长大。在金相检查时，其晶粒度应为 5--8级。

图2-3 正火工艺曲线
二、机械加工工艺安排
（一）工艺分析
1.此车轴属典型长轴类。其轴颈、防尘座、轮座、端面的三螺孔位置都有较高的精度。
2.轴坯是相当于50号优质钢的锻件。为了在加工过程中保持较好的位置精度，遵循基准同一的原则，以车轴两端中心孔为加工基准，并且为了提高加工精度要不断修整中心孔。
3.为了满足大批量生产，同时用工艺来保证产品质量，分粗、半精、精加工三个工艺过程，并细化工序。由于轴颈，防尘座部位没有磨削空刀槽，因此不能采用普通外圆磨床对其磨削，而只能采用成形切入磨削。
4.端面的三螺孔位置精度较高，并且根据产品的特点，其螺纹要求有较好的联接强度，放弃传统的机用丝锥攻丝，而采用挤压丝锥挤压成形螺纹工艺。
5.为了防止车辆在使用过程中车轴断裂等事故，要求加工好的车轴各部表面不允许有裂纹，其内部不允许存在缩孔、夹碴等缺陷，因此要采用表而磁粉探伤、内部超声波探伤工艺。
6，为了判断成品的主要几何精度是否达到要求，采用自动检测技术检测车轴。[3]
（二）车轴加工技术要求
1．定位基准
（1）以中心孔作为定位基准车轴加工中一般以重要的外圆面如轮座作为初基准定位，加工出中心孔，再以车轴两端的中心孔作为定位精基准，因为车轴各外圆表面的径向跳动、端面螺纹位置度和平行度及轴肩的端面跳动是位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准都是车轴的中心线，所以采用两端中心孔定位就能符合基准选择中的基准重合原则，而且多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。
(2) 以外圆和中心孔作为定位基准(一夹一顶)用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。车轴进行粗加工时。为了提高刚度，可采用车轴的外圆表面和另一端中心孔作为定位基准来加工，这种定位方法能承受较大的切削力矩。
2．车削加工由于工件的结构和精度要求、生产批量和设备及规格的不同，车削加工阶段与步骤的选择也不同。正确的选择加工阶段，是保证工件加工质量、充分发挥设备潜力、提高加工效率的有效手段。车轴车削加工主要分粗车、精车，目的是合理利用机床。粗车可以在精度低、功率大的车床上加工，精车可以在精度高的车床上加工。同时，精车放在最后，可以避免工件的碰伤。粗车的目的是尽快地切去车轴毛坯硬皮和大部分加工余量，车出阶梯轮廓，使车轴接近最后的形状和尺寸。由于粗车时的加工余量大，切削深度和进给量也大，同时切削力、夹紧力也相对较大，工件易产生变形。为了防止工件变形对加工精度的影响，必须留出一定的加工余量进行精车。粗车时要给半精车或精车留有4～6mm的加工余量，加工后车轴尺寸精度达IT11～ITl3，表面粗糙度达到Ra 50 μm～Ra 12．5 μm。半精车作为精车的预加工，要给精车留有合适的加工余量，加工后车轴尺寸精度可达到IT8～ITl0，表面粗糙度Ra 6.3 μm～Ra 3.2 μm。精车是中等精度表面的最终加工工序，也可作为磨削和其他加工工序的预加工。精车时一般为磨削留0.5～0.6 mm的磨削余量，加工后车轴的尺寸精度可达IT7～IT8，表面粗糙度Ra 1.6 μm～Ra 0.8μm。
3．磨削加工磨削是车轴外圆表面加工的最终加工工序，加工后车轴的尺寸精度可达IT5～IT6，表面粗糙度Ra 0.32 μm～Ra 1.6 μm。车轴磨削采用纵向往复磨削法和切入磨削法两种方式，但都属于外圆磨削。纵向往复磨削法多用于单一圆柱部位的磨削。此磨削法一般采用较窄的砂轮，砂轮宽度可达50mm左右。切入磨削法对于车轴磨削来说，是一种新的工艺技术。其主要特点是采用宽砂轮，一次进给同时完成多个部位的磨削，工件旋转时，砂轮以慢速作连续的横向进给运动。此磨削法采用的宽砂轮，宽度可达300mm，砂轮宽度的增大，使生产率大大提高，但是也同时增大了磨削力和磨削功率，产生的热量多，故需加强冷却。宽砂轮经成形修整后可磨削成形面，并能保证零件的形状精度，因而更适用于车轴的大批量生产和成形面磨削，铁路货车车轴轴颈与防尘座处卸荷槽变为圆弧后必须采用成形磨削，目前采用的主要方法是将宽砂轮修整成与工件型面完全吻合的反型面，然后用此砂轮切入磨削，以获得所需的工件形状。采用切入磨削法磨削时，应注意的问题是砂轮硬度在圆周方向和轴向都要均匀一致，否则砂轮的不均匀磨损，会影响加工工件的精度和表面质量，为此常选用铬刚玉(PA)、棕刚玉(A)等韧性好的磨料，粗磨时常选用46号粒度，精磨时选用60号粒度。宽砂轮硬度的选择很重要，硬度太高工件易烧伤，金属切除率低；太软则形状保持性不良，砂轮的消耗增加。一般在J～L范围内选择。此外，还应特别注意砂轮硬度的均匀性。[4]
（三） 工艺总体安排
RD2车轴加工精度要求如2-4所示，即：轴颈和轮座部分圆柱度≤0．015mm，径向跳动≤0．05mm，轴肩的端面跳动≤0．02mm，圆度0.020mm，轮作圆周母线直线度0.015mm，轴颈、防尘座、轮座表面粗糙度要求Ra 1.6，圆弧部位表面粗糙度要求Ra 6.3。

图2-4 RD2型车轴加工精度示意图
要制订车轴的机械加工工艺规程，首先应了解外圆表面的各种加工方法。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，就其加工精度和经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于精度和表面质量要求较高的零件。由于各种加工方法所能达到的加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足技术要求的合格零件。根据车轴的外圆表面的制造精度和最终加工要求，仅用一种方法是达不到其规定要求的，必须顺序地采取粗车、半精车、精车、磨削来逐步提高加工精度。
按照产品供货状态，可以将车轴划分为半精加工车轴和精加工车轴，其加工路线分别是：
1．半精加工车轴加工路线
(1)采用普通车床加工外圆时，车轴半精加工工艺路线，可参照图2-5、图2-6所示的两种路线加工，其主要区别在于中心孔和车轴全长加工方法不同。图2-5中的中心孔采用普通车床加工，全长尺寸在车床上采用车削加工方法完成；而图2-6中的中心孔采用铣端面、钻中心孔机床完成，全长尺寸用铣加工完成。

图2-5 以中心孔定位、一爪一顶装夹方式粗车车轴工艺路线图

图2-6 以中心孔定位、一爪一顶装夹方式粗车车轴工艺路线图
(2)采用液压仿形车床完成粗加工时，半精加工车轴的加工工艺路线如图2-7所示。

图2-7 以中心孔定位、两端夹盘顶尖装夹方式粗车车轴工艺路线图
增加精铣端面、修中心孔的原因是采用液压仿形车床进行粗车时，车轴两端面都应留有一定的加工余量，以便满足液压仿形车床两端卡盘顶夹方式的要求，但是粗车后必须通过精铣端面，使车轴全长加工到符合产品图纸要求的尺寸。
(3)随着数控车床的普及，车轴半精车和精车外圆时，可以直接采用以中心孔定位和两端顶夹方式装夹。
2．精加工车轴加工路线采用数控车床和数控外圆磨床、数控成型磨床在半精加工基础上完成车轴的精加工。目前，新制车轴轴颈和防尘板座的过渡结构为圆弧，而且必须采用成型磨削工艺进行最终加工。这种设计结构和加工方法代替了原来轴颈和防尘板座以卸荷槽过渡的结构形式和采用数控切削加滚压加工卸荷槽的加工工艺。对于原有RD2型轴颈有卸荷槽的车轴，检修加工过程中，可以采用数控切削加滚压的加工工艺，但是精车和滚压必须在同一数控车床上进行。车轴精加工工艺如图2-8所示。

图2-8 车轴精加工工艺路线图

第二节 RD2轴的粗加工和精加工
一、RD2轴加工工序步骤及说明
1. 粗铣车轴两端面 该工序采用端面铣床铣削车轴两个端面，使车轴长mm，为下一工序加工中心孔作准备。铣削时采用液压自定心夹具，φ250机夹刀盘，YT5硬质合金刀片。
2. 粗制中心孔 该工序采用中心孔专用机床来完成，车轴两个端面中心孔。用液压自定心夹具，高速钢中心孔复合钻(φ8mm)。
3. 粗车各外径 采用大功率车轴液压仿形车床去除各处大部分毛坯加工余量。左侧采用浮动顶尖，右侧采用活顶尖，为了传递较大的切削扭矩，左侧用钢顶爪顶住左端面。用粗车仿形靠模仿形，75°机夹外圆车刀，YT5硬质合金刀片。粗车后轴径为φ137;轮座为φ200;轴身为φ178。
4. 半精车轴颈、防尘座、轮座外径 半精车仍采用同类的大功率液压仿形车床来完成轴颈、防尘座、轮座三处加工。定位夹紧方式同粗车，采用半精车仿形靠模仿形，80°机夹外圆车刀，YT5硬质合金刀片。半精车后，轴径为φ131.40.25，防尘座为
φ166.40.25，轮座为φ1950.25，粗糙度均为Ral2.5 μm。
5. 车两端面，钻铰中心孔 采用C63O-2800车床完成两端面的终加工，用成形复合钻，钻、铰中心孔。左侧采用三爪夹盘夹紧，用中心架支承。
6. 精车轴身 采用车轴液压仿形车床完成轴身及R75圆弧的最终加工。左端采用死顶尖，四爪夹盘，右端采用活顶尖。用仿形靠模液压仿形，80°机夹外圆车刀。YT14硬质合金刀片。
7. 精车轴颈、防尘座、轮座三处外径 采用双刀架液压仿形车床完成轴颈、防尘座、轮座三个部位的精车，给磨削留单边磨量约0.15mm，并轴颈和轮座的两个引导锥部分完成终加工，要求粗糙度达到图样要求，并圆滑过渡。左端浮动顶尖，并且磨擦盘传递切削扭矩，右端活顶尖。采用仿形靠模液压仿形，精车用机夹刀，YT15硬质合金刀片。其切削规范为切削深度:0.5mm;进给量:l00mm/min;转速:500r/min;切削度:204.6～304.4m/min。完工后轴颈的尺寸为:φ130.3，轮座为φ193.9。
8. 钻端面三螺栓底孔 采用专用组合机床钻三孔φ19。左端死顶尖，右端活动顶尖定位夹紧。其切削规范为切削深度:9.5mm；进给量：30mm/min；转速：200r/min；切削速度：12m/min。
9. 扩端面三螺栓孔 采用专用组合机床扩、铰三螺栓孔达到φ20.65，为下一步挤丝作准备。左侧死顶尖，右侧浮动顶尖定位夹紧。采用高速钢复合铰刀。铰后粗糙度Ra6.3μm，三孔同轴度为:φ0.2，平行度为: φ0.12。
10.挤端面三螺栓孔 采用多轴组合机床。用M22挤压丝锥挤压完成三孔的螺纹加工达图样要求。左侧死顶尖，右侧浮动顶尖定位夹紧。挤螺纹过程用二硫化钥油膏作润滑剂。螺纹深度40mm。
11.研磨中心孔 为了提高后续磨削工艺质量，防止磨削过程中产生跳动、棱圆等不良情况，必须检查中心孔状态并修磨中心孔，使磨床顶尖与中心孔达到良好的接触状态。
12.磨削轮座外圆 采用普通外圆磨床或专用磨床完成轮座部位的终加工。为了与车轮的轮孔达到良好过盈组装配合，要求该部位达到φ193.60，表面粗糙度控制在Ra0.8～1.6μm，并且轮座必须顺锥，锥度为:0.04～0.08(靠轴身端直径大于靠防尘座外径端)。两端用死顶尖，专用拨盘传递扭矩，完工后达图2-9要求。

图2-9 磨削轮座外径工艺要求
13. 磨削轴颈、防尘座 因轴颈与防尘座外径没有设计磨削空刀槽，不能采用普通的外圆磨床磨削，因此在工艺设计上用成形砂轮切入磨削法对其进行磨削，达到了良好效果，保证了这两个部位的几何尺寸精度，完工后达到图2-10所示工艺要求。

图2-10 成形磨削后的尺寸要求
14. 探伤 用超声波探伤仪和磁粉探伤机对车轴的内部和全表面进行探伤，防止有裂纹、缩孔，夹碴等缺陷的车轴装车使用。
15. 对轴颈、防尘座、轮座三部位进行自动检测 采用进口的自动检测机对轴颈、防尘座、轮座三部位的直径及其它形状、位置误差进行检测。
16. 对其它部位的相关尺寸进行人工检测。
二、RD2轴的粗加工
（一）吊卡车轴外观检查
1．将车轴吊装到机床中心架上。
2．核对车统—51A 。
3．擦拭车轴，检查中心孔（中心孔不符合要求规定需修复后，方可加工）良好后，装卡顶紧。
4．全面检查车轴各部尺寸，确定加工部位、加工余量，不符合加工条件的车轴不能进行加工。
（二）车削车轴
1．调整好车床的切削锥量。
2．选定机床的转速走刀量，旋削时随时测量加工部位尺寸、圆弧形状。
3．用粗车刀加工车轴加工部位，粗车按照厂修标准预留0.5mm余量（轴颈预留1mm的加工余量）加工。
（三）加工过程
1．首先在长度方向对刀。
2．车刀从轴端方向进入131mm ，车削10mm长度。
3．车削轴颈。
4．车削轴颈卸荷槽、防尘板座、轮座。
5．测量加工后各部尺寸图纸要求。
（四） 加工后的工作
1. 车轴检查合格后，升起中心架，松开卡盘退回顶尖后将车轴吊装在指定地点，存放在待加工车轴存放架上。
2. 填写《车轴粗加工》记录，并在车统—51A相应栏内签章。
三、RD2车轴的精加工
（一） 吊卡车轴外观检查
1．确认探伤标记后，将车轴吊装到机床中心架上，吊运时需使用尼龙吊具，防止吊具碰伤车轴。
2．核对车统—51A ，使用时间不超过15年的RD型车轴可以进行等级修。
3．擦拭轴端，检查中心孔（中心孔不符合要求规定需修复后，方可加工）良好后，装卡顶紧。
（二） 测量尺寸数控编程
1．全面检查车轴各部尺寸，确定加工部位，加工余量，不符合加工条件的车轴不能进行加工。
2．数控编程：以轴端为定位标准，按照GB 12814—2002—07—1的各部尺寸要求，根据各部位做图法，计算各点的坐标进行数控编程。
3．卸荷槽加工作图法（见图2-11）

图2-11 卸荷槽
降级车轴轴颈卸荷槽作图法：
（1）作与轴颈表面AA平行且距离为0.2直线GG 。
（2）在轴颈表面上取距轴肩BB为25的点D，作半径为35与GG 相切，并过D 点的圆O 。
（3）作半径为2，与轴间BB相切，切点距防尘板座表面CC为5的圆O。
（4）作半径为20，与GG及O相切的圆O，剪切各圆和直线，得槽轮廓。
原型车轴轴颈卸荷槽作图法：
（1）作与轴颈表面AA平行且距离为0.2的直线GG 。
（2）在轴颈表面上取距轴间BB为25的点D ，作半径为35，与GG相切，并过D 点的圆O。
（3）作半径为2，与轴间BB相切，切点距防尘板座表面CC为5的圆O。
（4）作半径为25，与GG及 O相切的圆O，剪切各圆和直线，得槽轮廓。
（三） 车削车轴
1．用精车刀加工车轴加工部位，车削参数符合以下规定：
精加工进刀量：0.2 mm 工件转速：350—400 r/min
走刀速度：50—70 mm /min 切削深度：0.2 mm
2．用精车刀加工车轴加工部位，车削尺寸符合图示规定
3．技术要求
（1）图中239及（1228）精加工和检修时不需修正。
（2）两轴颈长度之差不大于1 mm 。
（3）轮座加工后的圆度不得超过0.020mm ，内外侧直径差不得超过0.1mm ，并且大段必须在内侧。
（4）轮座经车削加工表面粗糙度必须达到Ra 3.2um 后方可进行滚压。
（5）旧车轴各部位加工尺寸符合厂修限度，见表3.1《滚动轴承车轴加工修理限度表》 。
（6）卸荷槽滚压前深度为0.12 mm 。
（7）加工的各部圆弧和卸荷槽，用样板检验间隙不超过0.4 mm 。
（四） 加工过程
1．运行长度方