车轴加工残余应力浅析

徐华祥

摘 要 车轴作为轨道车辆走行部中最为重要的部件之一，加工精度要求高，加工操作十分复杂，其质量一直备受人们关注。残余应力作为 加工工艺中普遍存在的现象，一直成为影响车轴加工质量的关键因素。本文从对残余应力产生的原因着手，讨论车轴加工过程中出现的残余应力情况及检查分析情况。

关键词 车轴;加工;残余应力

研究背景

我国地域辽阔人口众多，为满足人们的出行需求，我国大力发展轨道行业。高速动车组凭借其载客量大、运行速度快、准点率高、安全稳定等优势成为人们出行的首选交通工具。高速铁路的发展拉近了各个城市间的距离，带动了区域经济的均衡发展。车轴是动车组列车中最为核心的部件之一，在运行过程中，车轴长期受轮轨的强烈冲击以及车辆载荷，尤其是近些年动车组列车运行速度的提升以及车辆轴重的增加，使车轴的运行环境更加恶劣。1992年发生的法国一辆TGV列车因车轴断裂导致列车出轨;2002年发生的德国一辆列车因为一根车轴断裂整辆列车出轨，这些事故表明车轴加工质量的保证对车辆运行安全是十分重要的，在車轴加工过程中，对于加工残余应力的控制决定了车轴的质量稳定性。

1残余应力

残余应力指无外在因素影响时，经过工艺操作处理后存在于材料内部残留的应力，在加工过程中切削加工，组装，表面喷砂，焊接等工艺都会导致残余应力的出现，根据工艺的特性的区别产生的残余应力也各不相同。产品内部留存的残余应力会影响到材料的使用性能，如车轴的耐磨性，耐腐蚀性，抗疲劳性能等方面。机械加工导致残余应力产生的主要原因如表1所示[1]。

表1 机械加工导致残余应力主要原因

2车轴加工中的残余应力

在车轴加工过程中，残余应力产生的原因主要有三个：机械加工引起的残余应力，热应力引起的残余应力和相变引起的残余应力。机械应力引起的残余应力指的是车轴在加工过程中受到机械力作用产生塑性变性导致，在加工过程中，刀具前方车轴表面材料局部发生严重的塑性变形，沿车轴表面受到压缩，塑性收缩，而垂直车轴方向受到拉伸，塑性伸长;热应力引起的残余应力指的是工件受到不均匀的热量变化形成温度梯度导致局部形变引起的，在加工过程中由于刀具与车轴产生剧烈摩擦，车轴表面温升速度大于内部，温度升高体积膨胀，产生局部形变[2]。

3残余应力的检测

在车轴加工过程中，由于机械加工的特性不可避免的产生残余应力，虽微小的残余应力对车轴运行不存在风险，但是对于车轴加工完成后的残余应力的检测至关重要。钻孔法和X射线衍射法目前应用最广发的检测方式。

3.1 钻孔法

钻孔法是目前应用较为成熟的残余应力检测方法，多采用在车轴工件表面粘贴中心钻孔的专用应变片，根据孔周围局部区域的残余应力释放情况分析数据得出应力分布。钻孔法测残余应力对待测工件表面损伤较小，操作简单、可靠。

3.2 X射线衍射法

X射线衍射法是无损检测中最常见的一种检测方法，残余应力会造成待测工件材料晶格畸变，通过测量晶格畸变量计算出待测工件的残余应力[3]。

4结束语

随着我国经济的快速发展，高速动车组越来越多地出现在人们的生活中。车轴作为动车组列车最为重要的组成部分，其质量好坏直接决定了车辆运行的安全性与稳定性。本文针对车轴加工中残余应力进行分析，讨论了残余应力产生的原因及与各类加工的关系，分析了车轴加工过程中残余应力的产生情况并提出了残余应力的检测方法，如钻孔法及X射线衍射法。

参考文献

[1] 汪洪文，鞠华，朱忠奎.高速客车空心车轴的疲劳强度分析及优化[J].农业装备与车辆工程，2011，（11）：14-17.

[2] 高艳艳，王玉辉，李志平.高速列车空心车轴应用研究[J].珪谷，2014，（20）：102-103.

[3] 米谷茂，残余应力的产生和对策[M].北京：高等教育出版化，2004： 107.