分体车轮轮箍加工工艺研究

■ 太原重工轨道交通设备有限公司 （山西太原 030000） 张治祺 刘果青

近年来，我单位一直在着力拓宽“一带一路”沿线国家的铁路轮轴市场，这些国家的部分车轮依旧采用分体车轮结构。分体车轮由轮箍、轮芯及扣环三部分组成，与整体车轮相比，具有可更换、成本低的特点，但每个部件的加工难度都较整体车轮更高。我单位承接了供伊拉克的分体车轮生产制造，为了解决以往在普通机床加工轮箍时加工精度差、加工效率低的问题，专门对RQQ-1车削加工中心加工轮箍的工艺进行研究，实现了轮箍在RQQ-1车削加工中心上的加工，大幅度提高了轮箍的加工精度和加工效率。

1. 零件主要技术要求

轮箍结构如图1、图2所示，轮箍是异形环件结构，夹持外圆加工内壁时易发生变形，材质为B2N，主要技术要求有：①轮芯槽和扣环槽为向上翘曲，存在3∶10的斜度，且尺寸精度要求高。②轮箍内壁尺寸φ（770.35±0.05）mm，圆度≤0.05m m，与外圆的同心度≤0.1m m，表面粗糙度值R a＝3.2μm，精度要求高，加工难度很大。③轮芯槽和扣环槽的距离为（86.25±0.25）mm。

图1 轮箍

2. 加工难点分析

图2 轮箍结构

从技术要求可以看出，轮箍内壁及轮芯槽、扣环槽是主要的加工部位，工艺设计时需充分考虑轮芯槽和扣环槽尺寸及位置要求。尺寸检测时，需设计新型样板，以实现对扣环槽、轮芯槽及其他部位尺寸的检测。同时，为了保证轮箍内壁的圆度≤0.05mm，需要考虑夹持外圆加工内壁时轮箍的变形，制定合理的夹持力来保证最终成品的尺寸精度。我单位以往采用普通单台立车进行轮箍的加工，不仅加工效率低，而且尺寸精度难以保证，总会接到客户对产品质量的反馈，为此我们对轮箍在RQQ-1数控车削中心的加工进行了工艺研究。

3. 工艺路线制定

轮箍的扣环槽、轮芯槽及内壁的精度要求较高，为了在保证加工精度的同时提高加工效率，我们制定了如下的加工路线。

（1）粗加工 轮箍毛坯锻造完成后，使用普通车床对毛坯进行去量加工，所有轮廓（不加工轮芯槽和扣环槽）单边留3～4mm余量。

（2）半精加工 在RQQ-1机床上对轮箍进行半精加工，轮箍内壁（不加工轮芯槽和扣环槽）单边留1.5mm余量，其余部位加工至成品尺寸。

（3）精加工 在RQQ-1机床上对轮箍轮芯槽、扣环槽及内壁进行精加工。这些部位是分体车轮装配时与轮芯和扣环配合的部位，是轮箍最重要的部位，也是加工轮箍时需着重注意的部位，需要进行专门的工艺研究。

4. 精加工工艺

（1）刀具选择 轮箍的扣环槽、轮芯槽形状复杂，内部的倒圆较小，且有一定的斜度，普通的菱形刀或者圆刀无法对其进行加工，为此我们需要设计专门的刀具。由于轮箍在RQQ-1机床上加工时需要夹持轮缘部位，轮芯槽和扣环槽的朝向如图3所示，经过与刀具厂商的反复沟通及试验，最终选定了如图3所示的特殊刀具进行轮芯槽和扣环槽的精加工。

图3 轮芯槽和扣环槽

同时使用的其余常规刀具有：φ12mm圆刀片、8mm切槽刀。

（2）机床夹紧力的调整 加工之前，首先考虑了如何减少轮箍夹持过程中的变形，通过反复测量不同夹紧力情况下轮箍的变形量，最终将机床夹紧力由加工正常车轮时的80kg调整到20kg，在此夹紧力作用下轮箍的变形量可以忽略不计。

（3）精加工过程 轮箍精加工时采用了如下技术措施。

1）以轮毂内辋面为基准，夹持轮缘，用百分表以已加工好的踏面找正，误差控制在0.03mm以内。

2）使用φ12mm圆刀片对内壁进行粗车，为最终的精加工留单边0.3mm的余量。

3）使用8mm的切槽刀对轮芯槽和扣环槽进行余量的消除，以减少使用专用加工刀具加工时的切削余量。

4）使用专用加工刀具对轮箍的轮芯槽和扣环槽进行加工，由于加工轮芯槽的刀具刀头为3mm宽，加工扣环槽的刀具刀头为4mm宽，如果一刀完成两个槽的加工会导致刀具崩裂。为此，加工轮芯槽时我们进行了5步车削，每次的车削余量分别为1.5mm、1.1mm、0.7mm、0.3mm及0mm。加工扣环槽时我们进行了4步车削，每次的车削余量分别为1.3mm、0.8mm、0.3mm及0mm。通过多步车削，保证了最终车削精度及刀具的耐久性。

5）使用φ12mm的圆刀片对内壁进行最终的精加工。

（4）精加工后的检验 轮箍轮芯槽和扣环槽的形状较为特殊，无法使用常规量具进行尺寸及形状的检验，故制作了如图4～图8所示的专用样板对其形状及尺寸进行检测。

图4 轮芯槽形状检测样板

图5 扣环槽形状检测样板

图6 扣环槽深度检测样板

图7 轮芯槽、扣环槽相对位置检测样板

图8 扣环槽宽度检测样板

1）内壁尺寸的测量：利用内径千分尺对轮箍的内壁尺寸进行逐件测量。

2）轮芯槽和扣环槽形状的检测：利用轮芯槽形状检测样板（见图4）及扣环槽形状检测样板（见图5）对轮芯槽和扣环槽的形状进行测量，样板与槽之间的间隙≤0.2mm即视为合格。

3）扣环槽深度（11±0.5）mm的检测：将扣环槽深度检测样板（见图6）沿车轮径向垂直放置于扣环槽部位，以轮箍内壁为基准，过端（G）样板圆弧端面紧贴扣环槽底部，同时样板直平面与轮箍内壁存在间隙，止端（Z）样板直平面紧贴轮箍内壁，同时样板圆弧端面与扣环槽底部存在间隙，若同时满足上述要求，则深度合格。

4）轮芯槽、扣环槽相对位置（86.25±0.25）mm的检测：将相对位置检测样板（见图7）沿车轮径向垂直放置，以轮箍内壁为基准，A端斜面紧贴轮芯槽斜面，B端斜面与扣环槽斜面之间存在间隙；B'端斜面紧贴扣环槽斜面，A'端斜面与轮芯槽斜面之间存在间隙，若同时满足上述要求，则轮芯槽、扣环槽相对位置合格。

5）扣环槽宽度（11.65±0.35）mm的检测：将样板扣环槽宽度检测样板（见图8）沿车轮径向垂直放置于扣环槽部位，过端（G）完全放入扣环槽，同时止端（Z）无法放入扣环槽，若同时满足上述要求，则宽度合格。

5. 结语

分体车轮的轮箍作为异形环件，同时存在两个斜向的内槽，加工及检测过程中无法使用常规刀具和量具，需要针对不同部位设计专用的刀具和检测工具。通过对轮箍在RQQ-1机床上的工艺研究，我们将轮箍的加工时间缩短至1h，较以往普通车床加工一件轮箍用时3h缩短了2/3工时，在保证加工精度的基础上大幅度提高了生产效率。同时，使用RQQ-1机床加工的轮箍发往伊拉克用户后没有收到任何质量问题反馈，提高了我单位的信誉度，使得我单位产品在“一带一路”沿线国家获得了广泛的知名度，大大提高了竞争优势。