車軸加工殘余應(yīng)力淺析

徐華祥

摘 要 車軸作為軌道車輛走行部中最為重要的部件之一，加工精度要求高，加工操作十分復(fù)雜，其質(zhì)量一直備受人們關(guān)注。殘余應(yīng)力作為 加工工藝中普遍存在的現(xiàn)象，一直成為影響車軸加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文從對殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因著手，討論車軸加工過程中出現(xiàn)的殘余應(yīng)力情況及檢查分析情況。

關(guān)鍵詞 車軸;加工;殘余應(yīng)力

研究背景

我國地域遼闊人口眾多，為滿足人們的出行需求，我國大力發(fā)展軌道行業(yè)。高速動車組憑借其載客量大、運(yùn)行速度快、準(zhǔn)點(diǎn)率高、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢成為人們出行的首選交通工具。高速鐵路的發(fā)展拉近了各個城市間的距離，帶動了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展。車軸是動車組列車中最為核心的部件之一，在運(yùn)行過程中，車軸長期受輪軌的強(qiáng)烈沖擊以及車輛載荷，尤其是近些年動車組列車運(yùn)行速度的提升以及車輛軸重的增加，使車軸的運(yùn)行環(huán)境更加惡劣。1992年發(fā)生的法國一輛TGV列車因車軸斷裂導(dǎo)致列車出軌;2002年發(fā)生的德國一輛列車因?yàn)橐桓囕S斷裂整輛列車出軌，這些事故表明車軸加工質(zhì)量的保證對車輛運(yùn)行安全是十分重要的，在車軸加工過程中，對于加工殘余應(yīng)力的控制決定了車軸的質(zhì)量穩(wěn)定性。

1殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力指無外在因素影響時，經(jīng)過工藝操作處理后存在于材料內(nèi)部殘留的應(yīng)力，在加工過程中切削加工，組裝，表面噴砂，焊接等工藝都會導(dǎo)致殘余應(yīng)力的出現(xiàn)，根據(jù)工藝的特性的區(qū)別產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也各不相同。產(chǎn)品內(nèi)部留存的殘余應(yīng)力會影響到材料的使用性能，如車軸的耐磨性，耐腐蝕性，抗疲勞性能等方面。機(jī)械加工導(dǎo)致殘余應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因如表1所示[1]。

表1 機(jī)械加工導(dǎo)致殘余應(yīng)力主要原因

2車軸加工中的殘余應(yīng)力

在車軸加工過程中，殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因主要有三個：機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力，熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力和相變引起的殘余應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力指的是車軸在加工過程中受到機(jī)械力作用產(chǎn)生塑性變性導(dǎo)致，在加工過程中，刀具前方車軸表面材料局部發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，沿車軸表面受到壓縮，塑性收縮，而垂直車軸方向受到拉伸，塑性伸長;熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力指的是工件受到不均勻的熱量變化形成溫度梯度導(dǎo)致局部形變引起的，在加工過程中由于刀具與車軸產(chǎn)生劇烈摩擦，車軸表面溫升速度大于內(nèi)部，溫度升高體積膨脹，產(chǎn)生局部形變[2]。

3殘余應(yīng)力的檢測

在車軸加工過程中，由于機(jī)械加工的特性不可避免的產(chǎn)生殘余應(yīng)力，雖微小的殘余應(yīng)力對車軸運(yùn)行不存在風(fēng)險，但是對于車軸加工完成后的殘余應(yīng)力的檢測至關(guān)重要。鉆孔法和X射線衍射法目前應(yīng)用最廣發(fā)的檢測方式。

3.1 鉆孔法

鉆孔法是目前應(yīng)用較為成熟的殘余應(yīng)力檢測方法，多采用在車軸工件表面粘貼中心鉆孔的專用應(yīng)變片，根據(jù)孔周圍局部區(qū)域的殘余應(yīng)力釋放情況分析數(shù)據(jù)得出應(yīng)力分布。鉆孔法測殘余應(yīng)力對待測工件表面損傷較小，操作簡單、可靠。

3.2 X射線衍射法

X射線衍射法是無損檢測中最常見的一種檢測方法，殘余應(yīng)力會造成待測工件材料晶格畸變，通過測量晶格畸變量計算出待測工件的殘余應(yīng)力[3]。

4結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速動車組越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。車軸作為動車組列車最為重要的組成部分，其質(zhì)量好壞直接決定了車輛運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。本文針對車軸加工中殘余應(yīng)力進(jìn)行分析，討論了殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及與各類加工的關(guān)系，分析了車軸加工過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生情況并提出了殘余應(yīng)力的檢測方法，如鉆孔法及X射線衍射法。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪洪文，鞠華，朱忠奎.高速客車空心車軸的疲勞強(qiáng)度分析及優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011，（11）：14-17.

[2] 高艷艷，王玉輝，李志平.高速列車空心車軸應(yīng)用研究[J].珪谷，2014，（20）：102-103.

[3] 米谷茂，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和對策[M].北京：高等教育出版化，2004： 107.