專利名稱：中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于冶金工業生產的技術領域，涉及鐵路車輪的制造技術，更具體地說，本發明涉及一種中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝。
背景技術：
車輪作為火車的重要行走部件，其安全性尤為重要。車輪在運行過程中，不但受到靜載荷的作用，還要承受交變應力、制動引起的熱載荷等作用力。如果由于車輪設計、制造引起車輪本身應力分布不當、疲勞強度低，都可能引起車輪在運行過程中開裂而產生事故，造成無可估量的損失。
隨著鐵路運行里程的不斷擴大，速度不斷提高，其安全性越來越引起各國鐵路運營商和車輪制造商的重視，提高車輪的疲勞強度和使用壽命成了各方共識。EN13262標準對車輪整體疲勞性能作出規定對于輻板加工態交貨的車輪，在輻板承受的應力變化Δσ＝450N/mm2時，經過107次循環后，不產生裂紋的概率為99.7％。中國《CRH5型動車組采購技術規范》要求，在車輪輻板最大徑向應力幅為240MPa的應力下，循環比R＝-1，旋轉循環次數為107轉后，不產生裂紋。
馬鋼開發的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪在進行整體疲勞試驗時，未達到107次循環時輻板即出現周向裂紋。通過X射線表面殘余應力測試儀對該件車輪進行殘余應力檢測得知，由于加工不當使車輪表面殘余拉應力較大，且刀痕較深(見附圖1和附圖2)，是產生疲勞裂紋源的原因。因此，如能使車輪表面產生殘余壓應力或使表面殘余拉應力顯著降低，則會大大有助于整體疲勞性能的提高。
研究表明，車輪機加工工藝對車輪表面應力狀況影響很大。馬鋼車輪機加工工藝多采用低加工速度、大加工量和刀頭直徑較大的刀具進行加工，加工后表面光潔度較差，殘留刀痕較多，使用X射線表面殘余應力測試儀對按現有機加工工藝加工的車輪進行殘余應力檢測表明，在輻板外側面多為周向壓應力，但值較小；輻板外側面多為周向拉應力，且幅值較大。因此，如何改變機加工參數，使得車輪表面產生壓應力，或使拉應力值減小，是改善車輪整體疲勞性能的一個關鍵因素。
發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，其目的是改善加工后車輪輻板表面的應力分布狀態，提高車輪的疲勞強度，保證車輪的使用安全。
為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為 本發明所提供的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，首先對碳含量在0.50％～0.54％范圍的軋態中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的輻板表面進行車削粗加工，去除表面黑皮，隨后對所述的鐵路車輪進行淬火、回火處理；所述的機加工工藝是在熱處理結束后，對所述的鐵路車輪的輻板表面進行車削精加工，加工至規定尺寸；在保證加工機床穩定運行的條件下，所述的車削精加工采用的加工線速度V＝320±20m/min。
所述的車削精加工采用的車刀圓形刀片的圓弧直徑為Φ20mm。
所述的車削精加工采用的切削深度為0.3mm。
所述的車削精加工獲得的表面粗糙度≤Rz10。
上述技術方案具有突出的實質性特點，并在現有技術的基礎上取得了顯著的技術進步，解決了本領域長期未能解決的技術難題，充分體現了本發明的新穎性、創造性和實用性。
與現有技術相比，本發明獲得了以下有益效果 在車輪輻板內側面中部，徑向殘余應力由拉應力變為壓應力，其值由100MPa左右的拉應力變為-40MPa左右的壓應力；周向殘余拉應力值明顯降低，降低幅度約100～180MPa；精加工結束后，車輪表面的光潔度明顯改善，消除可能成為疲勞裂紋源的過深刀痕等表面加工缺陷；車輪的整體疲勞性能明顯改善。
下面對本說明書各幅附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明 圖1為本說明書背景技術中涉及的采用現有技術加工掃面電鏡下刀痕形貌(15×)； 圖2為本說明書背景技術中涉及的采用現有技術加工掃面電鏡下刀痕形貌(500×)； 圖3為車輪輻板表面殘余應力測試位置示意圖。
圖中標記為 1、輪轂，2、輻板內側面，3、輪輞，4、輻板。
具體實施例方式 下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
本發明所提供的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，首先對碳含量在0.50％～0.54％范圍的軋態中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的輻板4表面進行車削粗加工，去除表面黑皮，隨后對所述的鐵路車輪進行淬火、回火處理；所述的機加工工藝是在熱處理結束后，對所述的鐵路車輪的輻板4表面進行車削精加工，加工至規定尺寸；在保證加工機床穩定運行的條件下，所述的車削精加工采用的加工線速度V＝320±20m/min。
所述的車削精加工采用的車刀圓形刀片的圓弧直徑為Φ20mm。
所述的車削精加工采用的切削深度為0.3mm。
所述的車削精加工獲得的表面粗糙度≤Rz10。
研究表明，加工速度、進給量、刀刃半徑等因素對工件表層殘余應力的影響很大。加工速度的影響一般是通過“溫度因素”來進行的。加工速度較低時，易產生殘余拉應力；加工速度較高時，由于加工溫度升高，易產生殘余壓應力。增加進給量，被切削層金屬的截面及體積增大，使刀刃前的塑性變形區和變形程度增加；如果此時加工速度較高，則溫度因素的影響也有所加強，因此表面殘余拉應力將增加，其達到的深度也增大。隨著刀刃圓弧半徑的增大，殘余應力數值增大，應力層的厚度有輕微增大趨勢。此外，采用大加工速度、小進給量、圓弧直徑較小的刀具加工，車輪表面光潔度明顯改善。
本發明正是通過上述技術參數的合理、科學的選擇，來實現本發明的目的的。
下面是本發明的兩個實施例以及與其相應的對比例。對比采用的是現有的常規技術。
表1、實施例一和實施例二及相應對比例車輪工件化學成分(質量百分數) 實施例一 對表1所示成分的軋態中碳硅錳低合金鋼車輪輻板4表面進行車削粗加工，去除表面黑皮；按照常規工藝進行淬、回火處理；熱處理結束后對車輪輻板4表面進行車削精加工，精加工加工線速度約320m/min，采用直徑20mm的圓形刀片和約0.3mm的切深進給量進行加工。
本實施例的對比例 按現有常規機加工工藝進行加工，粗加工時加工量較大，精加工時加工線速度約80m/min，采用直徑32mm圓形刀頭和約0.6mm的切深進給量進行加工。
加工完畢后觀察，采用本發明加工的車輪輻板4表面狀態明顯好于對比例車輪，殘余應力測試位置見圖2，測試結果見表2，將兩件車輪按EN13262標準的規定進行整體疲勞性能測試，采用本發明加工的車輪在輻板4承受的最大徑向應力為240Mpa時經107次循環后，無裂紋產生，而對比例車輪在同樣條件下，經0.73×107次循環后，輻板4表面產生裂紋。
實施例二 對表1所示成分的軋態中碳硅錳低合金鋼車輪輻板4表面進行車削粗加工，去除表面黑皮；按照常規工藝進行淬、回火處理；熱處理結束后對車輪輻板4表面進行車削精加工，精加工線速度約320m/min，采用直徑32mm圓形刀頭和約0.6mm的切深進給量進行加工。
本實施例的對比例 按現有常規機加工工藝進行加工，粗加工時加工量較大，精加工時加工線速度約120m/min，采用直徑32mm圓形刀頭和約0.7mm的切深進給量進行加工。
加工完畢后觀察，采用本發明加工的車輪輻板4表面狀態明顯好于對比例車輪，殘余應力測試位置見圖2，測試結果見表2，將兩件車輪中國《CRH5型動車組采購技術規范》要求進行整體疲勞性能測試，采用本發明加工的車輪在輻板4承受的最大徑向應力為450N/mm2時經107次循環后，無裂紋產生，而對比例車輪同樣條件下，經0.64×107次循環后，輻板4表面產生裂紋。
表2、實施例一和實施例二以及相應對比例車輪工件輻板4表面殘余應力測試結果(正值為拉應力，負值為壓應力)
結合圖3所示，表2中的“R處”，是指在車輪的輻板內側面2上，輪輞3與輻板4轉角連接圓弧；“中部”是指在車輪的輻板內側面2上距離輪轂1和輪輞3相等的位置。所述的輻板內側面2是指輻板4朝向車輪帶擋邊的一面。
上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，首先對碳含量在0.50％～0.54％范圍的軋態中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的輻板表面進行車削粗加工，去除表面黑皮，隨后對所述的鐵路車輪進行淬火、回火處理；其特征在于所述的機加工工藝是在熱處理結束后，對所述的鐵路車輪的輻板表面進行車削精加工，加工至規定尺寸；在保證加工機床穩定運行的條件下，所述的車削精加工采用的加工線速度V＝320±20m/min。
2.按照權利要求1所述的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，其特征在于所述的車削精加工采用的車刀圓形刀片的圓弧直徑為Φ20mm。
3.按照權利要求1所述的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，其特征在于所述的車削精加工采用的切削深度為0.3mm。
4.按照權利要求1所述的中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，其特征在于所述的車削精加工獲得的表面粗糙度≤Rz10。
全文摘要
本發明公開了一種中碳硅錳低合金鋼鐵路車輪的機加工工藝，所述的機加工工藝是在熱處理結束后，對所述的鐵路車輪的輻板表面進行車削精加工，加工至規定尺寸；在保證加工機床穩定運行的條件下，所述的車削精加工采用的加工線速度V＝320±20m/min。采取上述技術方案改善加工后車輪輻板表面的應力分布狀態，提高車輪的疲勞強度，保證車輪的使用安全。車輪表面的光潔度明顯改善。
文檔編號B23B5/28GK101817094SQ201010132569
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月22日 優先權日2010年3月22日
發明者鐘斌, 江波, 吳勇中, 陳剛, 李翔, 趙海, 孫曼麗, 張磊 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司