钢轨打磨列车分动箱传动轴电子束焊接工艺研究.pdf

第31卷第6期
铁道机车车辆
Vol 31 No6
2011年12月
RAIL WAY LOCOMOTIVE & CAR
Dec.2011
文章编号:1008-7842(2011)106-0113-02
钢轨打磨列车分动箱传动轴电子束焊接工艺研究
李武勇,钱兆勇
(北京二七轨道交通装备有限责任公司,北京100072)
摘要针对钢轨打磨列车分动箱传动轴内花键加工困难的难题,提出剖分一插齿一电子束焊接的加工方案。设
计了剖分式结构,并研究电子東焊接工艺。采用优化工艺,成功焊接了传动轴。
关键词钢轨打磨列车;传动轴;电子束焊接
中阳分类号:U273.3文献标志码:B
GMC96型钢轨打磨列车是打磨头数最多、作业效
(5)因电子東焊焦点小而能量集中,对组焊件配合
率最高的大型养路机械,具有广阔的市场前景。低恒速处的机械加工精度及装配质量有严格要求,对接焊缝的
液压传动系统是该车的核心部件之一。该系统包括分两边缘要求平整、贴紧,一般不留间隙。
动箱、液压泵、液压马达、减速箱等,其中分动箱为液压
(6)焊缝强度高,可将难于整体加工的零件分解为
系统提供动力。液压系统泵和马达接口全部为容易加工的几部分,再用电子東焊的方法将其焊成整
DIN5480的花键,与之相对应的传动轴大部分是盲孔内体,使复杂工序变得简单。
花键结构,这种结构多采用插齿加工。由于分动箱传动
针对电子束焊接的诸多优点,采用该工艺进行焊
轴长度超出了国内大部分插齿机的行程,加工困难。如接,是最优方法
果引进新设备,耗资大,加工周期长,无法满足装车要1需要解决的问题
求。如果采用剖分一插齿一焊接的加工方案,可以在不
传动轴结构如图1所示,进行焊接工艺开发需要解
增加设备投人的前提下,充分利用现有资源,完成零件决以下问题
加工。然而,这个工艺流程的瓶颈为焊接工序。传统焊
接深度浅;强度低,变形大,易产生冶金缺陷,无法满足
作为传动轴的强度及安全性要求。而电子束焊接具有
明显的优势,因此提出采用电子束焊接,并进行焊接工
艺研究。
电子東焊接是一种高能東焊接方法,其特点主要表
现在以下方面2:
(1)由于其能量密度极高一般可达10
10W/cm2,是普通电弧焊和氩弧焊的100~10万倍。
焊接速度大,热影响区和焊接变形极小,可作为最后加
图1分动箱传动轴及其安装
工工序或仅留精加工余量。
2)可实现焊缝深而窄的焊接,深宽比大于10:1。
(1)剖分位置选择
而一般焊接焊缝的深宽比约为1:1.5。因此,适用于
剖分位置的选择要考虑焊缝承载、加工和组焊方
大焊透深度、高强度的焊接场合。
便。综合考虑传动轴结构,选择与齿轮轮箍配合的
3)可控性好。电子束焊接参数(电压、电流及焊130轴颈进行剖分有利于组焊定位和焊缝承载。同
接速度等)能够被精确控制,焊接时参数的重复性及稳时,考虑到剖分后内花键加工方便,确定剖分位置距离
定性好,能确保焊件的焊接质量。
轴肩L为50mm。
(4)可用于不加填充焊丝的对接、角接、T形接等
(2)剖分结构设计
多种定位精度要求高的焊接场合。
为了保证剖分结构的装配精度及减少焊接变形,必
李武勇(1962一)男,山西原平人,高级工程师(收稿日期:2011-06-23)
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第31卷
须设计合理的剖分式结构。
行后续精加工(图4)。
(3)电子束焊接工艺开发
研究针对该类零件的电子東焊接工艺是决定焊接
质量的关键。电子束焊接工艺包括预处理、预热、后处
理及焊接过程参数控制。
2割分结构设计
传动轴剖分成两部分轴1和轴2,通过56轴孔配
合定位,保证同轴度,通过均布的两个定位销增加连接
图4磨床加工中的传动轴
刚度,防止转动。轴2为通孔结构,便于内花键加工。
为了便于装配,销孔采用钻模板加工,定位销开通气槽。
5轴类电子束焊接工艺流程
通过对焊接工艺过程的跟踪和质量控制,内花键轴
类零件电子束焊接可按照以下工艺流程加工。
毛环热处理一十机加工及半加エ→内花混加?表面热处脚
精加工完成心电子東焊接(表)ド清洗及組装ド加工定位部分
一轴1:2一定位销;3一轴2
图2传动轴剖分结构
图5加工工艺流程
3电子束焊接工艺研究
6效益分析
采用有色金属研究院THDW-12型12kW电子東
采用该工艺生产的传动轴已经成功装车,并经过了
焊机进行工艺试验。经过几轮试验,最终得到无裂纹及台架试验及两年的运用考核。
气孔缺陷的焊缝,采用焊接工艺参数(表1)加工的传动
由于钢轨打磨列车等大型养路机械批量小、种类
轴见图3。经检测经过电子束焊接的轴最大径向跳动多,采川该工艺加工具有很大的灵活性,可保证加工周
为0.13mm。
期和加工质量,同时可节约L装ド具的费用。采用此工
艺每根轴电子東焊接费用儿百元,如果引进新设备自行
表1优化的电子束焊接工艺参数
加工,需要投人机床采购费用近百万元。
に艺参数
工序名称焦距电压电流扫描速度真空
高能电子束焊接工艺焊接时间短、生产效率高、成
f/mm /kv
/mA/(r?m?h1)/Pa
本低、焊接强度高、焊后变形量小,为某些因结构特殊而
清洗
无法整体加工或者整体加工成本昂贵的零件提供了一
2点焊
预热
种可靠而经济的解决方案。
4预热2272
7结束语
5焊接
272
30
1.2
本文研究了钢轨打磨列车分动箱传动轴的电子束
焊接工艺,并成功实施,经过台架试验及两年的运用考
核。得出了电子柬焊接的焊接参数及工艺流程。该「
艺质量可靠、成本低,可应对品种繁多的大型养路机械
产品。同时,为该工艺在机车车辆领域的广泛应用进行
图3电子束焊接的传动轴
了一定的探索
參考文献
4后续加工
[1]中国机械工业学会编,焊接手册,第2卷,材料的焊接
电子東焊接能量密度高,热影响区小,变形小,不破
LM].北京:机被工业出版社,2001
坏原强化层,不需要后续热处理。经过探伤检测后,进[2]张应力新编焊工实用手册「M北京:金盾出版社?
2004
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