EA4T车轴钢作为欧标规定的高速列车车轴钢材，具有优异的物理性能，被广泛应用在高速列车及地铁列车中。国内学者除了对其材质、性能进行研究^[1]外，还对其加工工艺进行了一定的研究^[2]。于鑫^[3]对EA4T车轴的车削、滚压工艺做了深入研究。

目前对车轴磨削工艺的研究较少。本文以表面粗糙度、表面加工应力为评价指标，通过试验，研究磨削过程中砂轮特性和磨削工艺参数对表面粗糙度、加工应力的影响。

砂轮特性主要包括磨料、粒度、硬度、组织及结合剂等。其中磨料担负着切削工作，应具备高的硬度、良好的耐热性、一定的韧性和自锐性等；粒度是磨料颗粒的大小，对磨削质量具有直接影响。本文主要针对磨料和粒度进行研究。

2.1 砂轮磨料对比

不同磨料砂轮加工表面粗糙度对比结果如图1所示。SA砂轮磨削表面质量最好，SG砂轮次之，WA砂轮最差。

2.2 砂轮粒度对比

选用S A磨料46^#、60^#、70^#和80^#粒度的4种砂轮，在相同的磨削参数下进行对比试验。磨削工艺参数见表2。

表2　粒度对比试验磨削参数

不同粒度砂轮加工表面粗糙度对比结果如图3所示。通过对比可知，SA磨料70#粒度砂轮加工表面质量最好。

图3　不同粒度砂轮加工表面粗糙度对比

4种粒度SA砂轮所磨削的工件表面加工应力如图4所示。应力均为压应力，各自轴向加工应力大于周向加工应力，相比较而言，70^#粒度砂轮磨削工件压应力值更大，更有利于提高工件的疲劳强度。

图4　不同粒度砂轮加工应力对比

研究磨削工艺参数对表面粗糙度及加工应力的影响，有利于实际生产中磨削工艺参数的优选，进而提高工件的疲劳寿命。采用70^#粒度SA砂轮，设计二因素四水平正交试验共16组，其中还考虑添加了误差水平列。工艺参数见表3。

表3　正交试验工艺参数

3.1 表面粗糙度正交试验结果分析

首先对16组表面粗糙度试验结果进行极差分析（见表4），依据极差大小，可以判断因素对结果影响的主次顺序，也可以绘制试验结果随水平值变化的趋势图。

表4　表面粗糙度试验结果极差分析

对磨削表面粗糙度影响最大的因素为工件加工线速度，进给量次之。根据分析结果可以绘制出磨削表面粗糙度趋势图（见图5）。

a）工件加工线速度对表面粗糙度的影响

图5　磨削表面粗糙度趋势

对于70#粒度SA砂轮，磨削表面粗糙度值随工件加工线速度的增大而减小，随进给量的增大而增大。极差分析可以反映各因素的影响顺序，却不能较准确地反映各因素的影响显著性，为此补充方差分析见表5。

注：**——非常显著。

进行F显著性校验可知，工件加工线速度vw对磨削表面粗糙度的影响非常显著，其他因素影响不显著。

3.2 表面加工应力正交试验结果分析

通过极差分析可知，对周向加工应力影响的主次顺序：f_r、v_w、误差水平；对轴向加工应力影响的主次顺序：vw、f_r、误差水平。根据分析结果可以绘制出磨削表面加工应力趋势图（见图6）。

a）工件加工线速度对表面加工应力的影响 b）进给量对表面加工应力的影响

图6　磨削表面加工应力趋势

磨削表面加工应力均为压应力，周向与轴向加工应力变化趋势一致；表面加工应力随工件加工线速度的增大先增大后减小，随进给量的增大而增大。方差分析见表7。

由分析结果可以得出，进给量f_r对周向加工应力的影响非常显著，工件加工线速度v_w对其的影响显著，误差影响很小。工件加工线速度v_w对轴向加工应力的影响显著，在实际加工中可重点关注。

注：*——显著；**——非常显著。

试验研究了砂轮磨料、粒度以及磨削工艺参数对表面粗糙度及加工应力的影响，得出以下结论。

1）对于EA4T材质车轴，采用SA磨料70^#粒度的砂轮磨削可以获得更好的表面质量和更大的加工应力。

2）工件加工线速度v_w对磨削表面粗糙度的影响非常显著。进给量f_r对周向加工应力的影响非常显著，工件加工线速度v_w对其的影响显著，误差影响很小。工件加工线速度v_w对轴向加工应力的影响显著。

来源：金属加工