以EA4T車軸的磨削加工為例，通過工藝試驗(yàn)，論證了砂輪特性、磨削工藝參數(shù)對車軸表面粗糙度和加工應(yīng)力的影響，得出磨削工藝參數(shù)影響的主次順序及影響規(guī)律，并分析了各種因素影響的顯著程度，對生產(chǎn)實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。
PART 1序言
EA4T車軸鋼作為歐標(biāo)規(guī)定的高速列車車軸鋼材，具有優(yōu)異的物理性能，被廣泛應(yīng)用在高速列車及地鐵列車中。國內(nèi)學(xué)者除了對其材質(zhì)、性能進(jìn)行研究[1]外，還對其加工工藝進(jìn)行了一定的研究[2]。于鑫[3]對EA4T車軸的車削、滾壓工藝做了深入研究。
目前對車軸磨削工藝的研究較少。本文以表面粗糙度、表面加工應(yīng)力為評價指標(biāo)，通過試驗(yàn)，研究磨削過程中砂輪特性和磨削工藝參數(shù)對表面粗糙度、加工應(yīng)力的影響。
PART 2砂輪特性
砂輪特性主要包括磨料、粒度、硬度、組織及結(jié)合劑等。其中磨料擔(dān)負(fù)著切削工作，應(yīng)具備高的硬度、良好的耐熱性、一定的韌性和自銳性等；粒度是磨料顆粒的大小，對磨削質(zhì)量具有直接影響。本文主要針對磨料和粒度進(jìn)行研究。
2.1 砂輪磨料對比
選取常用的WA（白剛玉）砂輪、SA（單晶剛玉）砂輪以及S G砂輪，在相同的磨削參數(shù)下進(jìn)行磨削試驗(yàn)，對比磨削表面粗糙度及磨削表面加工應(yīng)力，進(jìn)而選取更適合EA4T車軸磨削的磨料。采用橫切方式（基于效率考慮），使用恒速磨床，砂輪線速度vs=35m/s，磨削工藝參數(shù)見表1。
表1 磨料對比試驗(yàn)?zāi)ハ鲄?shù)
不同磨料砂輪加工表面粗糙度對比結(jié)果如圖1所示。SA砂輪磨削表面質(zhì)量最好，SG砂輪次之，WA砂輪最差。
圖1 不同磨料砂輪加工表面粗糙度對比
表面應(yīng)力測試采用XStress3000表面應(yīng)力測試儀，不同磨料砂輪加工應(yīng)力對比結(jié)果如圖2所示。3種砂輪磨削表面2個方向的加工應(yīng)力均為壓應(yīng)力，軸向加工應(yīng)力大于周向加工應(yīng)力。整體對比而言，SA砂輪效果略好，WA效果居中，SG砂輪略次。
圖2 不同磨料砂輪加工應(yīng)力對比
2.2 砂輪粒度對比
選用S A磨料46#、60#、70#和80#粒度的4種砂輪，在相同的磨削參數(shù)下進(jìn)行對比試驗(yàn)。磨削工藝參數(shù)見表2。
表2 粒度對比試驗(yàn)?zāi)ハ鲄?shù)
不同粒度砂輪加工表面粗糙度對比結(jié)果如圖3所示。通過對比可知，SA磨料70#粒度砂輪加工表面質(zhì)量最好。
圖3 不同粒度砂輪加工表面粗糙度對比
4種粒度SA砂輪所磨削的工件表面加工應(yīng)力如圖4所示。應(yīng)力均為壓應(yīng)力，各自軸向加工應(yīng)力大于周向加工應(yīng)力，相比較而言，70#粒度砂輪磨削工件壓應(yīng)力值更大，更有利于提高工件的疲勞強(qiáng)度。
圖4 不同粒度砂輪加工應(yīng)力對比
PART 3 磨削工藝參數(shù)正交試驗(yàn)
研究磨削工藝參數(shù)對表面粗糙度及加工應(yīng)力的影響，有利于實(shí)際生產(chǎn)中磨削工藝參數(shù)的優(yōu)選，進(jìn)而提高工件的疲勞壽命。采用70#粒度SA砂輪，設(shè)計二因素四水平正交試驗(yàn)共16組，其中還考慮添加了誤差水平列。工藝參數(shù)見表3。
表3 正交試驗(yàn)工藝參數(shù)
3.1 表面粗糙度正交試驗(yàn)結(jié)果分析
首先對16組表面粗糙度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析（見表4），依據(jù)極差大小，可以判斷因素對結(jié)果影響的主次順序，也可以繪制試驗(yàn)結(jié)果隨水平值變化的趨勢圖。
表4 表面粗糙度試驗(yàn)結(jié)果極差分析
對磨削表面粗糙度影響最大的因素為工件加工線速度，進(jìn)給量次之。根據(jù)分析結(jié)果可以繪制出磨削表面粗糙度趨勢圖（見圖5）。
a）工件加工線速度對表面粗糙度的影響
b）進(jìn)給量對表面粗糙度的影響
圖5 磨削表面粗糙度趨勢
對于70#粒度SA砂輪，磨削表面粗糙度值隨工件加工線速度的增大而減小，隨進(jìn)給量的增大而增大。極差分析可以反映各因素的影響順序，卻不能較準(zhǔn)確地反映各因素的影響顯著性，為此補(bǔ)充方差分析見表5。
表5 表面粗糙度試驗(yàn)結(jié)果方差分析
注：**——非常顯著。
進(jìn)行F顯著性校驗(yàn)可知，工件加工線速度vw對磨削表面粗糙度的影響非常顯著，其他因素影響不顯著。
3.2 表面加工應(yīng)力正交試驗(yàn)結(jié)果分析
表面加工應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果的極差分析見表6。
表6 表面加工應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果極差分析
通過極差分析可知，對周向加工應(yīng)力影響的主次順序：fr、vw、誤差水平；對軸向加工應(yīng)力影響的主次順序：vw、fr、誤差水平。根據(jù)分析結(jié)果可以繪制出磨削表面加工應(yīng)力趨勢圖（見圖6）。
a）工件加工線速度對表面加工應(yīng)力的影響
b）進(jìn)給量對表面加工應(yīng)力的影響
圖6 磨削表面加工應(yīng)力趨勢
磨削表面加工應(yīng)力均為壓應(yīng)力，周向與軸向加工應(yīng)力變化趨勢一致；表面加工應(yīng)力隨工件加工線速度的增大先增大后減小，隨進(jìn)給量的增大而增大。方差分析見表7。
由分析結(jié)果可以得出，進(jìn)給量fr對周向加工應(yīng)力的影響非常顯著，工件加工線速度vw對其的影響顯著，誤差影響很小。工件加工線速度vw對軸向加工應(yīng)力的影響顯著，在實(shí)際加工中可重點(diǎn)關(guān)注。
表7 表面加工應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果方差分析
注：*——顯著；**——非常顯著。
PART 4結(jié)束語
試驗(yàn)研究了砂輪磨料、粒度以及磨削工藝參數(shù)對表面粗糙度及加工應(yīng)力的影響，得出以下結(jié)論。
1）對于EA4T材質(zhì)車軸，采用SA磨料70#粒度的砂輪磨削可以獲得更好的表面質(zhì)量和更大的加工應(yīng)力。
2）工件加工線速度vw對磨削表面粗糙度的影響非常顯著。進(jìn)給量fr對周向加工應(yīng)力的影響非常顯著，工件加工線速度vw對其的影響顯著，誤差影響很小。工件加工線速度vw對軸向加工應(yīng)力的影響顯著。
綜合以上結(jié)論，總結(jié)出工藝參數(shù)影響的主次順序及影響規(guī)律，并分析了各種因素影響的顯著程度，對于實(shí)際加工具有一定的指導(dǎo)意義。
