以EA4T车轴的磨削加工为例，通过工艺试验，论证了砂轮特性、磨削工艺参数对车轴表面粗糙度和加工应力的影响，得出磨削工艺参数影响的主次顺序及影响规律，并分析了各种因素影响的显著程度，对生产实践具有一定的指导意义。
PART 1序言
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。
PART 2砂轮特性
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
选取常用的WA（白刚玉）砂轮、SA（单晶刚玉）砂轮以及S G砂轮，在相同的磨削参数下进行磨削试验，对比磨削表面粗糙度及磨削表面加工应力，进而选取更适合EA4T车轴磨削的磨料。采用横切方式（基于效率考虑），使用恒速磨床，砂轮线速度vs=35m/s，磨削工艺参数见表1。
表1 磨料对比试验磨削参数
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。
图1 不同磨料砂轮加工表面粗糙度对比
表面应力测试采用XStress3000表面应力测试仪，不同磨料砂轮加工应力对比结果如图2所示。3种砂轮磨削表面2个方向的加工应力均为压应力，轴向加工应力大于周向加工应力。整体对比而言，SA砂轮效果略好，WA效果居中，SG砂轮略次。
图2 不同磨料砂轮加工应力对比
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
PART 3 磨削工艺参数正交试验
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
b）进给量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。
表5 表面粗糙度试验结果方差分析
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
表面加工应力试验结果的极差分析见表6。
表6 表面加工应力试验结果极差分析
通过极差分析可知，对周向加工应力影响的主次顺序：fr、vw、误差水平；对轴向加工应力影响的主次顺序：vw、fr、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fr对周向加工应力的影响非常显著，工件加工线速度vw对其的影响显著，误差影响很小。工件加工线速度vw对轴向加工应力的影响显著，在实际加工中可重点关注。
表7 表面加工应力试验结果方差分析
注：*——显著；**——非常显著。
PART 4结束语
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vw对磨削表面粗糙度的影响非常显著。进给量fr对周向加工应力的影响非常显著，工件加工线速度vw对其的影响显著，误差影响很小。工件加工线速度vw对轴向加工应力的影响显著。
综合以上结论，总结出工艺参数影响的主次顺序及影响规律，并分析了各种因素影响的显著程度，对于实际加工具有一定的指导意义。
