CN102896591B - 钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置及布料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置及布料方法，其中布料装置包括一支撑台，在所述的支撑台上设置有基座和一升降柱塞缸，在所述的基座上连接有一回转轴，该回转轴的一端与一步进电机连接，在回转轴的另一端连接一用于固定磨轮内孔的卡盘，在所述的步进电机与回转轴之间还设置有联轴器，所述的升降柱塞缸的输出端连接在所述的回转轴上，并位于所述的基座与卡盘中间。与现有技术相比，本发明布料装置通过卡盘固定磨轮，并在卡盘的回转轴上设置一个可以调整回转轴倾斜度的升降柱塞缸，从而解决了本发明复杂表面布料的难题。

Description

钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置及布料方法

技术领域

本发明属于高铁轨道板磨轮制造领域，具体涉及一种钎焊金刚石博格板磨轮布料装置与方法。适用于大型、异形回转件的钎焊超硬磨料布料工艺装置。

背景技术

我国正在大力发展高速铁路，目前时速已经达到350公里。为保证轨道线路的平顺性、稳定性和安全性，我国高速铁路的钢轨不是铺设在普通的枕木上，而是铺设在经过机床精确打磨的轨道板——博格板上。博格板由德国博格公司发明，实际使用过程中博格板是一块长6.45米、高20厘米、重达9.6吨的高强度、高致密度混凝土承轨台。我国高速铁路技术从德国博格公司引进并全部采用这种无砟轨道结构类型。博格板承接钢轨处需要磨削加工，包括两个倾斜的侧面、一个底面、底面与两侧面接壤处的两个沟槽，组成一个复杂的异形面，磨削余量2mm，磨削精度0.1mm。

2006年以前，世界上只有德国博格公司拥有能够打磨这种轨道板的数控磨床与磨轮。为实现高速铁路关键技术的国产化，铁道部提出磨床设备与磨轮国产化要求。目前，华东数控(威海)研制的博格板数控磨床已经达到高速铁路使用要求，到2010年2月底，华东数控已交付给铁道部高铁施工企业50余台博格板数控磨床(价格约1440万元/台)。与华东数控博格板磨床配套的金刚石磨轮，起初全部从德国博格公司进口，电镀工艺制作，为保证博格板磨削后的形面精度，磨轮工作面全部为单层金刚石磨料，磨轮形面精度由钢基体保证。2008年我国天津嘉骐金刚石工具厂等几家有实力的电镀金刚石工具生产企业研制出这种电镀金刚石磨轮，磨轮外形尺寸为φ551.4mm(最大外径)×φ304.8mm(安装孔径)×200mm(宽度)，金刚石磨料通过电沉积镍被固定在由圆锥面、半径为8.5mm的圆弧凸面、半径为6mm的圆弧凹面和圆柱面组成的超大、异形表面上。

国产电镀金刚石磨轮在使用过程中暴露出一些让高铁轨道板生产企业无法忍受的通病，突出表现在：(1)磨轮寿命低，国产磨轮的平均寿命只有德国电镀金刚石磨轮的1/3,且稳定性差，主要原因是国内电镀工艺不过关，圆弧凹面处的金刚石磨料固定不牢，极易脱落，也常出现电镀层成片剥离导致加工无法进行的现象；(2)加工效率低，约为德国博格公司磨轮效率的1/2，国产磨轮因电镀工艺缺陷使得金刚石磨料排布太密，容屑空间小，磨轮易堵塞打滑，不得不降低博格板进给速度；低(3)博格板废品率高，因磨轮不稳定导致博格板报废的比例高达8％，而德国博格公司的比例则低于0.5％。目前，90％的博格板磨轮仍依赖进口。从根本上解决国产博格板磨轮存在的问题，实现国产化，取代进口，刻不容缓。

基于以上电镀金刚石博格板磨轮的缺点，国内许多厂家开始研发新一代高铁轨道板磨轮。传统的金刚石工具多为电镀、烧结制作。电镀金刚石工具仅靠镀层机械包埋镶嵌金刚石磨料，在金刚石与镀层界面上没有结合强度。烧结金刚石工具是用金属粉末与金刚石磨料颗粒混合压坏烧结制成的，是靠金属粉末合金化产生的烧结力对金刚石进行把持，对金刚石无浸润亦无结合强度。这两种工具的金刚石磨料在重负荷作业时都会因把持力不够而过早脱落，磨料利用率低，工具寿命短。钎焊金刚石技术由于其独特的优势开始被研究者注意。钎焊金刚石技术是指利用高温熔化焊料将金刚石与基体焊接在一起的技术，由于金刚石与焊料之间是化学冶金结合，故结合强度高，因此相比于电镀产品，钎焊金刚石磨粒可以出露70％以上，因此钎焊金刚石工具排屑空间大，使用锋利，寿命长。如果将钎焊金刚石技术成功应用于博格板磨轮的制作，将会大幅提高磨轮效率与寿命。

2010年以丹阳华昌工具有限公司为代表的相关厂家开始试制出利用钎焊金刚石的方式制备博格板磨轮。其制作工艺与电镀磨轮有所不同，是通过在磨轮基体上排布金刚石与磨料，然后进行真空钎焊或者激光钎焊。由于其具有高结合强度、磨料合理出露、磨料无附加热损伤、结合剂耐磨性能良好、钢基体无变形的特点，磨轮一经试用，便取得了十分理想的效果。

对于磨轮的制作工艺，关键的步骤是对磨轮表面进行布金刚石磨料以及焊料，但是由于高铁轨道板磨轮基体(图1)重约130kg，体积大，对其布料需要使基体回转、倾斜，并且在布料前需要对基体进行打磨清理，这些工序要求却因为磨轮太重、太大而变得十分困难。无论是磨轮的沿轴向回转运动，还是磨轮的起升、下降、倾斜，在没有相关装置辅助的情况下，仅依靠人力是几乎不可能完成的。这也制约着钎焊金刚石高铁轨道板磨轮技术的推广与应用，影响了生产产量与生产规模。目前，尚未有相关的成熟布料装置能够实现从清理高铁轨道板磨轮基体表面、到布金刚石、布焊料的整个工艺过程。

发明内容

本发明的目的即是提供一种能够通过特定的装置，较好地完成高铁轨道板磨轮的整个布料工艺过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，包括一支撑台，在所述支撑台上设置有基座和一升降柱塞缸，在所述基座上连接有一回转轴，该回转轴的一端与一步进电机连接，在回转轴的另一端连接一用于固定磨轮内孔的卡盘，在所述步进电机与回转轴之间还设置有联轴器，所述升降柱塞缸的输出端连接在所述的回转轴上，并位于所述的基座与卡盘中间。

在所述基座上设置有一旋转轴，在该旋转轴上固定有一连接平板，该连接平板与所述的回转轴转动连接；所述升降柱塞缸的输出端与所述的回转轴转动连接。

在所述的回转轴上还设置有轴套、固定挡圈、弹性挡圈以及伸缩弹簧，其中轴套和固定挡圈位于所述连接平板的同侧，弹性挡圈位于连接平板的另一侧，所述伸缩弹簧设置在卡盘与升降柱塞缸之间。

所述的基座为两个，所述旋转轴的两端转动的连接在两个基座上。

在所述的回转轴的末端设置有一回转轴连接盘，所述卡盘固定在回转轴连接盘上。

在所述的连接平板和升降柱塞缸上装有一对圆锥滚子轴承。

高铁轨道板磨轮布料工艺是将磨轮磨削外表面打磨处理干净，然后在表面刷涂压敏胶做为粘结剂，然后布金刚石磨料与焊料，由于粘结剂的作用，磨料与焊料便粘附于磨轮表面。做好的半成品便可以通过叉车将磨轮进入钎焊炉进行真空钎焊。

本发明钎焊金刚石高铁轨道板磨轮的布料方法，包括以下步骤：

第一步、张开卡盘的卡爪，使卡爪同时张紧磨轮内孔；

第二步、转动卡盘，利用电机带动磨轮转动，清理磨轮基体表面；

第三步、清理完成后，在基体表面分布贴胶带，并在胶带空白处刷涂粘结剂；

第四步、磨料的布洒：保持磨轮匀速缓慢转动，在粘结剂上布洒磨料，首先布洒水平面，然后回转轴右端向上倾斜30度，布洒磨轮凹面，最后将回转轴向下倾斜20度，布洒磨轮上端斜面；

第五步、焊料的布洒：保持磨轮匀速缓慢转动，在粘结剂上布洒焊料，首先布洒水平面，然后回转轴右端向上倾斜30度，布洒磨轮凹面，最后将回转轴向下倾斜20度，布洒磨轮上端斜面；

第六步、布料完成后，将分度胶带去掉，完成整个布料工艺。

与现有技术相比，本发明布料装置通过卡盘固定磨轮，并在卡盘的回转轴上设置一个可以调整回转轴倾斜度的升降柱塞缸，从而解决了本发明复杂表面布料的难题。

本发明的优点是：1、结构简单，易于制造。钢架结构可焊接联结，构件多为标准件，易于装配。

2、装置占用空间小，机动灵活。虽然磨轮体积大，重量大，但本装置在占用较小空间的情况下实现了布料功能，节约空间成本。

3、成本低，操作简单，易于推广，适合工业化生产使用。

附图说明

图1是本发明布料的对象高铁轨道板磨轮基体的结构图。

图2是装夹架主视图。

图3是装夹架俯视图。

图4是高铁轨道板磨轮基体夹板。

图5是布料装置主视图。

图6是布料装置左视图。

图7是布料装置俯视图。

图中：1——装夹杆，2——大三角架，3——转动轴，4——轴承，5——连接杆，6——移动架，7——滚轮，8——支撑杆，9——小三角架，10——磨轮上夹板，11——螺栓与螺母，12——磨轮下夹板，13——连接螺纹孔，14——基座，15——基座支承台，16——升降柱塞缸，17——三爪卡盘，18——回转轴，19——步进电机，20——回转轴连接盘，21——坚固螺钉，22——联轴器，23——伸缩弹簧，24——轴套，25——旋转轴，26——轴承，27——轴承，28——连接平板，29——固定挡圈，30——弹性挡圈，31——圆锥滚子轴承，32——圆锥滚子轴承,33——固定销孔。

具体实施方式：

由于磨轮磨削表面为异型回转曲面(图1)，因此，在布料的过程中为了配合布料过程，磨轮需要有回转、倾斜动作，才能保证布料均匀。为了实现以上动作，本发明所设计的布料装置包括基座14，基座支承台15，升降柱塞缸16，三爪卡盘17，回转轴18以及步进电机19，其中卡盘17采用三爪卡盘。柱塞缸16可采用液压系统行程可调柱塞缸，两端用铰链与外部联接。三爪卡盘17用于固定装夹磨轮基体，卡盘与回转轴连接盘20用六个坚固螺钉21连接。回转轴18的回转运动由步进电机19控制，步进电机1922联接。通过操控步进电机19来实现磨轮基体高速回转、低速回转、停止三个动作。回转轴的支承是由两个基座支撑台15支承，以及柱塞缸16辅助支承完成。回转轴的倾斜运动由柱塞缸16的升降以及伸缩弹簧23以及轴套24、固定挡圈29、弹性挡圈30实现。回转轴右端向上倾斜由轴套24与固定挡圈29进行轴向固定，向下倾斜由弹性挡圈30以及伸缩弹簧23进行轴向固定，磨轮向下倾斜时内部可用三根固定销穿过固定销孔33进行固定。两支承台15之间有一旋转轴25，两端为轴承26、轴承27固定支承。此旋转轴25旋转便可带动轴上焊接的连接平板28转动，连接平板28上与柱塞缸16上装有一对圆锥滚子轴承31、32，用以承受轴向力与径向力的轴向定向，同时使回转轴完成回转运动。回转轴的倾斜角度由柱塞缸16的行程以及柱塞缸16与支承台15之间的距离决定，满足倾斜范围±30°即可。

为了便于磨轮安装在卡盘上，本发明还设计了装夹架以及磨轮夹板。

其中装夹架包括装夹杆1，由转动轴3支撑，装夹杆1上焊有小三角架9，小三角架9最顶端为槽钢，带有两小孔，用于与磨轮夹板连接。转动轴3的两端为滚动轴承4，它由两大三角钢架2与支撑杆8共同支撑，大三角架2与支撑杆8焊接在移动架6上，两移动架之间用连续杆5连接固定，移动架6下端有滚轮7带动移动架移动。

磨轮夹板由上夹板10与下夹板12夹紧，两者用螺杆11固定。上夹板为圆形厚板，下夹板为长方形厚板方便从磨轮内孔中取出。在上夹板10上开有两对称螺纹孔13，用于与装夹架的两小孔配合。

现对一只新的磨轮基体进行装夹布料。基体尺寸如图1所示。其装夹与布料工艺如下所示。

①将高铁轨道板磨轮基体置于一液压叉车架上，并将磨轮夹板中的下夹板与螺栓置于磨轮内部，并用垫块从下顶起。

②将磨轮夹板的上夹板置于磨轮上端，对准螺纹内孔位置，拧紧螺母。

③推装夹架至叉车架上方，装夹杆垂直，对准磨轮夹板上夹板的两螺纹孔位置，将装夹杆与磨轮夹板固定连接。

④利用杠杆原理用装夹杆将磨轮水平举起，推至布料装置处。

⑤将磨轮下端推至三爪卡盘卡爪外侧，张开卡爪，使三只卡爪同时张紧磨轮内孔。

⑥固定后，松开装夹杆，带有磨轮夹板的磨轮便固定安装在布料装置上。

⑦转动三爪卡盘，利用电机带动磨轮转动，然后用80目以及200目砂轮单向打磨基体表面，清楚杂质与锈迹。然后酒精或者丙酮去油清洗磨轮基体表面，用干净抹布擦干。

⑧清理完成后，在基体表面分布贴胶带，将磨轮等分85段，胶带倾角60度。并在胶带空白处刷涂粘结剂。粘结剂为压敏胶，可粘附金刚石与焊料。

⑨保持磨轮匀速缓慢转动，在粘结剂上用筛网布洒粒度区间在25目至50目的高品级金刚石，首先布洒磨轮圆柱水平面，然后回转轴右端向上倾斜回转轴30度，布洒磨轮凹面，布洒完毕后，再将回转轴向下倾斜20度，布洒磨轮上端斜面。即可完成磨轮整体表面磨料布洒。

⑩焊料的布洒同步骤9，焊料粒度80目。

布料完成后，将分度胶带去掉，完成整个布料工艺。

将装夹杆与磨轮上夹板用螺栓连接。

松开三爪卡盘，拉动装夹架，取下布料后的高铁轨道板磨轮。

用装夹架将磨轮放置至叉车上，并卸下装夹架。

卸下磨轮夹板。

起升叉车，进真空炉钎焊。

Claims (7)

1.一种钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：包括一支撑台(15)，在所述支撑台(15)上设置有基座(14)和一升降柱塞缸(16)，在所述基座(14)上连接有一回转轴(18)，该回转轴(18)的一端与一步进电机(19)连接，在回转轴(18)的另一端连接一用于固定磨轮内孔的卡盘(17)，在所述步进电机(19)与回转轴(18)之间还设置有联轴器(22)，所述升降柱塞缸(16)的输出端连接在所述的回转轴(18)上，并位于所述的基座(14)与卡盘(17)中间。

2.根据权利要求1所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：所述基座(14)上设置有一旋转轴(25)，在该旋转轴(25)上固定有一连接平板(28)，该连接平板(28)与所述的回转轴(18)转动连接；所述升降柱塞缸(16)的输出端与所述的回转轴(18)转动连接。

3.根据权利要求2所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：所述回转轴(18)上还设置有轴套(24)、固定挡圈(29)、弹性挡圈(30)以及伸缩弹簧(23)，其中轴套(24)和固定挡圈(29)位于所述连接平板(28)的同侧，弹性挡圈(30)位于连接平板(28)的另一侧，所述伸缩弹簧(23)设置在卡盘(17)与升降柱塞缸(16)之间。

4.根据权利要求2所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：所述基座(14)为两个，所述旋转轴(25)的两端转动的连接在两个基座(14)上。

5.根据权利要求1所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：所述回转轴(18)的末端设置有一回转轴连接盘(20)，所述卡盘(17)固定在回转轴连接盘(20)上。

6.根据权利要求2所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置，其特征在于：在所述连接平板(28)和升降柱塞缸(16)上装有一对圆锥滚子轴承。

7.一种基于权利要求1所述的钎焊金刚石高铁轨道板磨轮布料装置的布料方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、张开卡盘(17)的卡爪，使卡爪同时张紧磨轮内孔；

第二步、转动卡盘(17)，利用步进电机(19)带动磨轮转动，清理磨轮基体表面；

第三步、清理完成后，在基体表面分布贴胶带，并在胶带空白处刷涂粘结剂；

第四步、磨料的布洒：保持磨轮匀速缓慢转动，在粘结剂上布洒磨料，首先布洒水平面，然后回转轴(18)右端向上倾斜30度，布洒磨轮凹面，最后将回转轴(18)向下倾斜20度，布洒磨轮上端斜面；

第五步、焊料的布洒：保持磨轮匀速缓慢转动，在粘结剂上布洒焊料，首先布洒水平面，然后回转轴(18)右端向上倾斜30度，布洒磨轮凹面，最后将回转轴(18)向下倾斜20度，布洒磨轮上端斜面；

第六步、布料完成后，将分度胶带去掉，完成整个布料工艺。