專利名稱：釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置及布料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高鐵軌道板磨輪制造領(lǐng)域，具體涉及一種釬焊金剛石博格板磨輪布料裝置與方法。適用于大型、異形回轉(zhuǎn)件的釬焊超硬磨料布料工藝裝置。
背景技術(shù)：
我國正在大力發(fā)展高速鐵路，目前時速已經(jīng)達到350公里。為保證軌道線路的平順性、穩(wěn)定性和安全性，我國高速鐵路的鋼軌不是鋪設(shè)在普通的枕木上，而是鋪設(shè)在經(jīng)過機床精確打磨的軌道板——博格板上。博格板由德國博格公司發(fā)明，實際使用過程中博格板是一塊長6. 45米、高20厘米、重達9. 6噸的高強度、高致密度混凝土承軌臺。我國高速鐵路技術(shù)從德國博格公司引進并全部采用這種無砟軌道結(jié)構(gòu)類型。博格板承接鋼軌處需要磨削加工，包括兩個傾斜的側(cè)面、一個底面、底面與兩側(cè)面接壤處的兩個溝槽，組成一個復雜 的異形面，磨削余量2mm,磨削精度O. 1mm。2006年以前，世界上只有德國博格公司擁有能夠打磨這種軌道板的數(shù)控磨床與磨輪。為實現(xiàn)高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)的國產(chǎn)化，鐵道部提出磨床設(shè)備與磨輪國產(chǎn)化要求。目前，華東數(shù)控(威海)研制的博格板數(shù)控磨床已經(jīng)達到高速鐵路使用要求，到2010年2月底，華東數(shù)控已交付給鐵道部高鐵施工企業(yè)50余臺博格板數(shù)控磨床(價格約1440萬元/臺)。與華東數(shù)控博格板磨床配套的金剛石磨輪，起初全部從德國博格公司進口，電鍍工藝制作，為保證博格板磨削后的形面精度，磨輪工作面全部為單層金剛石磨料，磨輪形面精度由鋼基體保證。2008年我國天津嘉騏金剛石工具廠等幾家有實力的電鍍金剛石工具生產(chǎn)企業(yè)研制出這種電鍍金剛石磨輪，磨輪外形尺寸為Φ551.4 mm (最大外徑)X Φ 304. 8 mm (安裝孔徑)X200 mm (寬度),金剛石磨料通過電沉積鎳被固定在由圓錐面、半徑為8. 5mm的圓弧凸面、半徑為6mm的圓弧凹面和圓柱面組成的超大、異形表面上。國產(chǎn)電鍍金剛石磨輪在使用過程中暴露出一些讓高鐵軌道板生產(chǎn)企業(yè)無法忍受的通病，突出表現(xiàn)在(I)磨輪壽命低，國產(chǎn)磨輪的平均壽命只有德國電鍍金剛石磨輪的1/3，且穩(wěn)定性差，主要原因是國內(nèi)電鍍工藝不過關(guān)，圓弧凹面處的金剛石磨料固定不牢，極易脫落，也常出現(xiàn)電鍍層成片剝離導致加工無法進行的現(xiàn)象；(2)加工效率低，約為德國博格公司磨輪效率的1/2，國產(chǎn)磨輪因電鍍工藝缺陷使得金剛石磨料排布太密，容屑空間小，磨輪易堵塞打滑，不得不降低博格板進給速度；低(3)博格板廢品率高，因磨輪不穩(wěn)定導致博格板報廢的比例高達8 %，而德國博格公司的比例則低于0.5%。目前，90 %的博格板磨輪仍依賴進口。從根本上解決國產(chǎn)博格板磨輪存在的問題，實現(xiàn)國產(chǎn)化，取代進口，刻不容緩?；谝陨想婂兘饎偸└癜迥ポ喌娜秉c，國內(nèi)許多廠家開始研發(fā)新一代高鐵軌道板磨輪。傳統(tǒng)的金剛石工具多為電鍍、燒結(jié)制作。電鍍金剛石工具僅靠鍍層機械包埋鑲嵌金剛石磨料，在金剛石與鍍層界面上沒有結(jié)合強度。燒結(jié)金剛石工具是用金屬粉末與金剛石磨料顆?；旌蠅簤臒Y(jié)制成的，是靠金屬粉末合金化產(chǎn)生的燒結(jié)力對金剛石進行把持，對金剛石無浸潤亦無結(jié)合強度。這兩種工具的金剛石磨料在重負荷作業(yè)時都會因把持力不夠而過早脫落，磨料利用率低，工具壽命短。釬焊金剛石技術(shù)由于其獨特的優(yōu)勢開始被研究者注意。釬焊金剛石技術(shù)是指利用高溫熔化焊料將金剛石與基體焊接在一起的技術(shù)，由于金剛石與焊料之間是化學冶金結(jié)合，故結(jié)合強度高，因此相比于電鍍產(chǎn)品，釬焊金剛石磨粒可以出露70%以上，因此釬焊金剛石工具排屑空間大，使用鋒利，壽命長。如果將釬焊金剛石技術(shù)成功應用于博格板磨輪的制作，將會大幅提高磨輪效率與壽命。2010年以丹陽華昌工具有限公司為代表的相關(guān)廠家開始試制出利用釬焊金剛石的方式制備博格板磨輪。其制作工藝與電鍍磨輪有所不同，是通過在磨輪基體上排布金剛石與磨料，然后進行真空釬焊或者激光釬焊。由于其具有高結(jié)合強度、磨料合理出露、磨料無附加熱損傷、結(jié)合劑耐磨性能良好、鋼基體無變形的特點，磨輪一經(jīng)試用，便取得了十分理想的效果。對于磨輪的制作工藝，關(guān)鍵的步驟是對磨輪表面進行布金剛石磨料以及焊料，但是由于高鐵軌道板磨輪基體(圖I)重約130kg，體積大，對其布料需要使基體回轉(zhuǎn)、傾斜，并 且在布料前需要對基體進行打磨清理，這些工序要求卻因為磨輪太重、太大而變得十分困難。無論是磨輪的沿軸向回轉(zhuǎn)運動，還是磨輪的起升、下降、傾斜，在沒有相關(guān)裝置輔助的情況下，僅依靠人力是幾乎不可能完成的。這也制約著釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪技術(shù)的推廣與應用，影響了生產(chǎn)產(chǎn)量與生產(chǎn)規(guī)模。目前，尚未有相關(guān)的成熟布料裝置能夠?qū)崿F(xiàn)從清理高鐵軌道板磨輪基體表面、到布金剛石、布焊料的整個工藝過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即是提供一種能夠通過特定的裝置，較好地完成高鐵軌道板磨輪的整個布料工藝過程。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于包括一支撐臺，在所述的支撐臺上設(shè)置有基座和一升降柱塞缸，在所述的基座上連接有一回轉(zhuǎn)軸，該回轉(zhuǎn)軸的一端與一步進電機連接，在回轉(zhuǎn)軸的另一端連接一用于固定磨輪內(nèi)孔的卡盤，在所述的步進電機與回轉(zhuǎn)軸之間還設(shè)置有聯(lián)軸器，所述的升降柱塞缸的輸出端連接在所述的回轉(zhuǎn)軸上，并位于所述的基座與卡盤中間。在所述的基座上設(shè)置有一旋轉(zhuǎn)軸，在該旋轉(zhuǎn)軸上固定有一連接平板該連接平板與所述的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；所述的升降柱塞缸的輸出端與所述的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接。在所述的回轉(zhuǎn)軸的上還設(shè)置有軸套、固定擋圈、彈性擋圈以及伸縮彈簧，其中軸套和固定擋圈位于所述的連接板的同側(cè)，彈性擋圈位于所述的連接板的另一側(cè)，所述的伸縮彈簧設(shè)置在卡盤與升降柱塞缸之間。所述的基座為兩個，所述的旋轉(zhuǎn)軸的兩端轉(zhuǎn)動的連接在兩個基座上。在所述的回轉(zhuǎn)軸的末端設(shè)置有一回轉(zhuǎn)軸連接盤，所述的卡盤固定在所述的與回轉(zhuǎn)軸連接盤上。在所述的連接平板和柱塞缸上裝有一對圓錐滾子軸承。高鐵軌道板磨輪布料工藝是將磨輪磨削外表面打磨處理干凈，然后在表面刷涂壓敏膠做為粘結(jié)劑，然后布金剛石磨料與焊料，由于粘結(jié)劑的作用，磨料與焊料便粘附于磨輪表面。做好的半成品便可以通過叉車將磨輪進入釬焊爐進行真空釬焊。
本發(fā)明釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪的布料方法，包括以下步驟
第一步、張開卡盤卡爪，使卡爪同時張緊磨輪內(nèi)孔；
第二步、轉(zhuǎn)動卡盤，利用電機帶動磨輪轉(zhuǎn)動，清理磨輪基體表面；
第三步、清理完成后，在基體表面分布貼膠帶，并在膠帶空白處刷涂粘結(jié)劑；
第四步、磨料的布灑保持磨輪勻速緩慢轉(zhuǎn)動，在粘結(jié)劑上布灑磨料，首先布灑水平面，然后回轉(zhuǎn)軸右端向上傾斜回轉(zhuǎn)軸30度，布灑磨輪凹面，最后將回轉(zhuǎn)軸向下傾斜20度，布灑磨輪上端斜面；
第五步、焊料的布灑持磨輪勻速緩慢轉(zhuǎn)動，在粘結(jié)劑上布灑焊料，首先布灑水平面，然后回轉(zhuǎn)軸右端向上傾斜回轉(zhuǎn)軸30度，布灑磨輪凹面，最后將回轉(zhuǎn)軸向下傾斜20度，布灑磨輪上端斜面；
第六步、布料完成后，將分度膠帶去掉，完成整個布料工藝?！づc現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明布料裝置通過卡盤固定磨輪，并在卡盤的回轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個可以調(diào)整回轉(zhuǎn)軸傾斜度的升降柱塞缸，從而解決了本發(fā)明復雜表面布料的難題。本發(fā)明的優(yōu)點是1、結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。鋼架結(jié)構(gòu)可焊接聯(lián)結(jié)，構(gòu)件多為標準件，易于裝配。2、裝置占用空間小，機動靈活。雖然磨輪體積大，重量大，但本裝置在占用較小空間的情況下實現(xiàn)了布料功能，節(jié)約空間成本。3、成本低，操作簡單，易于推廣，適合工業(yè)化生產(chǎn)使用。


圖I是本發(fā)明布料的對象高鐵軌道板磨輪基體的結(jié)構(gòu)圖。圖2是裝夾架主視圖。圖3是裝夾架俯視圖。圖4是高鐵軌道板磨輪基體夾板。圖5是布料裝置主視圖。圖6是布料裝置左視圖。圖7是布料裝置俯視圖。圖中1——裝夾桿，2——大三角架，3——轉(zhuǎn)動軸，4——軸承，5——連接桿，6—移動架，7—滾輪，8—支撐桿，9—小三角架，10—磨輪上夾板，11—螺栓與螺母，12——磨輪下夾板，13——連接螺紋孔，14——基座，15——基座支承臺，16——升降柱塞缸，17——三爪卡盤，18——回轉(zhuǎn)軸，19——步進電機，20——回轉(zhuǎn)軸連接盤，21——堅固螺釘，22——聯(lián)軸器，23——伸縮彈簧，24——軸套，25——旋轉(zhuǎn)軸，26——軸承，27——軸承，28——連接平板，29——固定擋圈，30——彈性擋圈，31——圓錐滾子軸承，32——圓錐滾子軸承，33——固定銷孔。
具體實施例方式 由于磨輪磨削表面為異型回轉(zhuǎn)曲面(圖1)，因此，在布料的過程中為了配合布料過程，磨輪需要有回轉(zhuǎn)、傾斜動作，才能保證布料均勻。為了實現(xiàn)以上動作，本發(fā)明所設(shè)計的布料裝置包括基座14，基座支承臺15，升降柱塞缸16，三爪卡盤17，回轉(zhuǎn)軸18以及步進電機19，其中卡盤17采用三爪卡盤。柱塞缸16可采用液壓系統(tǒng)行程可調(diào)柱塞缸，兩端用鉸鏈與外部聯(lián)接。三爪卡盤17用于固定裝夾磨輪基體，卡盤與回轉(zhuǎn)軸連接盤20用六個堅固螺釘21連接?；剞D(zhuǎn)軸18的回轉(zhuǎn)運動由步進電機19控制，步進電機1922聯(lián)接。通過操控步進電機19來實現(xiàn)磨輪基體高速回轉(zhuǎn)、低速回轉(zhuǎn)、停止三個動作?；剞D(zhuǎn)軸的支承是由兩個基座支撐臺15支承，以及柱塞缸16輔助支承完成?；剞D(zhuǎn)軸的傾斜運動由柱塞缸16的升降以及伸縮彈簧23以及軸套24、固定擋圈29、彈性擋圈30實現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)軸右端向上傾斜由軸套24與固定擋圈29進行軸向固定，向下傾斜由彈性擋圈30以及伸縮彈簧23進行軸向固定，磨輪向下傾斜時內(nèi)部可用三根固定銷穿過固定銷孔33進行固定。兩支承臺15之間有一旋轉(zhuǎn)軸25，兩端為軸承26、軸承27固定支承。此旋轉(zhuǎn)軸25旋轉(zhuǎn)便可帶動軸上焊接的連接平板28轉(zhuǎn)動，連接平板28上與柱塞缸(16)上裝有一對圓錐滾子軸承31、32，用以承受軸向力與徑向力的軸向定向，同時使回轉(zhuǎn)軸完成回 轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)軸的傾斜角度由柱塞缸16的行程以及柱塞缸16與支承臺15之間的距離決定，滿足傾斜范圍±30°即可。為了便于磨輪安裝在卡盤上，本發(fā)明還設(shè)計了裝夾架以及磨輪夾板。其中裝夾架包括裝夾桿1，由轉(zhuǎn)動軸3支撐，裝夾桿I上焊有小三角架9，小三角架9最頂端為槽鋼，帶有兩小孔，用于與磨輪夾板連接。轉(zhuǎn)動軸3的兩端為滾動軸承4，它由兩大三角鋼架2與支撐桿8共同支撐，大三角架2與支撐桿8焊接在移動架6上，兩移動架之間用連續(xù)桿5連接固定，移動架6下端有滾輪7帶動移動架移動。磨輪夾板由上夾板10與下夾板12夾緊，兩者用螺桿11固定。上夾板為圓形厚板，下夾板為長方形厚板方便從磨輪內(nèi)孔中取出。在上夾板10上開有兩對稱螺紋孔13，用于與裝夾架的兩小孔配合?，F(xiàn)對一只新的磨輪基體進行裝夾布料?；w尺寸如圖I所示。其裝夾與布料工藝如下所示。①將高鐵軌道板磨輪基體置于一液壓叉車架上，并將磨輪夾板中的下夾板與螺栓置于磨輪內(nèi)部，并用墊塊從下頂起。②將磨輪夾板的上夾板置于磨輪上端，對準螺紋內(nèi)孔位置，擰緊螺母。③推裝夾架至叉車架上方，裝夾桿垂直，對準磨輪夾板上夾板的兩螺紋孔位置，將裝夾桿與磨輪夾板固定連接。④利用杠桿原理用裝夾桿將磨輪水平舉起，推至布料裝置處。⑤將磨輪下端推至三爪卡盤卡爪外側(cè)，張開卡爪，使三只卡爪同時張緊磨輪內(nèi)孔。⑥固定后，松開裝夾桿，帶有磨輪夾板的磨輪便固定安裝在布料裝置上。⑦轉(zhuǎn)動三爪卡盤，利用電機帶動磨輪轉(zhuǎn)動，然后用80目以及200目砂輪單向打磨基體表面，清楚雜質(zhì)與銹跡。然后酒精或者丙酮去油清洗磨輪基體表面，用干凈抹布擦干。⑧清理完成后，在基體表面分布貼膠帶，將磨輪等分85段，膠帶傾角60度。并在膠帶空白處刷涂粘結(jié)劑。粘結(jié)劑為壓敏膠，可粘附金剛石與焊料。⑨保持磨輪勻速緩慢轉(zhuǎn)動，在粘結(jié)劑上用篩網(wǎng)布灑粒度區(qū)間在25目至50目的高品級金剛石，首先布灑磨輪圓柱水平面，然后回轉(zhuǎn)軸右端向上傾斜回轉(zhuǎn)軸30度，布灑磨輪凹面，布灑完畢后，再將回轉(zhuǎn)軸向下傾斜20度，布灑磨輪上端斜面。即可完成磨輪整體表面磨料布灑。⑩焊料的布灑同步驟9，焊料粒度80目。布料完成后，將分度膠帶去掉，完成整個布料工藝。
將裝夾桿與磨輪上夾板用螺栓連接。松開三爪卡盤，拉動裝夾架，取下布料后的高鐵軌道板磨輪。用裝夾架將磨輪放置至叉車上，并卸下裝夾架。卸下磨輪夾板。起升叉車，進真空爐釬焊。·
權(quán)利要求
1.一種釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于包括一支撐臺(15)，在所述的支撐臺(15)上設(shè)置有基座(14)和一升降柱塞缸(16)，在所述的基座(14)上連接有一回轉(zhuǎn)軸(18)，該回轉(zhuǎn)軸(18)的一端與一步進電機(19)連接，在回轉(zhuǎn)軸(18)的另一端連接一用于固定磨輪內(nèi)孔的卡盤(17)，在所述的步進電機(19)與回轉(zhuǎn)軸(18)之間還設(shè)置有聯(lián)軸器(22)，所述的升降柱塞缸(16)的輸出端連接在所述的回轉(zhuǎn)軸(18)上，并位于所述的基座(14)與卡盤(17)中間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于在所述的基座上設(shè)置有一旋轉(zhuǎn)軸(25)，在該旋轉(zhuǎn)軸(25)上固定有一連接平板(28)，該連接平板(28)與所述的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；所述的升降柱塞缸(16)的輸出端與所述的回轉(zhuǎn)軸(18)轉(zhuǎn)動連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于在所述的回轉(zhuǎn)軸的上還設(shè)置有軸套(24)、固定擋圈(29)、彈性擋圈(30)以及伸縮彈簧(23)，其中軸套(24)和固定擋圈(29)位于所述的連接板的同側(cè)，彈性擋圈(30)位于所述的連接板的另一側(cè)，所述的伸縮彈簧(23)設(shè)置在卡盤與升降柱塞缸(16)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于所述的基座(14)為兩個，所述的旋轉(zhuǎn)軸(25)的兩端轉(zhuǎn)動的連接在兩個基座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于在所述的回轉(zhuǎn)軸的末端設(shè)置有一回轉(zhuǎn)軸連接盤(2)，所述的卡盤(17)固定在所述的與回轉(zhuǎn)軸連接盤(20)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置，其特征在于在所述的連接平板(28)和柱塞缸(16)上裝有一對圓錐滾子軸承。
7.一種基于權(quán)利要求I所述的釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置的布料方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、張開卡盤卡爪，使卡爪同時張緊磨輪內(nèi)孔； 第二步、轉(zhuǎn)動卡盤，利用電機帶動磨輪轉(zhuǎn)動，清理磨輪基體表面； 第三步、清理完成后，在基體表面分布貼膠帶，并在膠帶空白處刷涂粘結(jié)劑； 第四步、磨料的布灑保持磨輪勻速緩慢轉(zhuǎn)動，在粘結(jié)劑上布灑磨料，首先布灑水平面，然后回轉(zhuǎn)軸右端向上傾斜回轉(zhuǎn)軸30度，布灑磨輪凹面，最后將回轉(zhuǎn)軸向下傾斜20度，布灑磨輪上端斜面； 第五步、焊料的布灑持磨輪勻速緩慢轉(zhuǎn)動，在粘結(jié)劑上布灑焊料，首先布灑水平面，然后回轉(zhuǎn)軸右端向上傾斜回轉(zhuǎn)軸30度，布灑磨輪凹面，最后將回轉(zhuǎn)軸向下傾斜20度，布灑磨輪上端斜面； 第六步、布料完成后，將分度膠帶去掉，完成整個布料工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種釬焊金剛石高鐵軌道板磨輪布料裝置及布料方法，其中布料裝置包括一支撐臺，在所述的支撐臺上設(shè)置有基座和一升降柱塞缸，在所述的基座上連接有一回轉(zhuǎn)軸，該回轉(zhuǎn)軸的一端與一步進電機連接，在回轉(zhuǎn)軸的另一端連接一用于固定磨輪內(nèi)孔的卡盤，在所述的步進電機與回轉(zhuǎn)軸之間還設(shè)置有聯(lián)軸器，所述的升降柱塞缸的輸出端連接在所述的回轉(zhuǎn)軸上，并位于所述的基座與卡盤中間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明布料裝置通過卡盤固定磨輪，并在卡盤的回轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個可以調(diào)整回轉(zhuǎn)軸傾斜度的升降柱塞缸，從而解決了本發(fā)明復雜表面布料的難題。
文檔編號B24D18/00GK102896591SQ201210353310
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者肖冰, 王波, 張子煜, 段端志 申請人:南京航空航天大學