[发明专利]高铁轨道板钎焊金刚石磨轮地貌优化方法

说明书

技术领域

本发明属于高铁轨道板磨轮制造领域，涉及一种高铁轨道板钎焊金刚石磨轮地貌优化方法，适用于单层钎焊超硬磨料回转型工具的磨料排布与优化。

背景技术

我国目前大力发展高速铁路，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，我国高速铁路技术全部采用这种无砟轨道结构类型博格板。它是一块长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。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2～3mm，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（最大外径）（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博格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；（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博格板磨轮。传统的金刚石工具多为电镀、烧结制作。其中，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。钎焊金刚石技术利用高温熔化焊料将金刚石与基体焊接在一起，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，便取得了不错的效果。

无论是电镀金刚石博格板磨轮还是钎焊金刚石博格板磨轮，两者在外形尺寸上基本一致，均能正常实现磨削博格板去除余量的功能。但对于博格板磨轮表面的金刚石布料地貌，市场上未有一个统一的标准出现，亦未有相关对博格板磨轮地貌研究报道。所述的地貌是指在超硬磨料在磨轮整个工作轮廓表面的排布形貌。