CN102172900B - 一种无砟板磨轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磨削、抛光或刃磨用的工具加工制造领域，具体涉及一种无砟板磨轮的制造方法。无砟板磨轮由钢基体、钎焊合金、金刚石组成，钎焊合金所含成分重量比：Si：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Co：2％-8％，WC：0.5％-10％，其余为镍，其熔点为950℃，金属粉混匀后加入WC混匀，在磨轮工作面上涂抹上一层胶，将上述钎焊合金粉末洒在胶面上，随后洒上30-50目的金刚石磨粒，钎焊合金用量是金刚石用量的2-4倍，之后放入真空炉分5段加热烧结，最后随炉缓慢冷却至室温出炉。本方法生产的无砟板磨轮，金刚石和基体结合强度高，金刚石受力不易脱落；金刚石热损伤小，不易破碎，寿命长。
Description
技术领域
本发明属于磨削、抛光或刃磨用的工具加工制造领域，具体涉及一种打磨无砟板磨轮的制造方法。
背景技术
无砟板是用于无砟轨道的一块长6.45米、高20厘米、重达9.6吨的混凝土承轨台，每一块的长、宽、高误差都被严格控制在3毫米以内。实际上，每块无砟板就相当于连成一体的10块枕木。无砟板全部铺设完成后，钢轨就被直接固定在无砟板上。与普通有砟轨道相比，无砟板铺设的线路平顺性、稳定性、安全性都有较大提高，从而满足列车高速行驶的需要，同时还能明显降低列车行驶产生的燥音。
无砟板磨轮是对无砟轨道板进行打磨的一个重要的专用工具，其性能和质量对无砟板的最终质量有决定性的影响。国内外现在通用的无砟板磨轮生产均采用电镀工艺，电镀工艺是通过电沉积把金刚石固定在基体表面，两者之间只是机械的结合，金刚石露出高度低，结合强度弱，在工作过程排屑困难，锋利度低，金刚石受力容易脱落；工具寿命短，每对磨轮打磨无砟板的数量在150块左右。
上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用金刚石表面涂覆某些过渡族元素(如Ti、Cr、W等)，并与其发生化学反应在表面形成碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合，从而实现金刚石表面金属化，这就是金刚石钎焊的原理。从已发表的专利和文章中可以看出，目前用于金刚石钎焊的钎焊剂主要采用镍、铬、硼、硅或锡和镍等金属或合金；例如：中国发明专利ZL01129563.5“镍基硬钎焊合金”中的钎焊剂采用含镍、铬、硼、硅的钎焊合金，中国发明专利ZL200710102635.2“含锡和镍的铜-磷钎焊合金”采用的合金是4.8-7.5wt％磷，0.2-7.0wt％锡，0.2-6.0wt％镍和余量的铜。采用上述结合剂可实现钎料金属与母体材料-金刚石-钢基体之间的化学结合，这些钎焊合金具有良好的浸润性；但上述钎焊剂均有脆性，结合强度较低，不适宜这种大规格的磨轮磨块的钎焊制作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大磨轮(磨轮的钢基体外径大于300mm，小于1000mm)的制造方法，特别是一种无砟板磨轮的制造方法。该方法实现了金刚石、钎焊合金、钢基体三者牢固的化学冶金结合，在真空保护下其钎焊温度在1100℃以内进行，以防止钢基体的变形及金刚石性能的降低；钎焊合金均匀的浸润金刚石到1/3高度，产品的外径公差在高度方向上控制在±0.1mm，从而保证金刚石的有效使用。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种无砟板磨轮的制造方法，包括如下步骤：
1)钎焊合金粉末的制备：钎焊合金粉末按照以下的质量百分比配制：Si：10-20、Cr：10-20、Fe：10-20、Co：2-8、WC：0.5-10、其余为Ni；该粉末粒度为100-300目；
2)布料：在磨轮工作面上涂抹上一层胶，将上述钎焊合金粉末洒在胶面上，随后洒上30-50目的金刚石磨粒，钎焊合金粉末用量是金刚石磨粒用量的2-4倍(重量比)；
3)真空保护下钎焊烧结：金刚石磨粒与钢基体在钎焊合金的作用下放入真空炉钎焊烧结，烧结温度在1100℃以内分段升温烧结，使钎焊合金能均匀的浸润金刚石到1/3高度，保证产品的外径公差在高度方向上控制在±0.1mm范围内。
所述钎焊合金粉末由基础粉末和WC粉末组成，其中的WC在基础粉末配制好后加入混匀。
所述钎焊合金粉末中WC的粒度小于或等于基础粉末粒度。
所述胶的成分为WS-120胶20-30％，异丙醇40-60％，丙酮10-20％(重量百分比)。
30-40目的金刚石磨粒与100-200目的钎焊合金粉末相配；40-50目的金刚石磨粒与200-300目的钎焊合金粉末相配。
烧结炉真空度为10-3-10-2mpa。
所述无砟板磨轮的烧结过程为：将布好金刚石磨粒及钎焊合金粉末的无砟板磨轮放入真空烧结炉中，烧结炉真空度保持在10-3-10-2mpa，把烧结温度分成5段，第1段：加热至600-800℃，升温时间1-3小时，保温20-60分钟；第2段：升温至700-900℃，升温时间1-3小时，保温20-60分钟；第3段：升温至800-950℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；第4段：升温至950-1000℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；第5段：升温至1000-1050℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；最后随炉缓慢冷却至500℃，通氮气继续冷却至室温出炉。
所述无砟板磨轮的钢基体外径大于300mm，小于1000mm。
与现有技术相比，本发明提供的一种无砟板磨轮的制造方法在使用的钎焊合金中加入了大量的Fe、Co、Cr，使得钎焊合金950℃开始融化，1015基本融化完全。铁(Fe)对金刚石的浸润性较好，且成本低，钴(Co)可以与金刚石界面形成冶金联结作用，提高金刚石的把持力；铬(Cr)能降低结合剂的熔点，另外在钎焊合金中添加少量的碳化钨(WC)，可以防止钎焊料在高温下溶化后任意流淌，使钎焊料能均匀的浸润金刚石到1/3高度。综上，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种无砟板磨轮的制造方法所使用的钎焊合金具有熔点低、强度高、熔蚀小以及抗腐蚀的优点；通过对钎焊料和金刚石颗粒粒度的限制，保证产品的外径公差在高度方向上控制在±0.1mm。由于整个钎焊过程在真空保护下进行，金刚石热损伤小，金刚石和基体结合强度高，使用过程金刚石受力不易破碎，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的结构示意图。
附图标记
1钢基体
2金刚石
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明实施例：
如图所示，本发明提供了一种无砟板磨轮的制造方法，其中的无砟板磨轮包括钢基体、钎焊合金和金刚石，其具体制造步骤如下：
实施例1
1)钎焊合金的制作：钎焊合金按照以下的质量百分比配制：Si：10％、Cr：8％、Fe：5％、Co：3％、Ni：69％、WC：5％，200目以细的钎焊合金和300目以细的WC在一起混合均匀，其中WC在基础粉末配制好后加入混匀；
2)布料：基体工作面上均匀地粘涂上胶，随后在胶面上洒上钎焊合金，最后在钎料合金表面布上一层金刚石，金刚石用量控制W±1g，钎焊合金用量是金刚石用量的3倍<重量比>；
3)真空保护下钎焊烧结：将布好金刚石及钎焊合金的无砟板磨轮放入真空烧结炉中，烧结炉真空度保持在10-3-10-2mpa；烧结温度分成5段。第1段：加热至700℃，升温时间2小时，保温30分钟；第2段：升温至850℃，升温时间2小时，保温30分钟；第3段：升温至920℃，升温时间30分钟，保温30分钟；第4段：升温至1020℃，升温时间30分钟，保温40分钟；第5段：升温至1050℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；最后随炉缓慢冷却至500℃，通氮气继续冷却至室温出炉。
实施例2
1)钎焊合金的制作：钎焊合金按照以下的质量百分比配制：Si：20％、Cr：10％、Fe：15％、Co：5％、Ni：45％、WC：5％，100-200目的钎焊合金和200目的WC在一起混合均匀，其中WC在基础粉末配制好后加入混匀；
2)布料：基体工作面上均匀地粘涂上胶，随后在胶面上洒上钎焊合金，钎料合金表面布上一层金刚石，金刚石用量控制W±1g，钎焊合金用量是金刚石用量的2倍<重量比>；
3)真空保护下钎焊烧结：将布好金刚石及钎焊合金的无砟板磨轮放入真空烧结炉中，烧结炉真空度保持在10-3-10-2mpa；烧结温度分成5段。第1段：加热至600℃，升温时间2小时，保温30分钟；第2段：升温至800℃，升温时间2小时，保温40分钟；第3段：升温至900℃，升温时间40分钟，保温30分钟；第4段：升温至950℃，升温时间30分钟，保温40分钟；第5段：升温至1000℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；最后随炉缓慢冷却至500℃通氮气继续冷却，至室温出炉。。
最后要说明的是，上述的实施例乃是为了方便说明本发明，并非用以限制本发明的范围。凡依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种无砟板磨轮的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）钎焊合金粉末的制备：钎焊合金粉末按照以下的质量百分比配制：Si：10-20、Cr：10-20、Fe：10-20、Co：2-8、WC：0.5-10、其余为Ni；该粉末粒度为100-300目；
2）布料：在磨轮工作面上涂抹上一层胶，将上述钎焊合金粉末洒在胶面上，随后洒上30-50目的金刚石磨粒，按重量比钎焊合金粉末用量是金刚石磨粒用量的2-4倍；
3）真空保护下钎焊烧结：金刚石磨粒与钢基体在钎焊合金粉末的作用下放入真空炉钎焊烧结，烧结温度在1100℃以内分段升温烧结，使钎焊合金粉末能均匀的浸润金刚石磨粒到1/3高度，保证产品的外径公差在高度方向上控制在±0.1mm范围内。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述钎焊合金粉末由基础粉末和WC粉末组成，其中的WC在基础粉末配制好后加入混匀。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述钎焊合金粉末中WC的粒度小于或等于基础粉末粒度。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述胶的成分按重量百分比为WS-120胶20-30%，异丙醇40-60%，丙酮10-20%。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：30-40目的金刚石磨粒与100-200目的钎焊合金粉末相配；40-50目的金刚石磨粒与200-300目的钎焊合金粉末相配。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：烧结炉真空度为10-3-10-2mpa。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述无砟板磨轮的烧结过程为：将布好金刚石磨粒及钎焊合金粉末的无砟板磨轮放入真空烧结炉中，烧结炉真空度保持在10-3-10-2mpa，把烧结温度分成5段，第1段：加热至600-800℃，升温时间1-3小时，保温20-60分钟；第2段：升温至700-900℃，升温时间1-3小时，保温20-60分钟；第3段：升温至800-950℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；第4段：升温至950-1000℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；第5段：升温至1000-1050℃，升温时间20-60分钟，保温20-60分钟；最后随炉缓慢冷却至500℃，通氮气继续冷却至室温出炉。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述无砟板磨轮的钢基体外径大于300mm，小于1000mm。
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