CN108098603A - 一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其制备方法，它是由如下原料制成：CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂；它的制备方法包括以下步骤：（1）按照上述配比称取金刚石粉末、CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂，再加入粘结剂，混合，过筛，获得成型料；（2）压制：将成型料均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，冷却出模后得砂轮坯体；然后干燥、烧结、加工检验、包装、入库，制得成品。该砂轮能够有效地提高其强度、自锐性能和磨削性能，从而相应提高了其切割的稳定性和切割效率。

Description

一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其 制备方法
技术领域
本发明属于砂轮制造技术领域，具体涉及一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其制备方法。
背景技术
公知的，钢轨是轨道交通的基础工程，钢轨在客运专线、客货线、重载铁路线及城市轨道线运输中经过长时间使用会出现侧磨、疲劳和波磨等缺陷。目前国内铁路工务部门关于钢轨的维护，普遍采用大型养路打磨列车进行打磨作业。打磨列车普遍在野外作业，其环境相对恶劣，对打磨列车专用砂轮的要求也较为苛刻；目前，国内外所使用的打磨砂轮均为普通磨料树脂砂轮，传统砂轮在使用过程产生的刚玉粉末、填料粉末、树脂高温炭化，造成烟尘四溢，气味刺鼻，对铁道周边环境及操作人员都有很大影响，特别在隧道、地铁及北方冬季环境下，粉尘及烟味特别不易消除。同时传统观砂轮由于其磨料硬度及结构强度局限打磨列车打磨质量、打磨效率的提高，特别在我国高铁及其它轨道交通快速发展的今天，采用超硬磨料制备环保性高效率、高打磨质量的打磨列车专用砂轮显得尤为迫切。采用超硬磨料金属陶瓷结合剂打磨列车专用砂轮，由于其磨料及结合剂的优良性能，其砂轮转速可以达到传统砂轮转速的2倍以上，其耐用度可以达到传统砂轮的10倍以上，并且其具有比陶瓷结合剂更优秀的抗冲击性，适用于更苛刻的打磨列车环境。
关于钢轨打磨列车专用砂轮称谓，行业也有称作为磨石。
发明内容
为了克服背景中传统砂轮的不足，本发明公开了一种含有超硬材料金属陶瓷结合剂打磨列车专用砂轮及其制备方法，所述的砂轮具有高强度、高转速、高抗冲击性，良好的自锐性能和磨削性能，以及优良的环保性能，是钢轨打磨列车用砂轮的重点发展方向。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料40~75、金属结合剂5~15、辅助磨料2~20、陶瓷结合剂25~45、固体润滑剂2~10和造孔剂5~15。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料42、金属结合剂10、辅助磨料15、陶瓷结合剂40、固体润滑剂3和造孔剂10。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉30~50、Sn粉10~30、Ti混合粉5~19和Ni粉 5~25。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 40~75、Al2O3 5~15、B2O3 5~15、Na2O 5~20、ZnO 1.5~5、Li2O3~8和ZrO2 2~10。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述辅助磨料为锆刚玉和白刚玉中的至少一种。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述固体润滑剂为聚四氟乙烯和六方氮化硼中的至少一种。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述造孔剂为氧化铝空心球、碳球或CaCO3。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，所述Ti混合粉末为Ti粉与TiH2按照任意比例混合。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂打磨列车专用砂轮，所述CBN磨料的粒度为180~300μm。
根据上述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮的制备方法，包括以下步骤：
第一步 陶瓷结合剂的预制
（1）按照上述配比称取原料SiO2 、Al2O3、B2O3、Na2O、ZnO、Li2O和ZrO2 得到配合料； （2）将步骤（1）的配合料以6～9℃/分钟的升温速率升温至600℃；然后以3～6℃/分钟的升温速率升温至820℃；然后保温30min得到熔融态陶瓷结合剂； （3）将步骤（2）的熔融态陶瓷结合剂水淬后进行湿磨，然后烘干、气流粉碎后、筛分得到陶瓷结合剂；
第二步 金属结合剂的预制
按照上述配比称取铜粉、Sn粉、Ti混合粉和Ni粉混合均匀得到金属结合剂；
第三步 混料
（1）按照上述配比称取CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂，再加入原料总重量的2~3％粘结剂，混合2～3小时，过200～300目筛，获得成型料；
（2）压制：将成型料均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模冷压，压力为10～25MPa，保压5～15S，出模后得砂轮坯体；
（3）干燥：将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内70℃～90℃温度下干燥12～24h；
（4）烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2～3℃/min升温至450℃，保温20～30min，再以2℃/min升温至650℃～850℃，保温20～40min，随炉冷却至室温，取出；
（5）加工检验：将烧结后的砂轮坯体在磨床上加工后，用改性环氧树脂胶粘结在基体上，检验合格后包装、入库，制得成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所述的打磨列车专用砂轮不但强度高，可用转速高，抗冲击性能强，而且其自锐性能和磨削性能优秀；所述的砂轮能够与国内外打磨列车配套使用，其不但打磨效率高，消耗小，不损伤钢轨，可适应苛刻打磨列车环境，而且其钢轨打磨面的质量能够完全符合铁道部标准，同时其环保节能，无烟尘，工作环境好。
具体实施方式
实施例1：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料40~75、金属结合剂5~15、辅助磨料2~20、陶瓷结合剂25~45、固体润滑剂2~10和造孔剂5~15；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉30~50、Sn粉 10~30、Ti混合粉 5~19和Ni粉 5~25；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 40~75、Al2O3 5~15、B2O3 5~15、Na2O 5~20、ZnO 1.5~5、Li2O 3~8和ZrO2 2~10；辅助磨料为锆刚玉和白刚玉中的至少一种；所述固体润滑剂为聚四氟乙烯和六方氮化硼中的至少一种；所述造孔剂为氧化铝空心球、碳球或CaCO3。
所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮的制备方法，包括以下步骤：
第一步 陶瓷结合剂的预制
（1）按照上述配比称取原料SiO2 、Al2O3、B2O3、Na2O、ZnO、Li2O和ZrO2 得到配合料； （2）将步骤（1）的配合料以6～9℃/分钟的升温速率升温至600℃；然后以3～6℃/分钟的升温速率升温至820℃；然后保温30min得到熔融态陶瓷结合剂； （3）将步骤（2）的熔融态陶瓷结合剂水淬后进行湿磨，然后烘干、气流粉碎后、筛分得到陶瓷结合剂；
第二步 金属结合剂的预制
按照上述配比称取铜粉、Sn粉、Ti混合粉和Ni粉混合均匀得到金属结合剂；
第三步 混料
（1）按照上述配比称取CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂，再加入原料总重量的2~3％粘结剂，混合2～3小时，过200～300目筛，获得成型料；
（2）压制：将成型料均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模冷压，压力为10～25MPa，保压5～15S，出模后得砂轮坯体；
（3）干燥：将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内70℃～90℃温度下干燥12～24h；
（4）烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2～3℃/min升温至450℃，保温20～30min，再以2℃/min升温至650℃～850℃，保温20～40min，随炉冷却至室温，取出；
（5）加工检验：将烧结后的砂轮坯体在磨床上加工后，用改性环氧树脂胶粘结在基体上，检验合格后包装、入库，制得成品。
实施例2：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料42、金属结合剂10、辅助磨料15、陶瓷结合剂40、固体润滑剂3和造孔剂10；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉30、Sn粉 30、Ti混合粉5和Ni粉25；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 50、Al2O3 15、B2O3 5、Na2O 20、ZnO 1.5、Li2O 8和ZrO2 2；辅助磨料为锆刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为氧化铝空心球。
所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮的制备方法，包括以下步骤：
第一步 陶瓷结合剂的预制
（1）按照上述配比称取原料SiO2 、Al2O3、B2O3、Na2O、ZnO、Li2O和ZrO2 得到配合料； （2）将步骤（1）的配合料以8℃/分钟的升温速率升温至600℃；然后以5℃/分钟的升温速率升温至820℃；然后保温30min得到熔融态陶瓷结合剂； （3）将步骤（2）的熔融态陶瓷结合剂水淬后进行湿磨，然后烘干、气流粉碎后、筛分得到陶瓷结合剂；
第二步 金属结合剂的预制
按照上述配比称取铜粉、Sn粉、Ti混合粉和Ni粉混合均匀得到金属结合剂；
第三步 混料
（1）按照上述配比称取CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂，再加入原料总重量的2％粘结剂，混合3小时，过200目筛，获得成型料；
（2）压制：将成型料均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模冷压，压力为25MPa，保压5S，出模后得砂轮坯体；
（3）干燥：将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内80℃温度下干燥24h；
（4）烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2℃/min升温至450℃，保温20min，再以2℃/min升温至70℃，保温300min，随炉冷却至室温，取出；
（5）加工检验：将烧结后的砂轮坯体在磨床上加工后，用改性环氧树脂胶粘结在基体上，检验合格后包装、入库，制得成品。
实施例3：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料50、金属结合剂5、辅助磨料20、陶瓷结合剂25、固体润滑剂10和造孔剂5；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉35、Sn粉28、Ti混合粉 16和Ni粉 8；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 75、Al2O3 5、B2O3 15、Na2O 5、ZnO 5、Li2O3和ZrO2 10；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为六方氮化硼，造孔剂为碳球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例4：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料60、金属结合剂6、辅助磨料18、陶瓷结合剂28、固体润滑剂6和造孔剂8；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉36、Sn粉26、Ti混合粉8和Ni粉22；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 60、Al2O3 12、B2O3 6、Na2O 18、ZnO 2、Li2O 6和ZrO2 9；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为六方氮化硼，造孔剂为CaCO3。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例5：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料75、金属结合剂7、辅助磨料16、陶瓷结合剂30、固体润滑剂8和造孔剂6；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉34、Sn粉26、Ti混合粉18和Ni粉 22；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 70、Al2O3 13、B2O3 12、Na2O 14、ZnO 3、Li2O 6和ZrO2 8；辅助磨料为锆刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为氧化铝空心球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例6：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料70、金属结合剂8、辅助磨料14、陶瓷结合剂35、固体润滑剂8和造孔剂8；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉40、Sn粉 20、Ti混合粉 17和Ni粉20；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 40、Al2O3 10、B2O3 10、Na2O 8、ZnO 3、Li2O 6和ZrO2 3；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为六方氮化硼，造孔剂为CaCO3。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例7：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料68、金属结合剂7、辅助磨料19、陶瓷结合剂30、固体润滑剂5和造孔剂12；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉40、Sn粉 20、Ti混合粉 14和Ni粉8；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 65、Al2O3 9、B2O3 8、Na2O 12、ZnO 6、Li2O 5和ZrO2 8；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为氧化铝空心球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例8：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料55、金属结合剂15、辅助磨料2、陶瓷结合剂38、固体润滑剂5和造孔剂15；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉35、Sn粉 25、Ti混合粉 8和Ni粉22；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 70、Al2O3 12、B2O3 14、Na2O 18、ZnO1.5、Li2O 6和ZrO2 3；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为六方氮化硼，造孔剂为碳球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例9：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料45、金属结合剂9、辅助磨料4、陶瓷结合剂45、固体润滑剂8和造孔剂8；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉50、Sn粉 20、Ti混合粉16和Ni粉20；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 70、Al2O3 12、B2O3 8、Na2O 6、ZnO 3、Li2O 6和ZrO2 8；辅助磨料为锆刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为CaCO3。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例10：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料54、金属结合剂14、辅助磨料16、陶瓷结合剂30、固体润滑剂2和造孔剂12；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉40、Sn粉 20、Ti混合粉16和Ni粉20；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 70、Al2O3 10、B2O3 12、Na2O 18、ZnO 3、Li2O 5和ZrO2 6；辅助磨料为白刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为氧化铝空心球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例11：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料62、金属结合剂8、辅助磨料16、陶瓷结合剂30、固体润滑剂3和造孔剂12；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉40、Sn粉20、Ti混合粉 8和Ni粉20；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 65、Al2O3 10、B2O3 8、Na2O 14、ZnO 2、Li2O 6和ZrO2 8；辅助磨料为锆刚玉，固体润滑剂为聚四氟乙烯，造孔剂为氧化铝空心球。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
实施例12：
本发明提供了一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料55、金属结合剂6、辅助磨料15、陶瓷结合剂39、固体润滑剂10和造孔剂8；所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉45、Sn粉 20、Ti混合粉 12和Ni粉16；所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 60、Al2O3 12、B2O3 10、Na2O 6、ZnO 3、Li2O 5和ZrO2 8；辅助磨料为锆刚玉，固体润滑剂为六方氮化硼，造孔剂为CaCO3。
本实施例的制备方法与实施例2相同。
本试验对实施例1-12所得的砂轮进行了磨削性能检测。以打磨列车专用砂轮试验台进行仿真打磨，磨削U71Mn钢轨，砂轮转速：50m/s，磨削量：0.08mm，试验效果如下表：
表1 砂轮打磨测试结果
项目 粗糙度（μm） 烧伤 寿命（h） 环境影响
进口树脂打磨砂轮 ≤5.0 无发蓝现象 66 烟尘四溢
实施例2 ≤3.0 无发蓝现象 675 仅磨削铁屑
实施例5 ≤3.0 无发蓝现象 810 仅磨削铁屑
实施例9 ≤3.0 无发蓝现象 890 仅磨削铁屑
其余实施例，其砂轮磨削粗糙度、效果、效率、寿命均优于进口打磨车专用树脂砂轮。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料40~75、金属结合剂5~15、辅助磨料2~20、陶瓷结合剂25~45、固体润滑剂2~10和造孔剂5~15。
2.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于它是由如下重量份的原料制成：CBN磨料42、金属结合剂10、辅助磨料15、陶瓷结合剂40、固体润滑剂3和造孔剂10。
3.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述金属结合剂是由如下重量份原料制成：铜粉30~50、Sn粉10~30、Ti混合粉5~19和Ni粉 5~25。
4.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述陶瓷结合剂是由如下重量份原料制成：SiO2 40~75、Al2O3 5~15、B2O3 5~15、Na2O 5~20、ZnO 1.5~5、Li2O 3~8和ZrO2 2~10。
5.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述辅助磨料为锆刚玉和白刚玉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述固体润滑剂为聚四氟乙烯和六方氮化硼中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述造孔剂为氧化铝空心球、碳球或CaCO3。
8.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述Ti混合粉末为Ti粉与TiH2按照任意比例混合。
9.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂打磨列车专用砂轮，其特征在于：所述CBN磨料的粒度为180~300μm。
10.根据权利要求1所述的含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步 陶瓷结合剂的预制
按照上述配比称取原料SiO2 、Al2O3、B2O3、Na2O、ZnO、Li2O和ZrO2 得到配合料； （2）将步骤（1）的配合料以6～9℃/分钟的升温速率升温至600℃；然后以3～6℃/分钟的升温速率升温至820℃；然后保温30min得到熔融态陶瓷结合剂； （3）将步骤（2）的熔融态陶瓷结合剂水淬后进行湿磨，然后烘干、气流粉碎后、筛分得到陶瓷结合剂；
第二步 金属结合剂的预制
按照上述配比称取铜粉、Sn粉、Ti混合粉和Ni粉混合均匀得到金属结合剂；
第三步 混料
（1）按照上述配比称取CBN磨料、金属结合剂、辅助磨料、陶瓷结合剂、固体润滑剂和造孔剂，再加入原料总重量的2~3％粘结剂，混合2～3小时，过200～300目筛，获得成型料；
（2）压制：将成型料均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模冷压，压力为10～25MPa，保压5～15S，出模后得砂轮坯体；
（3）干燥：将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内70℃～90℃温度下干燥12～24h；
（4）烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2～3℃/min升温至450℃，保温20～30min，再以2℃/min升温至650℃～850℃，保温20～40min，随炉冷却至室温，取出；
（5）加工检验：将烧结后的砂轮坯体在磨床上加工后，用改性环氧树脂胶粘结在基体上，检验合格后包装、入库，制得成品。
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