CN108161776A - 钎焊金刚石结块复合砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路钢轨打磨专用复合砂轮及制备方法。砂轮包括基体层和工作层。所述砂轮的工作层中镶嵌长方体钎焊金刚石结块，结块等间距分布，所述的钎焊结块材料为金刚石磨料、钎焊料、WC颗粒，规则分布于酚醛树脂结合剂中；树脂结合剂内填充刚玉磨料，树脂结合刚玉与钎焊结块构成复合砂轮。砂轮工作层外表面为无碱玻璃纤维丝缠绕层，可在砂轮工作过程中保护砂轮不破碎。本发明充分利用金刚石磨料的高硬度和高锋利度，与刚玉磨料的韧性相结合，明显提高了砂轮磨削的锋利性和工作寿命，有效防止钢轨表面烧伤发蓝，显著提高钢轨打磨的表面质量。

Description

钎焊金刚石结块复合砂轮

技术领域

本发明涉及一种砂轮，尤其涉及一种钢轨打磨专用复合砂轮及制备方法。

背景技术

在我国社会经济不断推进的过程中，铁路一直是国家最重要的基础设施和国民经济的大动脉，尤其是近几年来高速铁路的快速发展，铁路建设已经在我国综合交通运输体系中占有主导地位。钢轨是所有铁路走行设备的载体，它直接与列车车轮接触，承受上部传来的轮载作用，此外钢轨还受到温度荷载、无缝线路梁轨相互作用力、列车制动力等作用，同时钢长期承受轨道车辆运行产生的轮轨间交变作用力，因此极易发生受损情况，如波磨、裂纹、肥边、压溃、点蚀等。如果不及时处理或修复病害，则会急剧发展成轨头掉块、断轨等事故，危及行车安全。为了避免这些病害对行车安全带来影响，早期的处理方法就是更换钢轨。但是大量钢轨的提前退役将造成大量的资源和能源浪费。随着对治理钢轨磨耗的不断探索，研究人员发现，利用打磨列车对钢轨进行科学打磨是改善轮轨接触状态，消除和延缓钢轨表面伤损，提高轨道的平顺性，延长钢轨的使用寿命的最有效的方法和经济最佳方案。

目前在钢轨打磨领域，广泛使用的是树脂结合剂刚玉磨料砂轮，该砂轮存在一定的短板，树脂结合剂对刚玉磨料把持力较弱，磨料容易脱落，导致砂轮使用寿命较短；而刚玉磨料在高速重载荷磨削条件下，磨削刃口消耗较快，易钝化，造成砂轮在长期使用中不够锋利，导致钢轨材料切除效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用寿命长、锋利度高的钢轨打磨专用复合砂轮及制备方法，该砂轮可以减少打磨引起的钢轨烧伤发蓝，显著改善钢轨打磨表面质量。

为实现上述技术目的，本发采用的技术方案如下：

一种钢轨打磨专用复合砂轮，包括基体1和工作层2，所述工作层2镶嵌在基体1上，其特征在于，所述工作层2包括钎焊金刚石结块3与树脂结合剂4；树脂结合剂4中均匀混合刚玉磨料5，钎焊金刚石结块3等间距竖直分布于树脂结合剂4中；所述钎焊金刚石结块3材料包括金刚石磨料、合金钎料和WC颗粒。

进一步的，相邻钎焊金刚石结块3之间的角度间隔为15°~30°；钎焊金刚石结块3尺寸为：长40~60 mm，宽10~30 mm，高4~10 mm。

进一步的，树脂结合剂4为改性酚醛树脂。

进一步的，工作层2外表面缠绕无碱玻璃纤维丝。

一种钢轨打磨专用复合砂轮制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按质量比例称取WC颗粒、白刚玉颗粒和Ni-Cr合金钎料粉末，按60%~200%浓度称取金刚石磨粒，将钎料、辅料和金刚石磨料混合，加入适量成形剂后搅拌均匀，将所述混合料填装进模具中，冷压压制成压坯；

（2）将上述混合料冷压成坯后置于烘箱内烘干硬化，然后放入真空退火炉内制作钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后加入树脂结合剂，混合均匀制成树脂刚玉混合料，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊金刚石结块插入到树脂刚玉混合料模具中；

（5）将模具放入热压机中，脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝， 烘干得到复合砂轮成品。

进一步的，步骤（1）中WC颗粒质量占比为5~30%，白刚玉颗粒质量占比为5%~20%，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为50%~90%；WC作为磨料和骨架颗粒，白刚玉作为固体造孔剂，Ni-Cr合金钎料作为结合剂。

进一步的，金刚石磨料粒度为30/35目、35/40目或40/45目；WC颗粒粒度为50~200目；白刚玉颗粒粒度为150~200目。

进一步的，步骤（1）冷压压制压力为8~10 t。

进一步的，步骤（2）烘干硬化温度为100-150 ℃，时间为1-5 h；步骤（5）脱模成型温度为180-200 ℃，时间为60-100 min；步骤（6）烘干硬化温度为180-200 ℃，时间5-10 h。

本发明的有益效果在于：

1.钎焊对金刚石磨料把持力高，磨料出露高度高，金刚石不会过早脱落，同时树脂和刚玉材料具有较好的韧性，在一定程度上起支撑保护作用，防止强烈冲击给金刚石带来易破碎的问题，能够最大程度上发挥金刚石的磨削作用，提高砂轮的耐磨性，增加砂轮的使用寿命。

2.由于金刚石具有最高硬度，其刃口钝化程度比一般磨料要慢的多，因此复合砂轮在长时间工作状态下可保持较好的锋利度，产生较少的磨削热，提高钢轨材料去除效率，减轻钢轨烧伤发蓝现象，打磨后的钢轨表面质量更好，粗糙度更低，钢轨表面更细腻。

附图说明

图1为本发明钢轨打磨复合砂轮工作层的结构示意图；

图2为图1剖视图；

图中：1：基体；2：砂轮工作层；3：钎焊块结块；4：树脂结合剂；5：刚玉磨料。

具体实施方式

现在结合具体实施例及附图，进一步阐明本发明，应理解这些事例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对于本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

钢轨打磨用复合砂轮，钎焊金刚石结块尺寸为45×30×5 mm。钎焊块共12块，以30°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周，其中长方形面磨削面尺寸为20×5 mm，砂轮直径为150 mm，厚度为60 mm，工作层磨削面圆环宽为50 mm。所述复合砂轮适用于型号为RGH20C的道岔打磨列车。

制备方法如下：

（1）按质量比称取Ni-Cr合金钎料粉末、WC颗粒和白刚玉颗粒，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为75%，WC颗粒质量占比为20%，白刚玉颗粒质量占比为5%；按60%浓度称取金刚石磨料，混合并加入适量成形剂后搅拌均匀；将所述混合料填装进专用模具中，以10 t压力冷压压制成压坯；

（2）混合料冷压成坯后置于100 ℃烘箱内烘干硬化1 h；将烘干压坯放入真空退火炉内制作钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后再加入树脂结合剂，混合均匀，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊块插入到混合料中；

（5）将步骤（4）模具放入热压机中，在180 ℃条件下热压60 min后脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝，将上述砂轮坯置入烘箱，经180 ℃，保温5 h条件下烘干硬化，得到复合砂轮成品。

实施例2

钢轨打磨用复合砂轮，长方体钎焊块结块尺寸为55×20×4 mm。钎焊块共12块，以30°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周，其中钎焊块尺寸为20×5 mm的长方形面为磨削面。砂轮直径为150 mm，厚度为60 mm，工作层磨削面圆环宽为50 mm。所述复合砂轮适用于型号为RGH20C的道岔打磨列车。

制备方法如下：

（1）按质量比称取Ni-Cr合金钎料粉末、WC颗粒和白刚玉颗粒，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为75%，WC颗粒质量占比为15%，白刚玉颗粒质量占比为10%；按80%浓度称取金刚石磨料，混合并加入适量成形剂后搅拌均匀；将所述混合料填装进专用模具中，以8 t压力冷压压制成压坯；

（2）混合料冷压成坯后置于130 ℃烘箱内烘干硬化5 h；将烘干压坯放入真空退火炉内，保温一定时间后随炉冷却，制作出钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后再加入树脂结合剂，混合均匀，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊块插入到混合料中；

（5）将步骤（4）模具放入热压机中，在190 ℃条件下热压80 min后脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝，将上述砂轮坯置入烘箱，经190 ℃，保温7 h条件下烘干硬化，得到复合砂轮成品。

实施例3

钢轨打磨用复合砂轮，长方体钎焊块结块尺寸为40×10×10 mm。钎焊块共24块，以25°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周，其中钎焊块尺寸为20×5 mm的长方形面为磨削面。砂轮直径为260 mm，厚度为60 mm，工作层磨削面圆环宽为50 mm。所述复合砂轮适用于型号为GMC-96X打磨列车。

制备方法如下：

（1）按质量比称取Ni-Cr合金钎料粉末、WC颗粒和白刚玉颗粒，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为50%，WC颗粒质量占比为30%，白刚玉颗粒质量占比为20%；按150%浓度称取金刚石磨料，混合并加入适量成形剂后搅拌均匀；将所述混合料填装进专用模具中，以9 t压力冷压压制成压坯；

（2）混合料冷压成坯后置于150 ℃烘箱内烘干硬化1 h；将烘干压坯放入真空退火炉内，保温一定时间后随炉冷却，制作出钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后再加入树脂结合剂，混合均匀，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊块插入到混合料中；

（5）将步骤（4）模具放入热压机中，在200 ℃条件下热压90 min后脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝，将上述砂轮坯置入烘箱，经200 ℃，保温10 h条件下烘干硬化，得到复合砂轮成品。

实施例4

钢轨打磨用复合砂轮，长方体钎焊块结块尺寸为60×20×8 mm。钎焊块共24块，以15°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周，其中钎焊块尺寸为20×5 mm的长方形面为磨削面。砂轮直径为260 mm，厚度为60 mm，工作层磨削面圆环宽为50 mm。所述复合砂轮适用于型号为GMC-96X打磨列车。

制备方法如下：

（1）按质量比称取Ni-Cr合金钎料粉末、WC颗粒和白刚玉颗粒，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为90%，WC颗粒质量占比为5%，白刚玉颗粒质量占比为5%；按200%浓度称取金刚石磨料，混合并加入适量成形剂后搅拌均匀；将所述混合料填装进专用模具中，以10 t压力冷压压制成压坯；

（2）混合料冷压成坯后置于100 ℃烘箱内烘干硬化4 h；将烘干压坯放入真空退火炉内，保温一定时间后随炉冷却，制作出钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后再加入树脂结合剂，混合均匀，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊块插入到混合料中；

（5）将步骤（4）模具放入热压机中，在190 ℃条件下热压100 min后脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝，将上述砂轮坯置入烘箱，经190 ℃，保温10 h条件下烘干硬化，得到复合砂轮成品。

本发明制造的钢轨打磨用复合砂轮，经装车打磨试验，砂轮的工作寿命比国外进口砂轮高出30%，打磨后钢轨发蓝点明显减少，钢轨表面粗超度明显降低，打磨质量显著提升。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中，因此，本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。

Claims (8)

1.一种钢轨打磨专用复合砂轮，包括基体（1）和工作层（2），所述工作层（2）镶嵌在基体（1）上，其特征在于，所述工作层（2）包括钎焊金刚石结块（3）与树脂结合剂（4）；树脂结合剂（4）中均匀混合刚玉磨料（5），钎焊金刚石结块（3）等间距竖直分布于树脂结合剂（4）中；所述钎焊金刚石结块（3）材料包括金刚石磨料、合金钎料和WC颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨专用复合砂轮，其特征在于，相邻钎焊金刚石结块（3）之间的角度间隔为15°~30°；钎焊金刚石结块（3）尺寸为：长40~60 mm，宽10~30 mm，高4~10 mm。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨专用复合砂轮，其特征在于，树脂结合剂（4）为改性酚醛树脂。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨专用复合砂轮，其特征在于，工作层（2）外表面缠绕无碱玻璃纤维丝。

5.一种钢轨打磨专用复合砂轮制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）按质量比例称取WC颗粒、白刚玉颗粒和Ni-Cr合金钎料粉末，按60%~200%浓度称取金刚石磨粒，将钎料、辅料和金刚石磨料混合，加入适量成形剂后搅拌均匀，将所述混合料填装进模具中，冷压压制成压坯；

（2）将上述混合料冷压成坯后置于烘箱内烘干硬化，然后放入真空退火炉内制作钎焊金刚石结块；

（3）将刚玉磨料先用糠醛均匀湿润，然后加入树脂结合剂，混合均匀制成树脂刚玉混合料，与基体投入模具；

（4）将所述钎焊金刚石结块插入到树脂刚玉混合料模具中；

（5）将模具放入热压机中，脱模成型，得到砂轮坯；

（6）缠绕纤维丝， 烘干得到复合砂轮成品。

6.根据权利要求2所述的一种钢轨打磨专用复合砂轮制备方法，其特征在于，步骤（1）中WC颗粒质量占比为5~30%，白刚玉颗粒质量占比为5%~20%，Ni-Cr合金钎料粉末质量占比为50%~90%； WC作为磨料和骨架颗粒，白刚玉作为固体造孔剂，Ni-Cr合金钎料作为结合剂。

7.根据权利要求2所述一种钢轨打磨专用复合砂轮制备方法，其特征在于，步骤（1）冷压压制压力为8~10 t。

8.根据权利要求2所述的钢轨打磨专用复合砂轮制备方法，其特征在于，步骤（2）烘干硬化温度为100-150 ℃，时间为1-5 h；步骤（5）脱模成型温度为180-200 ℃，时间为60-100min；步骤（6）烘干硬化温度为180-200 ℃，时间5-10 h。