CN108453636A - 一种含超硬磨料的复合砂轮及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含超硬磨料的复合砂轮及其制作方法，属于钢铁磨削领域，本发明的复合砂轮中掺入的结合剂为树脂结合剂与金刚石用陶瓷结合剂或者树脂结合剂与立方氮化硼用金属陶瓷结合剂的组合；通过金属陶瓷结合剂结合较小粒径超硬磨料组成大粒度复合磨料，能够降低使用超硬磨料制作磨轮的生产成本；同时，既增加了磨轮对超硬磨料的把持力，也使超硬磨料本身更容易出刃，保持其锋利度，多重提升磨轮的磨削性能和磨轮寿命。复合磨轮相比陶瓷磨轮更不易碎裂，能适应多冲击重负荷磨削工况。

Description

一种含超硬磨料的复合砂轮及其制作方法
技术领域
本发明属于钢铁磨削领域，具体是指一种含超硬磨料的复合砂轮及其制作方法。
背景技术
钢轨打磨砂轮是钢轨打磨车对铁路钢轨打磨维护的磨削工具。现用砂轮为以刚玉作磨料的树脂砂轮。树脂砂轮本身具有一定的韧性，能够减缓瞬变冲击力对工件及本身造成的破损，适合铁路钢轨打磨这种偏重负荷磨削工况。刚玉与树脂间拥有较高的结合力，能相对牢固的固结于树脂磨轮中参与磨削。但随着我国铁路里程的不断增长，铁路打磨维护任务不断增多，对于打磨砂轮的打磨质量、磨削效率与磨轮寿命等方面，有了更高的需求。
超硬磨料是指金刚石与立方氮化硼（CBN）。金刚石是自然界中硬度最高的材料，立方氮化硼是人工合成的硬度仅次于金刚石的物质。相较于刚玉，超硬磨料具有明显的高硬度、高锋利度、高磨削性能。现有超硬磨料砂轮主要有树脂超硬磨料砂轮、金属超硬磨料砂轮和陶瓷砂轮等几种。树脂超硬磨料砂轮对于超硬磨料的把持力较小，磨料多在未发挥出全部磨削效能前即脱落，损耗较大。金属超硬磨料砂轮，对磨料的把持力很强，结合密度大，但在磨削过程中不太易出刃，自锐性较差，长时间的干式磨削容易出现烧伤现象。陶瓷超硬磨料砂轮有较好的锋利度，但本身脆性较大，不适合冲击性大的重负荷磨削。
发明内容
本发明针对现有技术中树脂、金属、陶瓷超硬磨料砂轮存在的缺陷，公开了一种结合金属陶瓷结合剂与树脂结合剂的超硬磨料复合砂轮，该复合砂轮使用金属陶瓷结合剂固结超硬磨料，制备复合磨料替代原树脂磨轮中刚玉磨料进行复合磨轮的制作，解决了现有技术中存在的问题。
本发明是这样实现的：
一种含超硬磨料的复合砂轮，其特征在于，所述的复合砂轮中包括超硬磨料的固结块，超硬磨料为金刚石或者立方氮化硼；所述的固结块为金刚石中加入金刚石用陶瓷结合剂或者立方氮化硼中加入立方氮化硼用金属陶瓷结合剂。使用对应金属陶瓷结合剂，对超硬磨料进行钎焊固结，制备相应固结块。陶瓷硬度不如超硬磨料，但与树脂有较好的结合力，陶瓷结合一些金属材料同样能与超硬磨料产生较强的结合力。利用金属陶瓷结合剂的过渡属性，将超硬磨料应用于钢轨树脂打磨砂轮中，能够提高钢轨打磨效率与打磨质量，提升打磨磨轮寿命。所述的固结块为板形或长条形，所述的固结块经破碎处理后制作复合砂轮，固结块焊接超硬磨料，破碎后得到钎焊超硬磨料的所需磨粒。
进一步，所述的树脂结合剂的树脂基为酚醛树脂或聚酰亚胺。聚酰亚胺与超硬磨料有相对更好的结合力；制作时混料应充分混合均匀。
本发明还公开了一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：制作固结块；使用超硬磨料为金刚石或者立方氮化硼；使用金刚石用陶瓷结合剂固结金刚石磨料，使用立方氮化硼用金属陶瓷结合剂固结立方氮化硼磨料；超硬磨料浓度范围为固结块中25%-400%；所述的超硬磨料的使用质量为0.22g/cm3-3.52 g/cm3。依据金刚石浓度增减，金刚石浓度越大，结合剂用量越少。超硬磨料质量对应一定体积，每立方厘米减去超硬磨料所占体积，剩余即为结合剂所占体积。
超硬磨料根据设计使用浓度添加，剩余为金刚石用陶瓷结合剂或者立方氮化硼用金属陶瓷结合剂用量。磨料浓度决定超硬磨料使用质量，具体比例关系为： 100%浓度为每立方厘米含金刚石0.88克，50%浓度为含0.44克。
步骤二：破碎固结块；使用破碎机对固结块进行破碎处理，破碎后得到复合磨料；筛选分类所得的复合磨料，依据粒度大小进行分储；
步骤三：制作磨轮；选用设计制备的不同粒度复合磨料与树脂结合剂混合均匀，进行磨轮的制作。树脂结合剂的掺入范围为磨轮中减去复合磨粒量。复合磨料与树脂结合剂混合均匀，置入对应磨轮模具中，进行热压成型，对其外部进行防护纤维缠绕，对磨轮进行定时保温等后续磨轮制作。
进一步，所述的金刚石或者立方氮化硼超硬磨料在固结前进行表面镀铜或镀钛处理。对磨料进行一定的表面处理，可以增加磨料的结合强度。
进一步，所述的超硬磨料粒度范围为30~100目。
进一步，所述的固结块尺寸以所使用破碎机的最大可加工尺寸为上限；为方便后续破碎作业，固结块形状以板形或长条形为佳。
进一步，所述的复合磨料粒度范围为8~16目，复合磨料形貌特征为多棱或多凸刃。
本发明与现有技术的有益效果在于：
相较于现有的磨轮，本发明使用磨削性能远优于刚玉的超硬磨料进行磨轮制作。相对于金刚石和CBN，陶瓷拥有同树脂更强的结合力。陶瓷结合剂能对超硬磨料形成较强的把持力，其本身脆性较大，使复合磨粒容易出刃。树脂磨轮中磨料粒度越大，磨轮对磨料有越强的把持力，耐磨性也更强。
本发明通过金属陶瓷结合剂结合较小粒径超硬磨料，之后的制作成固结块，固结块经过破碎后组成大粒度复合磨料，能够降低磨轮的生产成本；同时，既增加了磨轮对超硬磨料的把持力，也使超硬磨料本身更容易出刃，保持其锋利度，多重增大磨轮的磨削性能和磨轮寿命。复合磨轮相比陶瓷磨轮更不易碎裂，能适应多冲击重负荷磨削工况。
附图说明
图1为本发明实施例中使用金刚石超硬磨料破碎粒作磨粒的砂轮剖视示意图；
图2为本发明固结块破碎粒示意图；
其中1为超硬磨料，2为金属陶瓷结合剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种外径150mm的复合砂轮制作。具体步骤如下：
制作固结块；选用40/45目表面镀铜金刚石作超硬磨料1，使用金刚石用金属陶瓷结合剂为本实施例的金属陶瓷结合剂2，磨料浓度150%，超硬磨料的使用质量为1.32g/cm3，经钎焊工艺制作出尺寸长200mm，宽50mm，厚度20mm的固结块；
破碎固结块制备复合磨料；将固结块通过破碎机破碎，使用标准筛筛选14目复合磨粒作砂轮磨料备用；如图1~2所示，图1为本实施例中破碎粒作磨粒的砂轮剖视示意图，图2为本发明固结块破碎粒示意图。其中不规则颗粒即为经金刚石用金属陶瓷结合剂钎焊成块后破碎制得的钎焊超硬磨料，复合磨料形貌特征为多棱或多凸刃。将磨料与聚酰亚胺树脂混合均匀,倒入对应磨轮模具中，依照树脂砂轮热压加工工艺进行热压、缠绕防护层、限时保温等后续砂轮制作。
检测砂轮是否有缺陷，完好既得复合砂轮。
实施例2
一种外径260mm的复合砂轮制作。具体步骤如下：
制作固结块；选用35/40目CBN作磨料，磨料浓度100%，超硬磨料的使用质量为0.88g/cm3，使用CBN用金属陶瓷结合剂，经钎焊工艺制作出尺寸长200mm，宽50mm，厚度20mm的固结块。
破碎固结块制备复合磨料；将固结块通过破碎机破碎，使用标准筛筛选8目复合磨粒作砂轮磨料备用；将磨料与酚醛树脂树脂混合均匀，依照树脂砂轮热压加工工艺进行后续砂轮制作。
检测砂轮是否有缺陷，完好既得复合砂轮。
实施例3
一种外径260mm的复合砂轮制作。具体步骤如下：
制作固结块；选用80/100目CBN作磨料，磨料浓度100%，超硬磨料的使用质量为0.88g/cm3，使用CBN用金属陶瓷结合剂，经钎焊工艺制作出尺寸长200mm，宽50mm，厚度20mm的固结块。
破碎固结块制备复合磨料；将固结块通过破碎机破碎，使用标准筛筛选16目复合磨粒作砂轮磨料备用；将磨料与聚酰亚胺树脂树脂混合均匀，依照树脂砂轮热压加工工艺进行后续砂轮制作。
检测砂轮是否有缺陷，完好既得复合砂轮。
实施例4
一种外径260mm的复合砂轮制作。具体步骤如下：
制作固结块；选用80/100目CBN作磨料，磨料浓度25%，超硬磨料的使用质量为0.22g/cm3，使用CBN用金属陶瓷结合剂，经钎焊工艺制作出尺寸长200mm，宽50mm，厚度20mm的固结块。
破碎固结块制备复合磨料；将固结块通过破碎机破碎，使用标准筛筛选16目复合磨粒作砂轮磨料备用；将磨料与聚酰亚胺树脂树脂混合均匀，依照树脂砂轮热压加工工艺进行后续砂轮制作。
检测砂轮是否有缺陷，完好既得复合砂轮。
实施例5
一种外径260mm的复合砂轮制作。具体步骤如下：
制作固结块；选用35/40目CBN作磨料，磨料浓度400%，超硬磨料的使用质量为3.52g/cm3，使用CBN用金属陶瓷结合剂，经钎焊工艺制作出尺寸长200mm，宽50mm，厚度20mm的固结块。
破碎固结块制备复合磨料；将固结块通过破碎机破碎，使用标准筛筛选8目复合磨粒作砂轮磨料备用；将磨料与酚醛树脂树脂混合均匀，依照树脂砂轮热压加工工艺进行后续砂轮制作。
检测砂轮是否有缺陷，完好既得复合砂轮。

Claims (7)

1.一种含超硬磨料的复合砂轮，其特征在于，所述的复合砂轮中包括超硬磨料的固结块，超硬磨料为金刚石或者立方氮化硼；所述的固结块为金刚石中加入金刚石用陶瓷结合剂或者立方氮化硼中加入立方氮化硼用金属陶瓷结合剂；所述的固结块为板形或长条形，所述的固结块经破碎处理后制作复合砂轮。
2.根据权利要求1所述的一种含超硬磨料的复合砂轮，其特征在于，所述的树脂结合剂的树脂基为酚醛树脂或聚酰亚胺。
3.一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：制作固结块；使用超硬磨料为金刚石或者立方氮化硼；使用金刚石用陶瓷结合剂固结金刚石磨料，使用立方氮化硼用金属陶瓷结合剂固结立方氮化硼磨料；
步骤二：破碎固结块；使用破碎机对固结块进行破碎处理，破碎后得到复合磨料；筛选分类所得的复合磨料，依据粒度大小进行分储；
步骤三：制作磨轮；选用设计制备的不同粒度复合磨料与树脂结合剂混合均匀，置入对应磨轮模具中，进行热压成型，之后对其外部进行防护纤维缠绕，对磨轮进行定时保温等后续磨轮制作。
4.根据权利要求3所述的一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，所述的金刚石或者立方氮化硼超硬磨料在固结前进行表面镀铜或镀钛处理。
5.根据权利要求3所述的一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，所述的超硬磨料粒度范围为30-100目；所述的超硬磨料浓度范围为固结块中25%-400%；所述的超硬磨料的使用质量为0.22g/cm3-3.52 g/cm3；超硬磨料质量对应一定体积，剩余为金刚石用陶瓷结合剂或者立方氮化硼用金属陶瓷结合剂所占体积。
6.根据权利要求3所述的一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，所述的固结块形状制作为板形或长条形。
7.根据权利要求3所述的一种含超硬磨料的复合砂轮的制作方法，其特征在于，所述的复合磨料粒度范围为8~16目，复合磨料形貌特征为多棱或多凸刃。
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