CN109369064B - 一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，属于轨道交通装备领域。该组分及重量份数为：铁粉50～65份，碳化硅粉5～8份，钢纤维10～15份，偶联剂5～10份，树脂粉5～10份。包括主要工艺流程为：真空造粒，真空热压成型，燃气炉固化，本发明通过以上优化后的工艺，可以使得研磨子的气孔率降低，产品更加致密化，同时，由于在整个过程中不需要进行排气处理，混合料与钢背的结合更加紧密，可以获得良好的外观，在使用过程中不发生金属镶嵌及不产生热裂纹的高品质研磨子；而且可以使得研磨子的耐磨性得到提高。

Description

一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺
技术领域
本发明属于轨道交通装备领域，更具体地说，涉及一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺。
背景技术
踏面清扫器起着清扫车轮、增加轮轨粘着系数以保证行车制动安全的作用，踏面清扫器直接作用于车轮上的部件被称作研磨子。研磨子是踏面清扫器中一个具有清扫、增粘、修圆等作用的一个摩擦部件，鉴于上述的功能，研磨子对行车安全起到及其重要的作用，在研磨子的生产过程中，一般采用犁耙式混料机混合之后热压成型，然后固化的生产工艺，然而采用这种传统的生产工艺生产的研磨子，其产品的气孔率较高，组织较松散，在其使用过程中易发生金属镶嵌，以及产生热裂纹的情况，易对行车车轮造成损伤，影响行车的安全行驶。
为了解决上述问题，经检索，中国专利CN103693020A公开了一种在不改变现有动车组研磨子配方的前提下，通过对其制作工艺的改进，使基具有增粘特性的动车组抗磨增粘研磨子生产工艺，包括该工艺以热塑性酚醛树脂为主，添加了5％～8％丁腈橡胶粉，以金属填料为主，铝矾土为辅构成混合填料压制成型。然而，由于研磨子产品只应用于特定高速动车车型上，尚未全面普及使用，在应用方面也没有完全成熟，所以对于研磨子使用过程中存在的金属镶嵌、车轮修形、噪声控制和严重波浪犁沟状磨耗等实际问题，还有待进一步解决提高。
再如中国专利CN103267075A一种用离子型稀土渣作为填充料的汽车制动片，按重量百分比计算，离子型稀土渣10～15％、矿物纤维20～30％、粘结剂10～15％、石墨15～25％、高温粘结剂2～5％、芳纶增强纤维1～3％、增摩材料5～10％，对离子型稀土渣、矿物纤维、石墨原材料均匀混料后采用超声波处理、机械活化颗粒表面，增强颗粒间的接触力；然后再与其余原料混料经压制成型热处理固化成制动片。其不足之处：由于受制作工艺的限制，其耐磨性不理想。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有研磨子使用过程中易发生金属镶嵌，以及产生热裂纹的问题，本发明提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，提高研磨子的耐磨性，延长使用寿命；同时，通过优化成分比以及加工工艺，降低研磨子的气孔率，使其更加致密化，避免了研磨子使用过程中出现热裂纹。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，包括以下步骤：
A)按照如下重量份数进行配料：铁粉50～65份，碳化硅粉5～8份，钢纤维10～15份，偶联剂5～10份，树脂粉5～10份；
B)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化100～300秒，之后投入偶联剂后10～ 20秒，开始造粒，造粒300～500秒后，开始抽真空造粒200～300秒即得混合料；
C)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.1～0.5MPa，按表1的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表1：
表1设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000021
D)保压结束后，出模得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性；
E)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
作为本发明的进一步改进，所述步骤A中，偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和木质素偶联剂中的一种。配料过程中添加了5～10份的偶联剂，第一是使得原料在混合的过程中达到一种造粒效果，第二是利用偶联剂的无机官能团与有机官能团的协同效应，将配料中的无机原料与树脂粉桥联，起到促进产品致密化的作用，经过大量的试验，偶联剂的加入量不能超过10份，否则会引起造粒失效，带来均匀性不足的问题；另外，在添加5～10份偶联剂的前提下，以金属铁粉为主原料配以碳化硅5～8份为体系的配合方式，可以达到一种最优的低气孔高致密状态。但经过试验发现碳化硅的加入量不可超过8份。
作为本发明的进一步改进，所述步骤B中，配合料预均化时间为100～300秒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤B中，偶联剂投入抽真空式混料机10～20秒，开始造粒，造粒时间为300～500秒，抽真空造粒时间为200～300秒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤C中，设定真空度为0.1～0.5MPa。将有利于产品的气孔排出，以达到致密化的目的，但是真空度不可超过0.5MPa。
作为本发明的进一步改进，所述步骤D中，固化的升温过程：室温～80℃为1小时，80～ 120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，自然冷却到80～120℃打开固化室门。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，通过以上优化后的成分，其中偶联剂的无机官能团与有机官能团的协同效应，将配料中的无机原料与树脂粉桥联，起到促进产品致密化的作用，而且在添加偶联剂的前提下，以金属铁粉为主原料配以碳化硅为体系的配合方式，可以达到一种最优的低气孔高致密状态；
(2)本发明的超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，由于在整个过程中不需要进行排气处理，混合料与钢背的结合更加紧密，可以获得良好的外观，在使用过程中不发生金属镶嵌及不产生热裂纹的高品质研磨子；
(3)本发明的超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，可以使得研磨子的耐磨性得到提高，延长使用寿命；
(4)本发明的超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，采用真空造粒以及真空热压成型的方式，可以使得研磨子的气孔率极大地降低，产品更加致密化，优化了目前在使用研磨子过程中出现的掉渣、易耗等问题。
具体实施方式
下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
首先，需要对超低气孔率和高致密化进行说明。对于研磨子生产过程而言，由于压制成型时，一方面原料中的水分及挥发分会造成产品生成气孔；另一方面数值高温分解，也会产生气孔，然而气孔率的大小直接影响研磨子的实用性能，例如结合强度，可能会降低抗冲击强度，因此研磨子内部的气孔率是生产研磨子的关键指标，换句话说，气孔率接近零为最佳，但实际生产过程中基本无法做到，气孔率一般在2-5％，超低气孔率的要求是气孔率低于1％。
此外，气孔率与致密化是呈反比关系，当组分一致时，气孔率降低，致密化增高，因此，对于本发明的研磨子，密度控制在4.8g·cm-3以上，明显高于现有的研磨子密度。
实施例1
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉60 份，碳化硅粉8份，钢纤维12份，木质素偶联剂10份，树脂粉10份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化200秒，之后投入偶联剂后15秒，开始造粒，造粒450秒后，开始抽真空造粒250秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.2MPa，按表2的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表2：
表2设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000041
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时， 120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
通过以上优化后的工艺，可以使得研磨子的气孔率极大地降低，经检测，气孔率为0.78％，产品更加致密化，同时，由于在整个过程中不需要进行排气处理，混合料与钢背的结合更加紧密，综合以上，可以获得外观良好，在使用过程中不发生金属镶嵌及热裂纹的高品质研磨子。
实施例2
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉55 份，碳化硅粉6份，钢纤维13份，木质素偶联剂9份，树脂粉5份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化300秒，之后投入偶联剂后20秒，开始造粒，造粒500秒后，开始抽真空造粒200秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.1MPa，按表3的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表3：
表3设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000051
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时， 120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
通过以上优化后的工艺，可以使得研磨子的气孔率极大地降低，经检测，气孔率为0.92％。
实施例3
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉50 份，碳化硅粉7份，钢纤维15份，木质素偶联剂8份，树脂粉10份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化100秒，之后投入偶联剂后10秒，开始造粒，造粒300秒后，开始抽真空造粒200秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.3MPa，按表4的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表4：
表4设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000061
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时， 120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
通过以上优化后的工艺，可以使得研磨子的气孔率极大地降低，经检测，气孔率为0.82％。
实施例4
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉65 份，碳化硅粉5份，钢纤维10份，木质素偶联剂5份，树脂粉8份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化150秒，之后投入偶联剂后10秒，开始造粒，造粒350秒后，开始抽真空造粒300秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.4MPa；按表5的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表5：
表5设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000062
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时， 120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
通过以上优化后的工艺，可以使得研磨子的气孔率极大地降低，经检测，气孔率为0.89％。
实施例5
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉60 份，碳化硅粉7份，钢纤维11份，木质素偶联剂6份，树脂粉7份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化250秒，之后投入偶联剂后20秒，开始造粒，造粒400秒后，开始抽真空造粒300秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.2MPa，按表6的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表6：
表6设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000071
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
实施例6
本实施例提供一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)配料：按如下配方进行配料，具体参数见表3，包括以下组分及重量份数：铁粉55 份，碳化硅粉8份，钢纤维14份，木质素偶联剂7份，树脂粉9份；
(2)将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化200秒，之后投入偶联剂后15秒，开始造粒，造粒450秒后，开始抽真空造粒250秒即得混合料；
(3)将该混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，具体的压制工艺为：设定真空度为0.5MPa，按表7的压制曲线设定好之后，点击压机启动按钮。设定压制曲线如下表7：
表7设定的压制曲线
Figure BDA0001897857560000081
(4)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时， 120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门；
(5)固化结束后，喷涂油漆即可得到成品。
表3配方参数
Figure BDA0001897857560000082
将上述实施例1-6得到的研磨子进行力学性能检测，具体项目如下，研磨子力学性能测试样品的尺寸为20mm(长)×10mm(宽)×10mm(高)，按照如下标准对其进行测试：
(1)压缩强度：采用标准GB/T1041-2008，测试速度0.5mm·min-1；
(2)弹性模量：采用标准GB/T1041-2008，测试速度0.5mm·min-1，采集最大强度值的5％～20％的弹性模量；
(3)冲击强度：采用标准GB/T 1043.1-2008；
(4)洛氏硬度：采用标准GB/T 3398.2-2008；
(5)强制磨耗性测试：采用1：1制动动力试验台，拖磨时间20min，正压力2MPa，车轮速度250km·h-1，CRH2动车车轮。
表8研磨子的力学性能
Figure BDA0001897857560000091
对比例1-4
该对比例的研磨子采用现有的工艺进行生产，最终检测的密度平均值为4.32g·cm-3，密度值小于本发明的最小值4.82g·cm-3。
进一步的，由上述的力学性能数据分析得到，本发明的研磨子具有较高的强度以及较好的耐高温性能。

Claims (6)

1.一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A)按照如下重量份数进行配料：铁粉50～65份，碳化硅粉5～8份，钢纤维10～15份，偶联剂5～10份，树脂粉5～10份；
B)采用真空造粒的混料方法，将配合料投入抽真空式混料机中，经过预均化后投入偶联剂，然后开始造粒，造粒后开始抽真空造粒即得混合料；
C)采用真空热压成型工艺，混合料投入真空热压机中，放入配套钢背进行抽真空压制，即在热压开始时，对各模腔于始抽出真空，设定真空度，然后末次保压前停止抽真空，得到半成品；
D)通过燃气式固化炉固化，半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，固化炉热量从研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，所述步骤A中，偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和木质素偶联剂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，所述步骤B中，配合料预均化时间为100～300秒。
4.根据权利要求1所述的一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，所述步骤B中，偶联剂投入抽真空式混料机10～20秒，开始造粒，造粒时间为300～500秒，抽真空造粒时间为200～300秒。
5.根据权利要求1所述的一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，所述步骤C中，设定真空度为0.1～0.5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种超低气孔率高致密化研磨子生产工艺，其特征在于，所述步骤D中，固化的升温过程：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，自然冷却到80～120℃打开固化室门。
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