CN110303439B - 一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，包括如下内容：按重量份数算，包含混合粒度锆刚玉55～70份，混合粒度棕刚玉5～10份，混合树脂9～12份，硅烷偶联剂0.5～1份，硫化铁1.5～8份，钾冰晶石1.5～5份，长石粉1～3份，重晶石1～3份，半水石膏粉1.5～3份，空心玻璃珠2～4份；混料；冷压成型；硬化。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明通过特定的配方设计材料选型，冷压成型，适应于冷压成型工艺的固化升温曲线设置制备的被动打磨砂轮强度高，自锐性强，磨削效率高，打磨过程中砂轮不堵塞，散热快不烧伤钢轨，打磨后钢轨表面质量好。

Description

一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺

技术领域

本发明涉及一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺。

背景技术

在机车的负荷下，钢轨承载着来自车轮的巨大压力和冲击力。在复杂的工作条件下，不可避免地会产生各种伤损，有冶炼过程中出现的缺陷，也有在运输、建设、使用过程中出现的伤损。常见的钢轨损伤分为两类，一是钢轨磨耗包括：垂直磨耗、侧面磨耗、波浪形磨耗；二是接触疲劳损伤包括：轨头裂纹、隐伤、剥离、肥边、钢轨擦伤等。钢轨磨耗会导致噪音增大和维护费用上升，而接触疲劳损伤则缩短了钢轨的寿命并存在安全隐患。

目前主要的钢轨修复方法是低速主动打磨，在钢轨产生病害后，钢轨打磨车会以时速15-20公里对钢轨进行打磨修复。近几年来，一种创新的高速预防性打磨方案开始流行，打磨车作业时速可以达到80公里。这种高速打磨的方式益处显而易见，包括延长铁轨使用寿命，降低综合打磨成本，并且由于时速提高，将减少打磨车作业对客货运行列车的影响。传统的主动打磨砂轮，砂轮依靠打磨电机的旋转与压力用端面打磨钢轨，而高速打磨车用被动打磨砂轮是以圆周面贴合钢轨，砂轮与钢轨成一定的角度，打磨车高速行驶过程中对砂轮施加一定压力，带动砂轮旋转打磨，这意味着被动打磨砂轮需要经受更大的考验。将时速提升了3倍以上，对于同样长度的钢轨，砂轮打磨的时间大幅缩短，因此需要砂轮具有更高的材料去除率，砂轮本身需要承受更大的压力避免破碎，同时要避免产生过高的温度烧伤钢轨。因此对砂轮的综合性能要求更高。现有的打磨砂轮的制造工艺为热压成型工艺，其工艺缺点表现为生产效率低，热压成型树脂充分流动固化后，砂轮外表面覆盖一层固化树脂，磨粒不能充分的显露出来，磨粒之间孔隙率低易被堵塞，自锐性差，在打磨钢轨时表现为打滑、磨削面温度高、磨削效率低下，打磨后钢轨表面质量差，常出现烧轨现象。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，旨在制备强度高、自锐性强、磨削率高、散热快的被动打磨砂轮。

本发明所采用的技术方案是：一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，包括如下步骤：

步骤一、配比设计：

按重量份数算，包含混合粒度锆刚玉55～70份，混合粒度棕刚玉5～10份，混合树脂9～12份，硅烷偶联剂0.5～1份，硫化铁1.5～8份，钾冰晶石1.5～5份，长石粉1～3份，重晶石1～3份，半水石膏粉1.5～3份，空心玻璃珠2～4份；其中：所述混合树脂选用酚醛树脂粉、酚醛树脂液、环氧树脂液，粉液比例为1.9:1，酚醛树脂液与环氧树脂液比例为4:1；

步骤二、将酚醛树脂粉、硫化铁、钾冰晶石、长石粉、重晶石和半水石膏粉按重量份数由大到小的顺序加入锥形混料机，混合料体积不超过混料机体积40％，转速设置20转/分钟，混料时长30～40分钟，然后过筛待用；

步骤三、将锆刚玉、棕刚玉、空心玻璃珠，按比例依次加入逆流混料机，混合2分钟，再按比例依次加入酚醛树脂液、环氧树脂液、硅烷偶联剂，混合1～2分钟，使磨粒表面充分润湿；

步骤四、将步骤二所得的混合料倒入逆流混料机，再将步骤三所得的混合料倒在步骤二所得的混合料的上面，混合2～3分钟，将最终混合好的料过筛，筛掉结团料；

步骤五、冷压成型：

将步骤四所得的混合料倒入模具内，搅拌刮平后进行冷压，砂轮单位面积压强15～20MPa，泄压间隔1～2分钟，泄压再加压重复2～4次，将混料里的气体挤出，最后保压6～8分钟；

步骤六、硬化：

将步骤五出模后的砂轮胚体放入硬化炉，按照设定的硬化升温曲线进行加热升温：

第一升温阶段，60～90℃，8小时；

第二升温阶段，90～120℃，8小时；

第三升温阶段，120～150℃，6小时；

第四升温阶段，150～180℃，2小时；

第五保温阶段，180℃，保温6小时；

最后，关闭硬化炉自然冷却至60℃后将产品取出。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明通过特定的配方设计材料选型，冷压成型，适应于冷压成型工艺的固化升温曲线设置制备的被动打磨砂轮强度高，自锐性强，磨削效率高，打磨过程中砂轮不堵塞，散热快不烧伤钢轨，打磨后钢轨表面质量好。传统的热压时间通常为45～60分钟，而本发明的冷压时间仅为8～10分钟，因此本发明能提高成型效率5～6倍，具体优点表现如下：

1、配方设计及原材料选型

传统热压成型砂轮配方设计以制备高密度，高硬度砂轮为特征，与被动打磨砂轮性能要求不符，通过优化的配比及材料的选型，能有效克服砂轮易堵塞，自锐性差，发热量大易烧轨的缺点。

2、成型工艺设定

传统热压成型工艺为模具预热50～60℃，装配摊料，模具升温至155～165℃，砂轮单位面积压强10～15MPa，泄压排气间隔2～5分钟，放气次数5～8次，最后保压25～35分钟。

本发明采用的冷压成型工艺以前述配方设计及材料选型为基础，在常温下压制成型，冷模摊料，装配模具，砂轮单位面积压强15～20MPa，泄压排气间隔1～2分钟，放气次数2～4次，最后保压6～8分钟。

对比两种成型工艺，冷压工艺效率高，砂轮可快速成型，将砂轮的硬化集中到下一道工序，硬化炉一次可以进行大批量硬化，而压机的尺寸决定了一次热压成型数量的局限性。

其次，热压工艺加热板升温快，树脂吸热固化反应剧烈，砂轮脱模后外表面有一层固化树脂，磨粒没有外露，直接使用会产生打滑，摩擦产生大量热量，烧伤工件。冷压成型在硬化炉缓慢升温，树脂流动小，砂轮外表面呈颗粒状，利于磨削。

3、硬化升温曲线

通过各温度段的设置，及升温速率的控制，使树脂固化的各个阶段反应速率缓慢进行，将冷压成型砂轮在受热硬化过程中产生的外形尺寸变形量控制到最小，而无需外形修整。通过30小时硬化时长的设置使树脂能够充分固化，砂轮获得足够的强度。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为冷压成型装配示意图；

图2为硬化升温曲线。

具体实施方式

一种高速打磨车专用被动打磨砂轮，按重量份数算，其包含混合粒度锆刚玉55～70份，混合粒度棕刚玉5～10份，混合树脂9～12份，硅烷偶联剂0.5～1份，硫化铁1.5～8份，钾冰晶石1.5～5份，长石粉1～3份，重晶石1～3份，半水石膏粉1.5～3份，空心玻璃珠2～4份。其中：

1、所述锆刚玉选用F14和F16混合粒度，二者比例为3:1，F14粒度锆刚玉粒径大，切削能力更强，F16粒度锆刚玉粒径小，分布于粒径大的F14粒度锆刚玉间隙，使砂轮更耐磨，将两种粒度混合使用，可兼顾砂轮的切削能力与使用寿命。

2、所述棕刚玉选用F24和F36混合粒度，二者比例为2:1，选用细粒度棕刚玉，可对砂轮起补强作用，棕刚玉良好的韧性可增强砂轮耐磨度。

3、所述混合树脂选用酚醛树脂粉、酚醛树脂液、环氧树脂液，粉液比例为1.9:1，酚醛树脂液与环氧树脂液比例为4:1。其中：

(1)酚醛树脂粉优选240目粒度，使树脂粉与磨粒外表面充分接触。固化剂(乌洛托品)含量10％～14％，固化剂含量不足，树脂无法充分固化，砂轮强度下降，固化剂含量过高，多余固化剂在加热过程中分解产生大量气孔，降低砂轮的强度及硬度。冷压成型工艺要求树脂的流动性要小，过大的流动性将导致砂轮硬化时产生较大的形变，优选125℃斜板流长15～20mm。

(2)酚醛树脂液作为润湿剂，选用涂4#杯黏度为100～150S，并按比例加入环氧树脂液，能减少成型料结块，提高砂轮的自锐性，减少烧伤。

4、所述硅烷偶联剂优选KH-550，与浸润剂一起加到磨粒表面，能增加磨粒与结合剂之间的联结强度，提升砂轮强度。

5、所述硫化铁在650℃吸收热量分解，降低砂轮温度，分解生成的硫能与钢轨表面发生反应，形成保护层，同时具有润滑作用。

6、所述钾冰晶石(熔点557℃-580℃)替代传统的钠冰晶石(熔点1009℃)，钾冰晶石的熔点较低，在磨削热作用下熔化，需吸收磨削热，可降低磨削面温度，同时由于钾冰晶石熔化，提高砂轮孔隙率，露出磨粒，防止砂轮堵塞；钾冰晶石熔化后变成液态，是优良的润滑剂。

7、所述长石粉为非活性填料，加入砂轮可提高抗张强度与耐热性能，同时降低成本。

8、所述重晶石能使砂轮摩擦面的摩擦系数稳定，在高温下能形成稳定的摩擦界层，防止对钢轨的擦伤，使打磨后钢轨表面更光洁。其粒度要求200#筛余物＜3％，325#筛余物＜5％。

9、所述半水石膏粉可减少硬化时树脂析出易挥发物的数量，避免磨具膨胀及发泡，有利于提高结合强度并缩短硬化时间，作为填料可降低成本。其粒度要求80#筛余物＜1％，120#筛余物＜3％。

10、所述空心玻璃珠(0.5～1.5mm)在打磨过程会破碎，形成孔隙，可有效防止砂轮堵塞，提高砂轮自锐性。空心玻璃珠直径太大，会降低砂轮的强度，直径太小，效果不明显，优选0.8mm直径。

所述高速打磨车专用被动打磨砂轮的成型工艺包括如下步骤：

步骤一、混料

第一步、结合剂与填料混合：将酚醛树脂粉、硫化铁、钾冰晶石、长石粉、重晶石、半水石膏粉、按重量份数由大到小的顺序加入锥形混料机，混合料体积不超过混料机体积40％，转速设置20转/分钟，混料时长30～40分钟，然后过筛待用。

第二步、磨料与浸润剂偶联剂混合：锆刚玉、棕刚玉、空心玻璃珠，按比例依次加入逆流混料机，混合2分钟，按比例依次加入酚醛树脂液、环氧树脂液、硅烷偶联剂，混合1～2分钟，使磨粒表面充分润湿。

第三步、将第一步的混合料倒入逆流混料机，再将第二步的混合料倒在第一步的混合料的上面，混合2～3分钟，将最终混合好的料过筛，筛掉结团料。

步骤二、冷压成型

冷压成型采用的模具结构如图1所示，包括：下模套11、底板12、圆环13、下模芯14、镶件钢套15、压头16、压板17、上芯轴18、上模套19等。

模具装配：依次放置底板12、圆环13、镶件钢套15、下模芯14、上芯轴18、下模套11、上模套19；通过旋转装置使模具转动，将混合料倒入模腔，搅拌刮平后放入压板17、压头16，砂轮单位面积压强15～20MPa，泄压间隔1～2分钟，泄压再加压重复2～4次，将混料里的气体挤出，最后保压6～8分钟，酚醛树脂液与环氧树脂液具有的粘性，能使冷压成型的胚料粘合在一起，具有稳定的形状。

步骤三、硬化

将出模后的砂轮胚体放入硬化炉，按照设定的硬化升温曲线(如图2所示)进行加热升温，硬化炉需有通风系统，将砂轮升温过程中的挥发物排出硬化炉，温度控制精度为±5℃。温度设定分五个阶段：

冷却：关闭硬化炉自然降温至60℃将产品取出。

第一升温阶段，60～90℃，升温速率为：

本阶段主要将水分等易挥发物质排出，并使酚醛树脂液在常温下即可缓慢固化，通过硬化炉第一阶段升温使其加快逐固化，通过8个小时的缓慢升温，避免砂轮因升温过快而发生外形变形；

第二升温阶段，90～120℃升温速率为：

本阶段酚醛树脂粉开始熔化流动，包覆于磨粒表面；

第三升温阶段，120～150℃升温速率为：

本阶段酚醛树脂粉与固化剂反应，挥发出小分子物质，产生交联；

第四升温阶段，150～180℃升温速率为：

150～165℃ 1小时

165～180℃ 1小时

本阶段热塑性酚醛树脂粉转化为热固性三维网状结构；

第五阶段为保温，180℃保温6小时

被动打磨砂轮厚度较大，为使砂轮内部充分固化，需保温6小时。

Claims (9)

1.一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、配比设计：

按重量份数算，包含混合粒度锆刚玉55～70份，混合粒度棕刚玉5～10份，混合树脂9～12份，硅烷偶联剂0.5～1份，硫化铁1.5～8份，钾冰晶石1.5～5份，长石粉1～3份，重晶石1～3份，半水石膏粉1.5～3份，空心玻璃珠2～4份；其中：所述混合树脂选用酚醛树脂粉、酚醛树脂液、环氧树脂液，粉液比例为1.9:1，酚醛树脂液与环氧树脂液比例为4:1；

步骤二、将酚醛树脂粉、硫化铁、钾冰晶石、长石粉、重晶石和半水石膏粉按重量份数由大到小的顺序加入锥形混料机，混合料体积不超过混料机体积40％，转速设置20转/分钟，混料时长30～40分钟，然后过筛待用；

步骤三、将锆刚玉、棕刚玉、空心玻璃珠，按比例依次加入逆流混料机，混合2分钟，再按比例依次加入酚醛树脂液、环氧树脂液、硅烷偶联剂，混合1～2分钟，使磨粒表面充分润湿；

步骤四、将步骤二所得的混合料倒入逆流混料机，再将步骤三所得的混合料倒在步骤二所得的混合料的上面，混合2～3分钟，将最终混合好的料过筛，筛掉结团料；

步骤五、冷压成型：

将步骤四所得的混合料倒入模具内，搅拌刮平后进行冷压，砂轮单位面积压强15～20MPa，泄压间隔1～2分钟，泄压再加压重复2～4次，将混料里的气体挤出，最后保压6～8分钟；

步骤六、硬化：

将步骤五出模后的砂轮胚体放入硬化炉，按照设定的硬化升温曲线进行加热升温：

第一升温阶段，60～90℃，8小时；

第二升温阶段，90～120℃，8小时；

第三升温阶段，120～150℃，6小时；

第四升温阶段，150～180℃，2小时；

第五保温阶段，180℃，保温6小时；

最后，关闭硬化炉自然冷却至60℃后将产品取出。

2.根据权利要求1所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：在进行原材料选型时，

(1)所述锆刚玉选用F14和F16混合粒度，二者比例为3:1；

(2)所述棕刚玉选用F24和F36混合粒度，二者比例为2:1；

(3)所述酚醛树脂粉选用240目粒度，所述酚醛树脂液选用要求为涂4#杯黏度为100～150S；

(4)所述硅烷偶联剂选用KH-550；

(5)所述重晶石粒度要求为200#筛余物＜3％，325#筛余物＜5％；

(6)所述半水石膏粉粒度要求为80#筛余物＜1％，120#筛余物＜3％；

(7)所述空心玻璃珠直径为0.5～1.5mm。

3.根据权利要求2所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述混合树脂中的固化剂含量为10％～14％，流动性满足125℃斜板流长15～20mm。

4.根据权利要求3所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述固化剂为乌洛托品。

5.根据权利要求2所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述空心玻璃珠直径为0.8mm。

6.根据权利要求1所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述冷压成型采用的模具结构包括下模套和上模套，在下模套内设置有底板、圆环、镶件钢套和下模芯，在上模套内设置有上芯轴、压板和压头；所述模具装配时：依次放置底板、圆环、镶件钢套、下模芯、上芯轴、下模套和上模套，通过旋转装置使模具转动，将混合料倒入模腔中，搅拌刮平后再放入压板和压头。

7.根据权利要求1所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述硬化炉中设置有通风系统，用于将砂轮升温过程中的挥发物排出硬化炉。

8.根据权利要求1所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：所述硬化炉的温度控制精度为±5℃。

9.根据权利要求1所述的一种高速打磨车专用被动打磨砂轮成型工艺，其特征在于：

(1)第一升温阶段的升温速率为：

室温～60℃,1小时；

60～70℃，1小时；

70～80℃，1小时；80℃，保温2小时；

80～90℃，1小时；90℃，保温2小时；

(2)第二升温阶段的升温速率为：

90～100℃，1小时；100℃，保温1小时；

100～110℃，1小时；110℃，保温2小时；

110～120℃，1小时；120℃，保温2小时；

(3)第三升温阶段的升温速率为：

120～130℃，1小时；130℃，保温1小时；130～140℃，1小时；140℃，保温1小时；140～150℃，1小时；150℃，保温1小时；

(4)第四升温阶段的升温速率为：

150～165℃，1小时；

165～180℃，1小时。

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