CN111604820A - 一种多孔钢轨打磨cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔钢轨打磨CBN砂轮及其制备方法，多孔钢轨打磨CBN砂轮包括金属基体和摩擦体，所述摩擦体按质量百分比由以下组分制备而成：金属结合剂65～80份、造孔剂3.75～7.5份、石墨粉3.75～12.5份、CBN磨料12～20份。与现有技术相比，本发明的积极效果是：(1)CBN磨料的利用更加充分，具有使用寿命长的特点。(2)打磨距离更长，能够提高钢轨打磨的效率。(3)具有极好的热导率，可以快速地降低砂轮表面的温度，避免了打磨过程中烧伤铁轨的情况。(4)烧结时间短，磨料的特性没有受到损害。(5)不会出现摩擦体与基体出现脱落的情况。

Description

一种多孔钢轨打磨CBN砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔钢轨打磨CBN砂轮及其制备方法。
背景技术
钢轨是铁路交通的重要组成部分，受轮载、温度、列车制动力等影响，会出现波磨、裂纹、肥边、剥落等病害。钢轨打磨能预防和消除钢轨表面的病害，延长钢轨的使用寿命，是一种有效且非常经济的维修方式，能够提高列车运行的安全性与稳定性。钢轨打磨砂轮是钢轨打磨中直接与钢轨接触的关键部件，其性能的好坏影响打磨质量的优劣。
现阶段钢轨打磨用砂轮大多为树脂结合剂刚玉砂轮，该类砂轮对磨料的把持能力较弱，磨料容易脱落，砂轮寿命较短；在打磨过程中，粉尘大，严重影响施工环境，也容易出现磨削刃口消耗快，钢轨的切除效率低的特点。CBN磨料具有黑色金属高切除率、磨耗小、使用寿命长、工件表面质量高、锋利的切削刃的特点，与普通刚玉磨料相比，磨削比高、导热性好，更适合高速磨削。现有金属结合剂CBN砂轮的制备工艺为单层钎焊、电镀等，均为单层磨粒砂轮，因而很难实现连续长时间打磨的效果，同时金属结合剂CBN砂轮孔隙率低，散热能力差，易造成钢轨发蓝。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种多孔钢轨打磨CBN砂轮及其制备方法，通过运用粉末冶金的方法制备出金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮，该方法制备的砂轮结合剂与CBN磨料紧密粘接，提高了磨料层数，增加了砂轮的孔隙率，提高了散热能力，解决了现有技术存在的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，包括金属基体和摩擦体，所述摩擦体按质量百分比由以下组分制备而成：金属结合剂65～80份、造孔剂3.75～7.5份、石墨粉3.75～12.5份、CBN磨料12～20份。
本发明还提供了一种多孔钢轨打磨CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、混料：
将由80％的Cu80Sn20粉和20％的Ti粉组成的金属结合剂65～80份和石墨粉3.75～12.5份加入至V型混料机混合均匀，制得混合料A；
步骤二、烘干：
将混合料A放置在烘箱，加热至50～100℃，进行烘干处理；
步骤三、过筛：
将烘干后的混合料A过筛，过筛目数为200～500目，过筛2～3遍；
步骤四、混料：
将过筛后的混合料A、造孔剂3.75～7.5份以及CBN磨料12～20混合均匀，制得成型料B；
步骤五、过筛：
将成型料B过筛，过筛目数为20～500目；
步骤六、成型：
将过筛后的成型料B均匀投入模具内，冷压成型，砂轮单位压力为15～25MPa，保压2～5min，制得砂轮摩擦体；
步骤七、烧结：
将砂轮摩擦体与金属基体放置在一起，在惰性气体气氛下烧结70～230min，烧结后冷却至40℃以下出炉，得到摩擦体和金属基体烧结体；
步骤八、整形：
对摩擦体和金属基体烧结体去边、修整成型，使CBN磨料裸露在外，制成能够使用的金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明制备的多孔钢轨打磨CBN砂轮是金属结合剂，有极强的把持力，CBN磨料的利用更加充分，具有使用寿命长的特点。
(2)本发明采用粉末冶金方法制备的金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮，为多层CBN磨料，打磨距离更长，能够提高钢轨打磨的效率。
(3)本发明的金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮配方中的造孔剂有利于产品孔隙的形成，具有极好的热导率，可以快速地降低砂轮表面的温度，避免了打磨过程中烧伤铁轨的情况。
(4)本发明提供的制备方法的烧结时间短，磨料的特性没有受到损害。
(5)本发明基体与摩擦体是在高温烧结下形成整体，不会出现摩擦体与基体出现脱落的情况。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明。
金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮，摩擦体按质量百分比由以下组分制备而成：金属结合剂65～80份、Al2O3空心球3.75～7.5份、石墨粉3.75～12.5份、CBN磨料12～20份。其中：
1、所述的金属结合剂为Cu-Sn-Ti合金钎料粉末。
2、所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu80Sn20粉：80％，Ti粉：20％，Cu80Sn20粉和Ti粉质量百分比之和为100％。
3、所述的CBN磨料的粒度范围为30目～200目。
4、所述的造孔剂为氧化铝(Al2O3)空心球，粒度范围为250μm～500μm。
5、所述的石墨粉末粒度范围为300μm～500μm。
所述金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮成型工艺如下：
步骤1，混料：
按一种金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮的成分配比，将Cu80Sn20粉、Ti粉和石墨粉加入至V型混料机混合均匀，制得混合料A。
步骤2，烘干：
将混合均匀的混合料A放置在烘箱，加热至50～100℃，进行烘干处理。
步骤3，过筛：
将烘干后的混合料A过筛，过筛目数为200～500目，过筛2～3遍。
步骤4，混料：
将过筛后的混合料A、造孔剂以及CBN磨料混合均匀，制得成型料B。
步骤5，过筛：
将成型料B过筛，过筛目数为20～500目。
步骤6，成型：
将过筛后的成型料B，均匀投入模具内，冷压成型，砂轮单位压力为15～25MPa，保压2～5min，制得砂轮摩擦体。
步骤7，烧结：
(1)将砂轮摩擦体与金属基体放置在一起，在惰性气体气氛下烧结，以5～10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度800～1050℃，保温时间10～30min，烧结时间总计为70～230min。其中：
1)所述金属基体为铁基体或铁铜合金基体。
2)所述惰性气体为氮气和氢气。
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮。
步骤8，整形：
将步骤7制得金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮，去边、修整成型，让磨料裸露在外，制成能够使用的钢轨打磨CBN砂轮。
本发明的工作原理为：
本发明的金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮，包括金属基体和金属基体上的CBN砂轮摩擦体；所述摩擦体包括粉末冶金金属结合剂、造孔剂和CBN磨料，金属结合剂与CBN磨料发生化学反应、造孔剂与CBN磨料发生化学反应、金属结合剂与造孔剂发生化学反应，三者之间两两发生反应，紧密结合。同时，金属结合剂也能与金属基体发生化学反应，摩擦体和金属基体牢牢粘接在一起。

Claims (10)

1.一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：包括金属基体和摩擦体，所述摩擦体按质量百分比由以下组分制备而成：金属结合剂65～80份、造孔剂3.75～7.5份、石墨粉3.75～12.5份、CBN磨料12～20份。
2.根据权利要求1所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述金属结合剂为Cu-Sn-Ti合金钎料粉末。
3.根据权利要求2所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述金属结合剂含有成分的质量百分比为：80％的Cu80Sn20粉和20％的Ti粉。
4.根据权利要求1所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述造孔剂为Al2O3空心球。
5.根据权利要求4所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述Al2O3空心球的粒度范围为250μm～500μm。
6.根据权利要求1所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述石墨粉的粒度范围为300μm～500μm。
7.根据权利要求1所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮，其特征在于：所述CBN磨料的粒度范围为30目～200目。
8.一种多孔钢轨打磨CBN砂轮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、混料：
将由80％的Cu80Sn20粉和20％的Ti粉组成的金属结合剂65～80份和石墨粉3.75～12.5份加入至V型混料机混合均匀，制得混合料A；
步骤二、烘干：
将混合料A放置在烘箱，加热至50～100℃，进行烘干处理；
步骤三、过筛：
将烘干后的混合料A过筛，过筛目数为200～500目，过筛2～3遍；
步骤四、混料：
将过筛后的混合料A、造孔剂3.75～7.5份以及CBN磨料12～20混合均匀，制得成型料B；
步骤五、过筛：
将成型料B过筛，过筛目数为20～500目；
步骤六、成型：
将过筛后的成型料B均匀投入模具内，冷压成型，砂轮单位压力为15～25MPa，保压2～5min，制得砂轮摩擦体；
步骤七、烧结：
将砂轮摩擦体与金属基体放置在一起，在惰性气体气氛下烧结70～230min，烧结后冷却至40℃以下出炉，得到摩擦体和金属基体烧结体；
步骤八、整形：
对摩擦体和金属基体烧结体去边、修整成型，使CBN磨料裸露在外，制成能够使用的金属结合剂多孔钢轨打磨CBN砂轮。
9.根据权利要求8所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮的制备方法，其特征在于：步骤七所述金属基体为铁基体或铁铜合金基体，所述惰性气体为氮气和氢气。
10.根据权利要求8所述的一种多孔钢轨打磨CBN砂轮的制备方法，其特征在于：步骤七所述烧结的升温速率为5～10℃/min，从室温升温至烧结温度800～1050℃，保温时间10～30min。
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