CN112917403B

CN112917403B - 热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法

Info

Publication number: CN112917403B
Application number: CN202110109145.5A
Authority: CN
Inventors: 仲怀民
Original assignee: Jiangsu New Lihe Grinding Tool Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu New Lihe Grinding Tool Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: CN112917403A

Abstract

本发明公开了一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法，属于砂轮制造工艺技术领域，针对高耐用度磨钢轨砂轮在热压成型时从模具缝隙挤料造成的质量问题，投入多层不同配方的成型料，合模后经预压、热压形成初步固化的砂轮坯体，形成砂轮坯体上下部适当厚度的热压挤料阻隔层，使坯体各层在同样的温度、压力条件下，阻隔软化的结合剂被挤出表面层。本发明能够防止高硬度、高密度砂轮在热压成型中的结合剂因挤料流失，保持了砂轮整体的高树脂含量和致密性，减少了树脂损失，为砂轮进一步提高耐磨性能提供了先决条件。

Description

热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法

技术领域

本发明属于砂轮制造工艺技术领域，是对超硬级高耐磨性的磨钢轨砂轮制造工艺的改进，具体是一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法。

背景技术

国产GMC96X和GMC96B钢轨打磨列车，机车带动列车行进，由96个砂轮同时对钢轨进行打磨。其磨削机头采用竖轴立磨方式，使用砂轮的端面进行磨削，砂轮使用线速度为50m/s,磨削接触面大，磨削产生热量较高，容易形成对钢轨表面的烧伤。砂轮生产厂常选择硬度稍低的配方，用较低的砂轮耐磨性能来防止所磨削钢轨表面产生烧伤蓝点。

近年来，铁路总公司下属各钢轨打磨列车运行的用户，不断要求提高磨钢轨砂轮的耐用性，砂轮平均磨削钢轨痕迹长度已从80km逐步提高到120km以上。砂轮生产厂使用以锆刚玉磨料、改性酚醛树脂和活性填料的配方，加大结合剂量，提高热压压力，力求做到结构最致密、砂轮硬度最高，尽量满足用户的新目标，但因此给砂轮制造工艺造成困难。对于硬度更高、成型密度更大的砂轮，在180℃的热压温度和20Mpa以上压强的条件下，热量由模具向内部传热，砂轮坯体内树脂软化，通过模件间隙向上下挤出，降低了砂轮内部的组织均匀性，加大了砂轮的静不平衡克数，甚至形成局部空洞，砂轮使用寿命反而有所下降。

同时，硬度更高的砂轮的热压成型，压力是从两端面传入，两端面组织最紧密且树脂含量最高，初用砂轮磨削钢轨时更容易烧伤工件表面，甚至出现连续烧伤的蓝色色带，直至表面层消耗5mm厚度后蓝点方才逐渐消失。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，在研制高耐磨性能磨钢轨砂轮的过程中，为克服高硬度砂轮热压工序的挤料问题从而降低砂轮内在质量而采取的技术措施，具体是在热压树脂结合剂砂轮的成型过程中，投入多层不同配方的成型料，上下端面层形成有效隔离层，从而克服软化树脂从模具缝隙挤出的缺陷。

本发明是这样实现的：

为克服磨钢轨砂轮提高耐磨性能的困难，针对高硬度、高密度砂轮配方在热压成型时出现树脂从模具缝隙挤出的问题，设计在模具上下端面的不同配方料层，阻隔中层物料中结合剂受热软化后被挤出坯体，具体的工艺为：

依次投入多层不同配方的成型料，合模后经预压、热压形成初步固化的砂轮坯体，在上下端面层形成有效隔离层；所述的多层至下而上依次为砂轮底部、砂轮中部、砂轮上部；所述的砂轮底部为非磨削层，所述的砂轮中部为磨削主层，所述的砂轮上部为磨削初期最先接触工件的端面层；

所述的砂轮底部所用磨料是A24棕刚玉和C46碳化硅，所用结合剂为环氧改性酚醛树脂和非活性填料，其中A24占25-40％，C46占35-45％，结合剂占25-40％。；所述的砂轮中部所用主磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料其中磨料占60-80％，结合剂占20-40％；所述的砂轮上部所用磨料和结合剂种类与砂轮中部相同，即砂轮上部磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料；所述的砂轮上部使用的结合剂的量为砂轮中部结合剂的98％～99％。其中磨料占60.4-80.4％，结合剂占19.6％-39.6％，在样块试验中单位面积受压提高5Mpa，但不出现挤料现象。样块具有足够的强度，其硬度与磨削主料相同。

上述的技术中通过在上下端面投入不同配方的料层，形成砂轮坯体上下部适当厚度的热压挤料阻隔层，使坯体各层在同样的温度、压力条件下，阻隔软化的结合剂被挤出表面层。磨削层端面再辅以网格凹凸结构，进一步防止烧伤工件的情况出现。由上下层料的有效阻隔中间主磨削层向外挤压出的树脂结合剂，保持了砂轮整体的高树脂含量和致密性，减少了树脂损失，维持了砂轮的静平衡性，促进了高耐磨性能的实现。

进一步，所述的砂轮底部是与电机法兰盘相联结的卡装部位，是砂轮不参与磨削的后端面层，即非磨削层；所述的砂轮底部的料层比卡装厚度薄3mm～5mm。砂轮底部的配方经样块试验有足够的强度且在热压时不发生挤料现象，可以阻隔热压砂轮时从底板缝隙处挤出物料。

进一步，因打磨车配用砂轮规格不同，所述的砂轮中部的厚度为45mm～60mm；所述的砂轮上部厚度为5mm，砂轮中部的配方经样块试验有足够的硬度和强度，样块热压时有重量比5％左右的挤料产生。

进一步，在依次投入砂轮底部、砂轮中部、砂轮上部配方的成型料时，需要摊平后再进行下一步。

进一步，按顺序投砂轮底部料、砂轮中部料和砂轮上部料并由摊料机分别摊平，在所述的砂轮上部用网格凹凸结构的盖板以及定模压块预压，使砂轮磨削端面形成2mm深的均匀凹坑。

进一步，所述的热压具体为：用垫铁实现两面施压，在热压机内实施180℃、20Mpa的条件下共40分钟的热压并自动适时排气，坯体成型且已初步固化。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

本发明能够形成砂轮坯体上下部适当厚度、能阻挡热压挤料的料层，热压过程中，坯体各层在同样的温度、压力条件下，只从中部高结合剂含量层向上下部渗入部分树脂，但不至于挤出表面层，从而实现砂轮总体的高耐磨性；

本发明与角向磨钢机上使用的钹形砂轮的50℃—70℃的半热压工艺不同，磨钢轨砂轮所采用的多层投料之间，不加任何玻璃纤维网片等增强物，仅为上下部料层受热时能适当排气但可阻隔挤出物，最终与中部料层形成紧密结合的整体。

本发明能够防止高硬度、高密度砂轮在热压成型中的结合剂因挤料流失，保持了砂轮整体的高树脂含量和致密性，减少了树脂损失，为砂轮进一步提高耐磨性能提供了先决条件；

按多层料方案设计制造的磨钢轨砂轮更致密、硬度更高，耐磨性能好，使用寿命长，平均打磨里程达到150遍公里以上，本发明的工艺中上端面采用有网格凹凸结构表面的盖板，可防止新换砂轮磨削时对钢轨表面的烧伤。

附图说明

图1为本发明一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法的原理图；

图2为本发明一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法的实施例中Φ260砂轮上部料盖板图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例中所指产品为如下性能特征的砂轮：

磨钢轨砂轮260×90×153ZA14Y3B 50m/s磨削寿命≥130km；

磨钢轨砂轮250×75×150ZA16Y3B 50m/s磨削寿命≥120km。

针对高硬度、高密度配方的砂轮在热压成型时出现树脂从模具缝隙挤出的问题，设计在模具上下端面的不同配方，并采用如下工艺技术方案:

在磨钢轨砂轮热压成型工序，先依次投入砂轮底部、砂轮中部、砂轮上部共三种不同配方的成型料并摊平，合模后经预压、热压形成初步固化的砂轮坯体。其原理如图1所示。

所述砂轮底部是与电机法兰盘相联结的卡装部位，是砂轮不参与磨削的后端面层，即非磨削层。砂轮下端面层比配套卡装厚度薄3mm—5mm,所用磨料为A24和C46，4号组织，成型密度2.88g/cm³，所用结合剂为环氧改性酚醛树脂和非活性填料，其配方经样块试验有足够的强度且在热压时不发生挤料现象，可以阻隔热压砂轮时从底板缝隙处挤出物料。

所述砂轮中部是磨削主层，因打磨车配用砂轮规格不同，厚度为45mm—60mm不等。所用主磨料为锆刚玉，所用结合剂为聚合速度较快、流动性较低的热压专用酚醛树脂和活性填料，其配方经样块试验有足够的硬度和强度，样块热压时有重量比5％左右的挤料产生。

所述砂轮上部是磨削初期最先接触工件的端面层，砂轮上端面层厚度为5mm,所用磨料ZA16和C20，1号组织，成型密度3.28g/cm³，树脂用量比中部料减少重量比1—2个百分点。即所用磨料和结合剂与磨削主层相同，所用配方减少了1％到2％的结合剂用量，在样块试验中单位面积受压提高5Mpa，但不出现挤料现象。样块具有足够的强度，其硬度与磨削主料相同。

所述各层成型料投料后都必须用专用刮板摊平再进行下一工步。所述上部用网格凹凸结构的盖板，使砂轮磨削端面形成2mm深的均匀凹坑。详见图2所示，本实施例仅以Φ260砂轮上部料盖板为例，其它规格产品亦有相同形式的结构。盖板表面的均匀凸起，会形成砂轮端面的均匀凹坑。磨削时会起到排屑和局部散热作用，是防止烧伤工件的有效措施之一。合模后经预压、热压形成初步固化的砂轮坯体。

本发明是在研制高耐磨性能磨钢轨砂轮的过程中，为克服高硬度砂轮热压工序的挤料问题从而降低砂轮内在质量而采取的技术措施。由上下层料的有效阻隔中间主磨削层向外挤压出的树脂结合剂，保持了砂轮整体的高树脂含量和致密性，减少了树脂损失，维持了砂轮的静平衡性，促进了高耐磨性能的实现。

与现有技术产品相比，砂轮结构中三层投料的配方特点及区别如下表：

新旧配方特点对比表

注^*：硬度设计按等同国际标准的硬度等级划分，将传统的超硬大级划分成U、V、W、X、Y和Z级等六个小级，以便细致设计配方并控制耐磨程度。

从上表可以看出，新用配方磨削层组织号降低3个号级，即磨料体积百分比由50％提高到56％；成型密度由3.12提高到3.24g/cm3，气孔率由12.3％降低到7％，都是提高砂轮致密性和硬度的直接措施。硬度提高相当于国际标准的四个字母级，砂轮的耐磨性自然随之提高。但如果没有设置隔离挤料料层的间接措施，软化结合剂被挤掉一部分，高硬度无法得以保证，耐磨性能也就得不到保证。

本发明产品与现有技术产品相比，砂轮使用寿命即总磨削长度由100km提高到150km左右，而且在整个砂轮寿命周期都不会出现对工件的烧伤现象。

产品经国家磨料磨具质量检验中心和铁道科学研究院检验及磨削试验，由上海铁路局大型养路机械运用检修段批量试用，上海铁路局主持复查验证，其验证意见择要如下：

钢轨打磨过程安全可靠，无异常振动；砂轮锋利性好，切削能力强，钢轨表面无烧伤，磨削后钢轨表面粗糙度≦10um,打磨质量优于进口同类砂轮；耐磨性能好，使用寿命长，砂轮平均打磨里程达到150遍公里以上。应该指出，产生提高砂轮耐磨性能的主要因素在于本发明所采用的中层成型料的配方，但设计上下部成型料的工艺为高耐磨性能提供了先决条件。本发明不再重复提供所用的高硬度树脂砂轮的配方。

实施例1：

为生产GMC96X打磨车配套的磨钢轨砂轮260×90×153ZA14Y3B 50m/s，磨削使用寿命应至少达到130km。

1)按砂轮总厚度、卡装部位厚度和工艺要求设计计算各料层体积。数据如下表所示：

料层厚度和体积表

2)按设计的不同特点的层次配方，由体积百分比计算各组分的重量百分比，再按成型密度分别计算出各自投料量，下达配料单进行混料操作。

由体积百分比计算重量百分比，可按下式逐项计算各组分总计100％的重量比：Wi＝Vi·di/r

式中：Wi—某组分的重量百分比；Vi—某组分的体积百分比；di—某组分材料的比重；r—设定的成型密度，g/cm³。

3)分别称量每片砂轮坯体的分层投料重量，按顺序投底部料、中层料和上部料并由摊料机分别摊平，加盖网格凸凹结构的上盖板和定模压块。

4)用垫铁实现两面施压，在热压机内实施180℃、20Mpa的条件下共40分钟的热压并自动适时排气，坯体成型且已初步固化。

5)卸模时观察底板、盖板缝隙的挤料量，超过30克时，可调整上层料的树脂加入量，如由重量百分比9％降低到8.5％，下批产品即可改善挤料情况。因这与每批树脂的聚合速度和流动性能的差异有关，不可能一成不变的执行上部料配方。

实施例2：

对于磨钢轨砂轮250×75×150 ZA16Y3B 50m/s磨削使用寿命至少应达到120km。这是一种无金属基体、靠外圆周面装卡的端面磨砂轮。

料层厚度和体积表

5)卸模时观察底板、盖板缝隙的挤料量，超过30克时，可调减上层料0.5％的树脂加入量。

本发明工艺制备的砂轮多层结构构成整体，在磨削钢轨时，实现总体耐磨性能进一步提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法，其特征在于，所述的工艺为：

所述的砂轮底部所用磨料是A24棕刚玉和C46碳化硅，所用结合剂为环氧改性酚醛树脂和非活性填料；

所述的砂轮中部所用主磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料；

所述的砂轮上部所用磨料和结合剂种类与砂轮中部相同，即砂轮上部磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料；所述的砂轮上部使用的结合剂的量为砂轮中部结合剂的98%~99%；

各组分按照质量百分比计算，其中所述的砂轮底部所用组分中：A24占25-40%，C46占35-45%，结合剂占25-40%；所述的砂轮中部所用主磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料其中磨料占60-80%，结合剂占20-40%；所述的砂轮上部所用磨料和结合剂种类与砂轮中部相同，即砂轮上部磨料为锆刚玉，所用结合剂为热压专用酚醛树脂和活性填料；所述的砂轮上部使用的结合剂的量为砂轮中部结合剂的98%~99%；其中磨料占60.4-80.4%，结合剂占19.6%-39.6%；

在依次投入砂轮底部、砂轮中部、砂轮上部配方的成型料时，需要摊平后再进行下一步；按顺序投砂轮底部料、砂轮中部料和砂轮上部料并由摊料机分别摊平，在所述的砂轮上部用网格凹凸结构的盖板以及定模压块预压，使砂轮磨削端面形成2mm深的均匀凹坑。

2.根据权利要求1所述的一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法，其特征在于，所述的砂轮底部是与电机法兰盘相联结的卡装部位，是砂轮不参与磨削的后端面层，即非磨削层；所述的砂轮底部的料层比卡装厚度薄3mm~5mm，成型密度2.88g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法，其特征在于，所述的砂轮中部的厚度为45mm~60mm；所述的砂轮上部厚度为5mm。

4.根据权利要求1所述的一种热压磨钢轨砂轮多层投料工艺方法，其特征在于，所述的热压具体为：用垫铁实现两面施压，在热压机内实施180℃、20Mpa 的条件下共40分钟的热压并自动适时排气，坯体成型且已初步固化。