CN115741506A - 一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮及其制备方法，砂轮包括树脂粘接剂、湿润剂、功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、自润滑复合填料、磨料。首先将各原料进行干燥处理，对功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料进行表面改性处理，然后将各原料混合。自润滑复合填料为由树脂粘接剂、补强填料、润滑剂、纤维材料等预制的复合材料。各原料混合后的成型料依次经过预压成型、固化，得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。本发明制备的树脂基自润滑砂轮具有较高的力学性能，同时自润滑成份可在砂轮工作时在砂轮/工件界面释放，能起到润滑、减摩的作用，从而降低磨削温度、提高工件表面质量、延长砂轮使用寿命。

Description

一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于磨削加工砂轮制造领域，涉及一种树脂基砂轮制备技术，特别地涉及一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮及其制备方法。

背景技术

磨削加工是利用高速旋转的砂轮去除工件表面材料的主要加工方式之一。树脂结合剂由于其成本低廉、成型方便、韧性好、耐冲击等特点，被广泛应用于砂轮的成型制造。通常情况下，砂轮中的磨料大都以较大负前角切削，且在磨削加工过程会产生大量的磨削热，尤其在高载荷、高线速度、大进给量、连续磨削等极端磨削工况条件下。树脂结合剂的弱点是耐热性能差，在高温下树脂性能急剧发生衰退，从而对磨料的把持力下降，砂轮磨损加剧，从而缩短砂轮使用寿命。同时，磨削高温作用下，不可避免导致工件表面产生热损伤，如热裂纹、烧伤、表面硬脆层(如白层)、氧化等，直接影响磨削后工件的使役性能(疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性、尺寸稳定性等)。因此，减少磨削产热，进而降低磨削温度，是延长树脂基砂轮服役寿命，并提高磨削加工件表面质量的重要手段。

通过喷嘴向砂轮/工件界面实时喷洒冷却液、磨削液，可有效降低磨削热，并提高工件表面质量。但磨削液中通常含有矿物油、表面活性剂以及防腐、杀菌添加剂，对人体有害，且难以回收，容易污染环境。因此，干磨削加工技术因不使用或少使用磨削液，对环境负面影响较小，而被称为一种绿色加工技术。在干磨削状态下，为了降低磨削过程热量的产生，通常采用在砂轮中添加固体润滑剂的方式改善砂轮/工件界面摩擦系数。石墨、二硫化钼、萤石等固体润滑剂粉料通常以填料的形式加入砂轮配方中(如CN 108972390 B；INT JMACH TOOL MANU,2012,56:94-101)，使固体润滑剂均匀分散在树脂结合剂中，进而在磨削过程中可以伴随着树脂结合剂的磨损，使固体润滑剂在砂轮/工件接触区释放，从而起到润滑作用。然而，固体润滑剂大多具有较低的表面能，难以被树脂浸润；同时，其独特的层状结构，极易在片层之间发生滑移，从而大幅降低结合剂力学性能。虽然，自润滑粉料过多的添加量可以改善润滑效果，但却显著降低砂轮的力学强度、磨削能力(Int J Adv Manuf Tech2016；85(9-12):2235-2245)。固体润滑剂含量过低，又无法保证良好的润滑效果。因此，通过添加固体润滑剂改善砂轮/工件表面磨削热，存在润滑性能与砂轮力学性能、磨削性能的矛盾。综上，在保树脂结合剂砂轮力学性能的基础上，提高砂轮中自润滑填料的许用添加量，进而降低干磨削状态下的磨削热，并延长砂轮使用寿命、提高工件表面质量，具有重要的科学意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮及其制备方法，利用树脂基砂轮的自润滑功能，降低树脂基砂轮磨削加工过程磨削产热，延长砂轮的使用寿命，改善磨削工件表面质量，进而实现绿色、高精度的磨削加工。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，由砂轮原料经过混料、预压成型和固化成型后得到，所述砂轮原料包括：按重量份计，树脂粘接剂12～20份，湿润剂6～8份，功能性填料6～12份，增强纤维3～8份，自润滑粉料1～3份，自润滑复合填料12～18份，磨料65～85份。

进一步地优选，所述砂轮原料包括：按重量份计，树脂粘接剂13～18份，湿润剂6～8份，功能性填料6～10份，增强纤维3～6份，自润滑粉料1～2份，自润滑复合填料12～15份，磨料70～85份。

再进一步地优选，所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的砂轮原料配比优化为，按重量份计，树脂粘接剂15份，湿润剂7份，功能性填料8份，增强纤维6份，自润滑粉料2份，自润滑复合填料15份，磨料80份。

进一步地，所述树脂粘接剂为改性酚醛树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、双马来酰亚胺树脂粉中的一种。所述树脂粘接剂的主要功能是将功能性填料、增强纤维、磨料、自润滑颗粒进行粘接，赋予砂轮一定的力学性能。

进一步地优选，所述改性酚醛树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、双马来酰亚胺树脂粉粒径为100目以上。最优的，所述树脂粘接剂为改性酚醛树脂粉。

进一步地，所述湿润剂为环氧树脂液、酚醛树脂液中的一种。所述湿润剂的主要功能是浸润磨料，并在混料阶段将树脂粘接剂、功能性填料、增强纤维、磨料、自润滑粉料等粘接在磨料表面，同时保证成型料在压制过程的中具备良好成型性能。

最优的，所述湿润剂为酚醛树脂液。

进一步地优选，湿润剂的粘度为25℃下570～650mPa·s，密度为1.15～1.30g/cm³。

进一步地，所述功能性填料为补强填料，选自半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、石英粉、刚玉粉、氧化铁粉、四氟化锆粉等中的任意一种或几种组合物。所述功能性填料可以提高树脂基砂轮的密度、强度以及磨削性能。

进一步地优选，所述功能性填料中的黄铁矿粉、石英粉、刚玉粉为60目以上粒度，所述功能性填料中的半水石膏粉、冰晶石粉、氧化铁粉、四氟化锆为100目以上粒度。

最优的，所述功能性填料为半水石膏粉、冰晶石粉、刚玉粉、氧化铁粉、四氟化锆粉中的多种组合物。

进一步地，所述增强纤维为芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须、钢纤维、铜纤维中的一种或多种组合物。所述增强纤维可以提高树脂基砂轮整体力学性能。

最优地，所述增强纤维为芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钢纤维、铜纤维中一种或多种的组合物。

进一步地优选，所述增强纤维中的芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须、钢纤维、铜纤维，直径均为30～100μm，长度均为1.0～5.0mm。

进一步地，所述自润滑粉料为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉、六方氮化硼粉、萤石粉中一种或多种的组合物。所述自润滑粉料均匀分布在树脂结合剂中，可以调控树脂结合剂的韧性，同时能对砂轮/工件界面起到一定程度的润滑作用，从而降低砂轮/工件界面摩擦系数，减少磨削热产生，进而有助于改善工件表面磨削烧伤问题。

进一步地优选，自润滑粉料中的石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉、六方氮化硼粉、萤石粉等自润滑粉料，粒径为100目以上的粒度。

最优地，所述自润滑填料中的自润滑粉料为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉中的一种或多种的组合物。

进一步地，所述磨料为锆刚玉、棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑刚玉、金刚砂、立方氮化硼中一种或多种的组合物。所述磨料的主要作用是在磨削过程起切削刃作用，进而去除工件表面材料。

进一步地优选，所述磨料由粗号、中号、细号三种粒度的磨料组成。所述粗号、中号、细号三种粒度磨料对应的平均粒径分别为1.0d、0.6～0.8d、0.2～0.4d。所述三种粒度磨料，按照重量份计，粗号磨料10～15份、中号磨料40～55份、细号磨料12～25份。

最优地，所述磨料中，所述粗号、中号、细号磨料的平均粒径分别为1.0d、0.6d、0.2d。所述三种粒度磨料，按照重量份计，粗号磨料15份、中号磨料60份、细号磨料25份。

最优地，所述磨料为锆刚玉、棕刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、立方氮化硼中一种或多种的组合物。

进一步地，所述自润滑复合填料为由树脂粘接剂、补强填料、润滑剂、纤维材料等原料依次经混料、成型、固化、机械破碎、表面镀覆、过筛等工艺所制备的粒径均匀的复合颗粒。所述树脂粘接剂包括液态树脂粘结剂(比如环氧树脂液)和粉末态树脂粘结剂(比如酚醛树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、聚醚醚酮粉)，所述自润滑复合填料中的润滑剂为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉、六方氮化硼粉、萤石粉中一种或多种的组合物。所述自润滑复合填料表面存在大量悬伸的纤维，可以与砂轮树脂结合剂形成锚接，提高砂轮力学性能。所述自润滑复合填料均匀分布在树脂基砂轮中，在磨削过程中伴随着结合剂的磨损在砂轮/工件接触区表面实时释放，有效地降低砂轮与工件界面摩擦系数，进而降低磨削热，改善工件表面磨削烧伤。

最优地，所述自润滑复合填料中润滑剂为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉中一种或多种的组合物。所述自润滑复合填料的表面镀覆为表面低温化学镀铜、镀镍处理。

进一步地优选，所述自润滑复合填料平均粒径为粗号磨料平均粒径的0.2～0.5倍。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述自润滑复合填料平均粒径为最粗号磨料平均粒径的0.35倍。

本发明还提供一种自润滑复合填料的制备方法，步骤如下：

(1)原料预处理

(11)将所述补强填料、润滑剂、纤维分别进行烘干干燥处理；

(12)将干燥后的所述补强填料、润滑剂、纤维分别采用硅烷偶联剂改性处理；

(13)将经过改性处理后的补强填料、润滑剂、纤维球磨后备用；

(2)混料

将树脂粘结剂与补强填料、润滑剂、纤维进行混合；

对于液态树脂粘结剂，加入补强填料、润滑剂、纤维后搅拌混合均匀，得到待固化混合料；

对于粉末态树脂粘结剂，与补强填料、润滑剂、纤维一起混合球磨处理，得到待固化混合料；

(3)成型

将待固化混合料在固化条件下进行固化成型，得到块状自润滑复合填料；

(4)复合填料整形

将块状自润滑复合填料进行机械破碎、过筛，得到粒径均匀的自润滑复合填料颗粒；

(5)表面处理

对自润滑复合填料颗粒进行表面偶联改性处理和/或表面金属层镀覆处理，得到自润滑复合填料。

本发明还保护一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的其制备方法，包括以下步骤：

(1)原料预处理

(11)将所述功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料分别采用硅烷偶联剂改性处理；

(12)将所述树脂粘接剂、自润滑复合填料以及改性后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料进行干燥处理；

(13)将经过改性、干燥处理后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料球磨混合后备用；

(2)混料

先将经球磨混合后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料与经湿润剂浸润后的磨料均匀混合，然后再与自润滑复合填料进行混合，最后经过筛后得到树脂砂轮成型料；

(3)预压成型

将树脂砂轮成型料投入模具，在压制工艺下预压成型，得到砂轮坯体；

(4)固化

将砂轮坯体在固化工艺下进行固化成型，得到树脂基自润滑砂轮。

优选的，步骤(11)中，改性方式为将所述功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料分别置于2～3wt％的KH560酒精溶液中，在超声震荡环境下处理0.5～1.0h，超声过程充分搅拌。

优选的，步骤(12)中，采用鼓风干燥箱烘干干燥，其中，所述树脂粘接剂、自润滑复合填料烘干条件为：40～50℃条件下烘烤40～60h；所述改性后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料及磨料的烘干条件为：70～80℃条件下干燥烘烤15～20h。

优选的，在步骤(13)中，采用行星式球磨机将功能性填料、增强纤维、自润滑粉料进行混合，球磨条件为：球磨机转速300～400rpm，球料比1:0.4。

优选的，步骤(2)中，混料工艺如下：

(21)将按照比例称量后的磨料置于双锅逆流混料机的上锅，上锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌3～5min，使不同粒度磨料充分混合均匀，得混合磨料；

(22)按照重量配比称取湿润剂，添加于(21)中的混合磨料中，继续搅拌5～8min，得到湿润后的磨料；

(23)称取(13)球磨混合后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料，加入双锅逆流混料机的上锅，继续搅拌6～8min，使功能性填料、增强纤维、自润滑粉料均匀粘附在经湿润剂湿润后的磨料表面。搅拌完成，将混合料转移至双锅逆流混料机的下锅；

(24)将粉末状树脂粘接剂加入双锅逆流混料机的下锅，下锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌1～1.5min，使磨料表面均匀包裹一层树脂粉；

(25)将称量后的自润滑复合填料加入双锅逆流混料机的下锅，继续搅拌0.5～1.0min，使自润滑复合填料均匀分散在磨料中，得待成型料；

(26)将(25)中的待成型料进行过筛，先过细目数网晒，得筛上物料；继续将筛上物料过粗目筛，筛下物即为树脂砂轮成型料；

优先地，所述(26)中的细目数网筛比所述混合磨料中的细号磨料小两个粒度号；所述粗目筛筛孔比所述粗号磨料大2个粒度号；

优先地，步骤(3)中，对于所述树脂基砂轮预压成型工艺为：

(31)称取(26)中所述成型料置于模具中，在50～60℃、5～10MPa条件下压制2～5min；

(32)在120～130℃、8～10MPa的条件下压制10～15min；

(33)在170～180℃、10～15MPa条件下压制20～25min；自然冷却后得到砂轮坯体。

优先地，对于所述(31)中的压制阶段，放气2～3次；(32)中的压制阶段，放气5～7次；对于(33)中的压制阶段，放气8～12次。

优先地，步骤(4)中，对于所述树脂基砂轮坯料，固化工艺分为低温段、中温段、高温段、冷却阶段，具体为：

(41)低温段：50～60℃条件下，烘烤1～1.5h，预热砂轮并烘干水分；

(42)中温段：120～130℃条件下，烘烤2～3h，调整树脂流动度；

(43)高温段：175～190℃条件下，烘烤20～28h，调整砂轮强韧性；

(44)降温阶段：在(43)段结束后，砂轮随炉冷却，调控砂轮内应力，冷却后得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用的自润滑复合填料表面具有大量的伸出纤维，可以与树脂结合剂形成锚接点，提高与树脂结合剂的结合强度。同时自润滑颗粒表面做了镀层处理，提高了自润滑颗粒表面能，易于被树脂浸润。因此，以自润滑复合填料形式在树脂基砂轮中添加润滑相，可以在提高砂轮自润滑性能的前提下保证砂轮具备较高的力学性能。

(2)将润滑组分以润滑粉料、自润滑复合填料的形式加入树脂基砂轮中，可以在保证砂轮具备较高力学性能的基础上，增加润滑组分的添加量。润滑组分在砂轮磨削过程中可以伴随着结合剂的磨损在砂轮/工件接触区实时释放，从而对接触区进行润滑，大幅降低磨削产热，降低磨削温度，从而改善树脂基砂轮因高温导致的热衰退问题，延长砂轮使用寿命，并提高工件表面加工质量。

(3)本发明制备的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，强度高，润滑性能好，使用寿命长，磨削后工件表面具有良好的表面质量，可以实现具有污染、有害、难回收磨削液/冷却液的替代，同时降低磨削加工成本，实现高精度、高可靠、高经济、绿色化的磨削加工。

总之。本发明制作的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，具备较高的力学性能，并且砂轮中添加的自润滑粉料和自润滑复合颗粒能在磨削过程中伴随着砂轮结合剂的磨损在砂轮/工件接触区原位释放，起到润滑、减摩的作用，从而降低磨削产热，不仅可以改善树脂基结合剂因高温导致的性能热衰提问题，提高砂轮的耐磨性，而且还能减少工件表面磨削加工热损伤缺陷、提高磨削加工表面质量。

附图说明

附图1是本发明高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮制备工艺流程。

附图2是本发明实施例2～4与对照例5～6所制备树脂基砂轮磨削过程砂轮/钢轨界面摩擦系数曲线。

附图3是本发明实施例2与对照例6所制备砂轮打磨后钢轨剖面金相组织光镜图。

附图4是本发明实施例2所制备砂轮打磨后钢轨试样剖面电子背散射衍射图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

自润滑复合填料的制备方法如下：

S(1)原料预处理

S(11)将所述沉淀硫酸钡、冰晶石、石英粉、刚玉粉、石墨粉、碳纤维分别置于鼓风干燥箱中，在50℃环境下烘烤30h，进行干燥处理。

S(12)将所述沉淀硫酸钡、冰晶石、石英粉、刚玉粉、石墨粉、碳纤维分别置于3wt％的硅烷偶联剂酒精溶液中，在超声环境下处理1.5h，并不断搅拌。

S(13)经超声处理后的沉淀硫酸钡、冰晶石、石英粉、刚玉粉、石墨粉、碳纤维分别置于50℃环境下干燥45h。

S(14)将上述步骤S(13)中所得的沉淀硫酸钡、冰晶石、石英粉、刚玉粉、石墨粉、碳纤维分别置于球磨机中进行球磨分散，球磨机转速300rpm，球料比1:0.6。

S(2)混料

S(21)将沉淀硫酸钡、冰晶石、石英粉、刚玉粉在球磨机中进行混合分散，得到混合补强填料。

S(22)称取经50℃烘箱中加热10h的环氧树脂液，采用无水乙醇作为稀释在搅拌条件下对环氧树脂液进行稀释，无水乙醇重量为环氧树脂液20wt％；搅拌桨转速500rpm，搅拌时间3min。

S(23)将石墨粉加入分3次添加进稀释后的环氧树脂中，并采用搅拌桨在2000rpm的转速下搅拌20min。

S(24)称取碳纤维加入上述S(23)中的环氧树脂液中，并在2000rpm的转速下搅拌10min。

S(25)称取环氧树脂固化剂，固化剂与环氧树脂重量比为1:1；采用无水乙醇作为稀释剂将固化剂进行稀释，无水乙醇重量为固化剂的20wt％；稀释过程中采用搅拌桨进行搅拌，搅拌桨转速500rpm，搅拌时间3min。

S(26)将上述S(25)中稀释后的固化剂添加入S(24)中所述环氧树脂液中，并保持2000rpm的搅拌速度；

S(27)称取上述S(21)中经球磨机混合后的补强填料，并分3次加入上述S(26)树脂液中，并搅拌10min，搅拌桨转速2000rpm，得环氧树脂成型料；

S(3)成型

S(31)将上述S(27)中所得环氧树脂液成型料注入成型模具中，并置于烘箱中加热；

S(32)进一步地，上述S(31)中环氧树脂液成型固化温度为60℃，固化时间50h，得到块状自润滑复合填料；

S(4)自润滑复合填料整形

S(41)对于上述S(3)中成型后的块状自润滑复合填料，进行机械破碎，得到颗粒状自润滑复合填料；

S(42)根据砂轮成型要求，将所述S(41)中的自润滑复合填料进行过筛处理。

S(5)自润滑复合填料表面处理

S(51)对于所述S(42)中过筛后的颗粒状自润滑复合填料，对其表面进行低温化学镀铜处理，得到自润滑复合填料。

实施例2：

本实施例高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其砂轮原料包括：按重量份计，改性酚醛树脂粉13份，酚醛树脂液6份，半水石膏粉2份、冰晶石粉3份、黄铁矿粉1份、刚玉粉2份、氧化铁粉1份，玄武岩纤维2份、玻璃纤维份2份，石墨粉1份，实施例1中制备的自润滑复合填料18份，F12锆刚玉10份、F16锆刚玉50份、F30锆刚玉20份。

本实施例的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的制备方法，包括：

(1)原料预处理

(11)将所述半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、氧化铁粉，玄武岩纤维、玻璃纤维份，石墨粉，锆刚玉磨料置于3wt％的KH560酒精溶液中，在超声震荡环境下处理1.0h，超声过程充分搅拌；

(12)将改性酚醛树脂粉、自润滑复合填料置于鼓风干燥箱中，在50℃条件下烘烤60h；将(11)中改性后的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、氧化铁粉，玄武岩纤维、玻璃纤维份，石墨粉，锆刚玉磨料置于鼓风干燥箱中，在80℃条件下干燥烘烤20h；

(13)将(12)中的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、氧化铁粉、玄武岩纤维、玻璃纤维份、石墨粉置于球磨机中进行球磨混合，球磨机转速400rpm，球料比1:0.4。

(2)混料

(21)将按照比例称量后的锆刚玉磨料置于双锅逆流混料机的上锅，上锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌5min，使不同粒度锆刚玉充分混合均匀，得混合磨料；

(22)按照重量配比称取酚醛树脂液，添加于(21)中的混合锆刚玉磨料中，继续搅拌5min，得到湿润后的锆刚玉磨料；

(23)称取(13)球磨混合后的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、氧化铁粉、玄武岩纤维、玻璃纤维份、石墨粉，加入双锅逆流混料机的上锅，继续搅拌8min。搅拌完成，将混合料转移至双锅逆流混料机的下锅；

(24)将改性酚醛树脂粉加入双锅逆流混料机的下锅，下锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌1.5min，使磨料表面均匀包裹一层改性酚醛树脂粉；

(25)称量平均粒径为0.65mm的自润滑复合填料，并加入双锅逆流混料机的下锅，继续搅拌0.5min，得待成型料；

(26)将(25)中的待成型料过35目筛，得筛上物；将筛上物继续过8目筛，所得筛上物即为成型料。

(3)预压成型

(31)称取(26)中所述成型料置于模具中，在50℃、5MPa条件下压制5min；该过程放气2次，放气时长20秒/次；

(32)在120℃、10MPa的条件下压制10min；该过程放气5次，放气时长30秒/次；

(33)在180℃、10MPa条件下压制20min；该过程放气8次，放气时长15秒/次；

压缩完成，自然冷却后得树脂基砂轮坯体。

(4)固化

将所述(33)中的砂轮坯体置于鼓风干燥箱中，按照如下工艺进行固化，具体为：

(41)低温段：60℃条件下，烘烤1h；

(42)中温段：120℃条件下，烘烤2h；

(43)高温段：180℃条件下，烘烤28h；

(44)降温阶段：在(43)段结束后，砂轮随炉冷却，冷却后得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。

实施例3：

本实施例高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其包括：按重量份计，改性酚醛树脂粉15份，环氧树脂液7份，半水石膏粉2份、冰晶石粉1份、黄铁矿粉1份、刚玉粉3份、四氟化锆粉4份，碳纤维1份、玻璃纤维5份，二硫化钼粉2份，实施例1中制备的自润滑复合填料16份，F12锆刚玉15份、F16锆刚玉55份、F30锆刚玉15份。

本实施例的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂的制备方法，包括：

(1)原料预处理

(11)与实施例2同，本实施例中半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、四氟化锆粉，碳纤维、玻璃纤维，二硫化钼粉，锆刚玉磨料先后经过偶联剂改性、表面干燥、球磨分散处理；

(12)与实施例2同，本实施例中改性酚醛树脂粉经过干燥处理。

(2)混料

(21)将按照比例称量后的锆刚玉磨料置于双锅逆流混料机的上锅，上锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌4min，使不同粒度锆刚玉充分混合均匀，得混合磨料；

(22)按照重量配比称取环氧树脂液，添加于(21)中的混合锆刚玉磨料中，继续搅拌8min，得到湿润后的锆刚玉磨料；

(23)称取(11)球磨混合后的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、刚玉粉、四氟化锆粉，碳纤维、玻璃纤维，二硫化钼粉，加入双锅逆流混料机的上锅，继续搅拌8min。搅拌完成，将混合料转移至双锅逆流混料机的下锅；

(24)将改性酚醛树脂粉加入双锅逆流混料机的下锅，下锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌1min；

(25)将平均粒径为0.5mm的自润滑复合填料加入双锅逆流混料机的下锅，继续搅拌1min，得待成型料；

(26)将(25)中的待成型料过35目筛，得筛上物；将筛上物继续过8目筛，所得筛上物即为成型料。

(3)预压成型

(31)称取(26)中所述成型料置于模具中，在50℃、8MPa条件下压制5min；该过程放气2次，放气时长30秒/次；

(32)在130℃、8MPa的条件下压制15min；该过程放气5次，放气时长20秒/次；

(33)在175℃、12MPa条件下压制25min；该过程10次，放气时长20秒/次；

压缩完成，自然冷却后得树脂基砂轮坯体。

(4)固化

将所述(33)中的砂轮坯体置于鼓风干燥箱中，按照如下工艺进行固化，具体为：

(41)低温段：50℃条件下，烘烤1.5h；

(42)中温段：120℃条件下，烘烤2.5h；

(43)高温段：185℃条件下，烘烤25h；

(44)降温阶段：在(43)段结束后，砂轮随炉冷却，冷却后得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。

实施例4：

本实施例高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其包括：按重量份计，改性酚醛树脂粉12份，酚醛树脂液6份，半水石膏粉3份、冰晶石粉3份、黄铁矿粉2份，玄武岩纤维6份，硫化钨粉2份，实施例1中制备的自润滑复合填料16份，F12锆刚玉15份、F16锆刚玉45份、F30锆刚玉25份。

本实施例的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的制备方法，包括：

(1)原料预处理

(11)将所述半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉，玄武岩纤维，硫化钨粉，锆刚玉磨料置于2wt％的KH560酒精溶液中，在超声震荡环境下处理1.0h，超声过程充分搅拌；

(12)将改性酚醛树脂粉、自润滑复合填料置于鼓风干燥箱中，在50℃条件下烘烤50h；将(11)中改性后的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉，玄武岩纤维，硫化钨粉，锆刚玉磨料置于鼓风干燥箱中，在70℃条件下干燥烘烤20h；

(13)将(12)中的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉，玄武岩纤维，硫化钨粉置于球磨机中进行球磨混合，球磨机转速350rpm，球料比1:0.4。

(2)混料

(21)将按照比例称量后的锆刚玉磨料置于双锅逆流混料机的上锅，上锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌4min，使不同粒度锆刚玉充分混合均匀，得混合磨料；

(22)按照重量配比称取酚醛树脂液，添加于(21)中的混合锆刚玉磨料中，继续搅拌7min，得到湿润后的锆刚玉磨料；

(23)称取(13)球磨混合后的半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉，玄武岩纤维，硫化钨粉，加入双锅逆流混料机的上锅，继续搅拌6min。搅拌完成，将混合料转移至双锅逆流混料机的下锅；

(24)将改性酚醛树脂粉加入双锅逆流混料机的下锅，下锅顺时针转速60rpm，料叉逆时针转速20rpm，搅拌1min；

(25)称量平均粒径为0.65mm的自润滑复合填料，并加入双锅逆流混料机的下锅，继续搅拌0.5min，得待成型料；

(26)将(25)中的待成型料过35目筛，得筛上物；将筛上物继续过8目筛，所得筛上物即为成型料。

(3)预压成型

(31)称取(26)中所述成型料置于模具中，在50℃、6MPa条件下压制5min；该过程放气2次，放气时长15秒/次；

(32)在120℃、8MPa的条件下压制15min；该过程放气6次，放气时长20秒/次；

(33)在170℃、15MPa条件下压制25min；该过程放气10次，放气时长20秒/次；

压缩完成，自然冷却后得树脂基砂轮坯体。

(4)固化

将所述(33)中的砂轮坯体置于鼓风干燥箱中，按照如下工艺进行固化，具体为：

(41)低温段：50℃条件下，烘烤1.5h；

(42)中温段：130℃条件下，烘烤3h；

(43)高温段：190℃条件下，烘烤20h；

(44)降温阶段：在(43)段结束后，砂轮随炉冷却，冷却后得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。

对照例5：

本实施例的制备方法与实施例2相同，区别在于本实施例中不含自润滑复合填料，得到树脂基砂轮。

按重量份计，改性酚醛树脂粉13份，酚醛树脂液6份，半水石膏粉2份、冰晶石粉3份、黄铁矿粉1份、刚玉粉2份、氧化铁粉1份，玄武岩纤维2份、玻璃纤维份2份，石墨粉6份，F12锆刚玉10份、F16锆刚玉50份、F30锆刚玉20份。

对照例6：

本实施例的制备方法与实施例3相同，区别在于本实施例中不含自润滑粉料与自润滑复合填料，得到树脂基砂轮。

按重量份计，改性酚醛树脂粉15份，环氧树脂液7份，半水石膏粉2份、冰晶石粉1份、黄铁矿粉1份、刚玉粉3份、四氟化锆粉4份，碳纤维1份、玻璃纤维5份，F12锆刚玉15份、F16锆刚玉55份、F30锆刚玉15份。

将上述实施例2～4制备的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮、对照例5、6所制备的树脂基砂轮进行抗压强度、磨削性能试验，得到上述实施例的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮性能检测结果表，如表1所示。

表1实施例2～4、对照例5～6所制备树脂基砂轮性能检测结果表

通过上述表1中结果可以明显看出，砂轮中添加自润滑复合填料与自润滑粉料，可以保证砂轮具备良好的抗压强度，并使砂轮表现出较高的打磨量和优异的磨削比，同时降低树脂基砂轮/工件表面摩擦系数，进而大幅降低磨削温度，降低砂轮的磨损，提高砂轮的磨削比；最终，提高钢轨表面光洁度。

实施例2～4、对照例5、6所制备树脂基砂轮打磨实验过程中，砂轮/钢轨界面摩擦系数结果如图2。结果表明，采用自润滑复合填料与自润滑粉料协同调控作用下，砂轮/钢轨界面摩擦系数明显降低，进而可以有效降低磨削热的产生。

实施例2与对照例6所制备的树脂基钢轨打磨砂轮打磨后的U71Mn钢轨试样沿打磨方向剖开，制备剖面金相试样，采用光学显微镜观察剖面金相组织，结果如图3。结果表明，实施例2所制备的钢轨打磨砂轮，可以有效降低钢轨表面因磨削热导致的白层厚度，改善钢轨因打磨造成的预疲劳，进而提高打磨后钢轨表面质量，延长钢轨服役周期。图4为实施例2所制备钢轨打磨砂轮打磨后钢轨剖面电子背散射衍射(EBSD)晶向取向结果，结果表明，打磨后钢轨表面无明显择优取向，且基本不存在晶粒极度细化组织(即白层)，进一步证明实施例2中所制备的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮具有良好润滑效果，有效降低钢轨因打磨导致的烧伤缺陷白层的产生。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本发明的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，由砂轮原料经过混料、预压成型和固化成型后得到，其特征在于：所述砂轮原料按重量份计包括：树脂粘接剂12～20份，湿润剂6～8份，功能性填料6～12份，增强纤维3～8份，自润滑粉料1～3份，自润滑复合填料12～18份，磨料65～85份。

2.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述树脂粘接剂为改性酚醛树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、双马来酰亚胺树脂粉中的一种。

3.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述湿润剂为环氧树脂液、酚醛树脂液中的一种。

4.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述功能性填料为半水石膏粉、冰晶石粉、黄铁矿粉、石英粉、刚玉粉、氧化铁粉、四氟化锆粉等中的任意一种或几种组合物。

5.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：增强纤维为芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须、钢纤维、铜纤维中的一种或多种组合物。

6.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述自润滑粉料为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉、六方氮化硼粉、萤石粉中一种或多种的组合物。

7.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述磨料为锆刚玉、棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑刚玉、金刚砂、立方氮化硼中一种或多种的组合物；所述磨料由平均粒径1.0d的粗号磨料、0.6d～0.8d的中号磨料、0.2d～0.4d的细号磨料复配组成。

8.根据权利要求1所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮，其特征在于：所述自润滑复合填料为由树脂粘接剂、补强填料、润滑剂、纤维材料等原料依次经混料、成型、固化、机械破碎、表面镀覆、过筛制备的粒径均匀的复合颗粒；所述自润滑复合填料中的润滑剂为石墨粉、二硫化钼粉、硫化钨粉、六方氮化硼粉、萤石粉中一种或多种的组合物；所述自润滑复合填料表面存在大量悬伸的纤维；所述自润滑复合填料表面低温化学镀铜、镀镍处理；所述自润滑复合填料平均粒径为砂轮中粗号磨料平均粒径的0.2～0.5倍。

9.一种权利要求1～8任一项所述的高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料预处理

(11)将所述功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料分别采用硅烷偶联剂改性处理；

(12)将所述树脂粘接剂、自润滑复合填料以及改性后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料、磨料进行干燥处理；

(13)将经过改性、干燥处理后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料球磨混合后备用；

(2)混料

先将经球磨混合后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料与经湿润剂浸润后的磨料均匀混合，然后再与自润滑复合填料进行混合，最后经过筛后得到树脂砂轮成型料；

(3)预压成型

将树脂砂轮成型料投入模具，在压制工艺下预压成型，得到砂轮坯体；

(4)固化

将砂轮坯体在固化工艺下进行固化成型，得到高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮。

10.根据权利要求9所述高强度低烧伤的树脂基自润滑砂轮的制备方法，步骤(2)中，混料工艺如下：

(21)将按照比例称量后的磨料置于双锅逆流混料机的上锅，搅拌3～5min，使不同粒度磨料充分混合均匀，得混合磨料；

(22)按照重量配比称取湿润剂，添加于(21)中的混合磨料中，继续搅拌5～8min，得到湿润后的磨料；

(23)称取(13)球磨混合后的功能性填料、增强纤维、自润滑粉料，加入双锅逆流混料机的上锅，继续搅拌6～8min，使功能性填料、增强纤维、自润滑粉料均匀粘附在经湿润剂湿润后的磨料表面；搅拌完成，将混合料转移至双锅逆流混料机的下锅；

(24)将粉末状树脂粘接剂加入双锅逆流混料机的下锅，搅拌1～1.5min，使磨料表面均匀包裹一层树脂粉；

(25)将称量后的自润滑复合填料加入双锅逆流混料机的下锅，继续搅拌0.5～1.0min，使自润滑复合填料均匀分散在磨料中，得待成型料；

(26)将(25)中的待成型料进行过筛，先过细目数网筛，得筛上物料；继续将筛上物料过粗目筛，筛下物即为树脂砂轮成型料。

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