CN207900963U - 一种钢轨打磨专用钎焊cbn磨料结块复合砂轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮，属于砂轮技术领域，砂轮包括基体、基体上端的砂轮工作层；砂轮工作层包括钎焊CBN烧结块以及树脂结合剂锆刚玉磨料；所述的钎焊CBN烧结块为圆柱形钎焊CBN磨削块，圆面为磨削面；钎焊CBN烧结块间隔均匀竖直插入到树脂结合剂锆刚玉磨料中；本实用新型的复合材料砂轮在长时间工作状态下可保持较好的锋利度，产生较少的磨削热，提高钢轨材料去除效率，减轻钢轨烧伤发蓝现象，修磨后的钢轨表面质量更好，粗糙度更低，钢轨表面更细腻。

Description

一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮

技术领域

本实用新型属于砂轮技术领域，涉及一种磨具，尤其是一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮。

背景技术

在我国社会经济不断推进的过程中，铁路一直是国家最重要的基础设施和国民经济的大动脉，尤其是近几年来高速铁路的快速发展，铁路建设已经在我国综合交通运输体系中占有主导地位。钢轨是所有铁路走行设备的载体，它直接与列车车轮接触，承受上部传来的轮载作用，极易发生受损情况，如波磨、裂纹、肥边、压溃、点蚀等，危及行车安全。为了避免这些病害对行车安全带来影响，早期的处理方法就是更换钢轨。但是大量钢轨的提前退役将造成大量的资源和能源浪费。研究人员发现，利用打磨列车对钢轨进行科学修磨是改善轮轨接触状态，消除和延缓钢轨表面伤损，提高轨道的平顺性，延长钢轨的使用寿命的最有效的方法和经济最佳方案。

目前钢轨修磨列车广泛使用树脂结合剂的刚玉磨料砂轮。由于树脂结合剂对磨料把持力较弱，磨料容易脱落，导致砂轮使用寿命较短；同时刚玉磨料在高速重载荷磨削条件下，磨削刃口消耗较快，易钝化，造成砂轮在长期使用中不够锋利，产生高磨削热，导致钢轨材料切除效率低，钢轨修磨表面质量差，极容易出现烧伤发蓝现象。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，公开了一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮，通过在砂轮中引入圆柱形的钎焊CBN烧结块，是将传统树脂固结磨料技术与钎焊固结超硬磨料技术相结合，同时该方法让结合剂与CBN磨料之间产生冶金反应，获得对磨料的高把持力，同时磨料出露高度高，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮，其特征在于，所述的砂轮包括基体、基体上端的砂轮工作层；所述的砂轮工作层包括钎焊CBN烧结块以及树脂结合剂锆刚玉磨料；所述的钎焊CBN烧结块为圆柱形钎焊CBN磨削块，选择圆柱形磨削块相比较于方形，可以减少磨削应力，圆面为磨削面，底面半径5~20mm，高40~70mm；所述的钎焊CBN烧结块间隔均匀竖直插入到树脂结合剂锆刚玉磨料中，所述的钎焊CBN烧结块的圆面与砂轮工作层的层面平行。

进一步，所述的钎焊CBN烧结块以15°~45°等角度间隔均匀竖直插入到树脂结合剂锆刚玉磨料中。

进一步，所述的钎焊CBN烧结块由Cu-Sn-Ti合金钎料粉末、CBN磨料和HBN粉末烧结而成的圆柱体。

进一步，所述的钎焊CBN烧结块（3）中的CBN磨料的粒度范围为30目~60目，磨料浓度为0.44g/cm³~1.1g/cm³。

本实用新型的钢轨修磨专用金属树脂复合材料砂轮的制造方法，方法如下：

步骤一：制作钎焊CBN烧结块；

1.1，按质量比称取CBN磨料、Cu-Sn-Ti合金钎料粉末和HBN固体润滑剂粉末，其中CBN质量占比为20%~40%，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为50%~70%，HBN固体润滑剂粉末质量占比为5%~10%；CBN具有仅次于金刚石的高硬度，还具有较好的热稳定性，与六方氮化硼（HBN）作为固体润滑剂材料的结合，在磨削过程中进一步起到降低摩擦系数，较少磨削热的作用；Cu-Sn-Ti合金钎料粉末掺入可以提高CBN磨料与HBN的结合强度，制作的砂轮具有更高的耐用度。

1.2，将称取好的CBN磨料、Cu-Sn-Ti合金钎料粉末和HBN固体润滑剂粉末混合，并加入成形剂后搅拌均匀，成形剂占混合料总质量的3%；

1.3，将混合均匀的混合料填装进模具中，进入压机，以6t的模压压力下冷压压制成形；将成形的压坯烘干硬化。

1.4，将烘干压坯放入真空退火炉内，选择10℃/min的升温速率，加热到950℃，使CBN磨料与钎料合金粉末发生冶金反应， 保温20min后随炉冷却，制作圆柱形钎焊CBN磨削块；

步骤二：制备树脂结合剂锆刚玉磨料；先用糠醛均匀润湿粒度为14-16目的锆刚玉磨料，加入酚醛树脂结合剂，混合均匀，形成树脂结合剂锆刚玉磨料；

步骤三：将上述步骤二的树脂结合剂锆刚玉磨料投入专用模具，将制作好的圆柱形钎焊CBN磨削块以15°~45°等角度间隔均匀竖直插入到所述混合料中；

步骤四：将步骤三中的模具进入热压机脱模成型，制作出砂轮压坯；

步骤五：将步骤四的砂轮压坯放入烘箱，烘干硬化，制作出复合砂轮成品。

进一步，所述的CBN磨料的粒度范围为30目~60目，磨料浓度为0.44g/cm³~1.1g/cm³。

进一步，所述的改性树脂结合剂为酚醛树脂，所述的锆刚玉磨料填充粒度为14-16目。

进一步，步骤一中的烘干硬化的参数为：置于40℃的烘箱内烘干硬化，时间为1h。

进一步，步骤四中的热压机的工艺参数为：在180℃热压温度下热压60min。

进一步，步骤五中的烘干硬化的参数为：置于150℃的烘箱内烘干硬化，时间为6h。

本实用新型相较于现有技术的有益效果在于：

1）利用本实用新型的方法，是将传统树脂固结磨料技术与钎焊固结超硬磨料技术相结合，让Cu-Sn-Ti合金钎料粉末、HBN固体润滑剂粉末与CBN磨料之间产生冶金反应，获得对磨料的高把持力，同时磨料出露高度高，且不会过早脱落；

2）同时CBN磨料与Cu-Sn-Ti合金钎料粉末、HBN固体润滑剂粉末产生冶金反应后，具备较强的化学稳定性，不易发生化学反应。因此复合材料砂轮在长时间工作状态下可保持较好的锋利度，产生较少的磨削热，提高钢轨材料去除效率，减轻钢轨烧伤发蓝现象，修磨后的钢轨表面质量更好，粗糙度更低，钢轨表面更细腻；

3）圆柱形钎焊CBN磨削块置于具有较好的韧性的工作层中，一定程度上起支撑保护作用，防止强烈冲击给CBN带来破碎损伤的问题，能够最大程度上发挥CBN的磨削作用，提高砂轮的耐磨性，增加砂轮的使用寿命，同时圆柱形能够降低产生在磨削块上的磨削应力；

4）通过酚醛树脂结合锆刚玉磨料，该工艺降低砂轮内在应力、抵抗磨削区高温对砂轮的损害、提高砂轮密度、热强度，砂轮的可靠性和耐用性好。

附图说明

图1为本实用新型一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮的俯视图；

图2为本实用新型一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮工作层的结构示意图；

其中，1-基体；2-砂轮工作层；3-钎焊CBN烧结块；4-树脂结合剂锆刚玉磨料。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型中制作所述砂轮的方法具体为：

先加工出钎焊CBN烧结块3；首先按设定比例称取Cu-Sn-Ti合金钎料粉末、CBN磨料和HBN粉末，将称取好的Cu-Sn-Ti合金钎料粉末、CBN磨料和HBN粉末混合并加入适量成形剂后搅拌均匀。将三者混合料填装进专用模具中，胎体的尺寸可由模具尺寸控制，在压机下以6t的模压压力下冷压压制成形。将成形的压坯置于40℃的烘箱内烘干硬化，时间为1h。将烘干压坯放入真空退火炉内，选择10℃/min的升温速率，加热到950℃，使CBN磨料与钎料合金粉末发生冶金反应，保温20min后随炉冷却，制作出钎焊CBN磨削块3。

再选择酚醛树脂以及锆刚玉磨料混合，酚醛树脂质量比为18~22%；选择粒度为14-16目的锆刚玉为磨料，质量比为78~82%，先用糠醛均匀湿润锆刚玉磨料，然后再加入树脂结合剂，进行混料，混合均匀，制备树脂结合剂锆刚玉磨料4。

将树脂结合剂锆刚玉磨料4，即树脂锆刚玉混合料投入模具，根据不同修磨车型号以及修磨作业的不同，可设计不同尺寸的模具，从而制作出不同尺寸的钢轨修磨用复合材料砂轮。利用设计的工装将所述钎焊磨削块3竖直插入到混合料中，插好的钎焊磨削块3在整个圆周面上以15°~45°等角度间隔分布，钎焊磨削块3的分布的数量变化可利用设计工装实现。

将模具进入热压机，在180℃条件下热压60分钟后脱模成型，得砂轮坯。

将砂轮坯置入烘箱，经150℃，保温6h条件下烘干硬化，得到复合材料砂轮成品。成品的砂轮包括基体1、基体1上端的砂轮工作层2；砂轮工作层2包括钎焊CBN烧结块3以及树脂结合剂锆刚玉磨料4。

实施例1

称取质量占比为40%的CBN磨料，磨料浓度为0.88g/cm³，质量占比为55%的Cu-Sn-Ti合金钎料粉末，质量占比为5%为HBN粉末，并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按照上述步骤制备得到钎焊CBN烧结块3。钎焊CBN磨削块3底面半径为5mm，高50mm。

再选择酚醛树脂结合剂以及锆刚玉磨料混合，改性酚醛树脂质量比为18%；选择粒度为14-16目的锆刚玉为磨料，质量比为82%，先用糠醛均匀湿润锆刚玉磨料，然后再加入树脂结合剂，进行混料，混合均匀，制备树脂结合剂锆刚玉磨料4。

钎焊CBN烧结块3共12块，以30°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周。砂轮直径为150mm，厚度为60mm，工作层磨削面圆环宽为50mm。所述复合材料砂轮适用于型号为RGH20C的道岔修磨列车。

实施例2

称取质量占比为30%的CBN磨料，磨料浓度为0.66g/cm³，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为62.5%，HBN粉末质量占比为7.5%。并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按照上述步骤制备得到钎焊CBN烧结块3。钎焊CBN磨削块底面半径为5mm，高50mm。

再选择改性酚醛树脂（酚醛树脂结合剂）以及锆刚玉磨料混合，改性酚醛树脂质量比为22%；选择粒度为14-16目的锆刚玉为磨料，质量比为78，先用糠醛均匀湿润锆刚玉磨料，然后再加入树脂结合剂，进行混料，混合均匀，制备树脂结合剂锆刚玉磨料4。

钎焊CBN烧结块3共12块，以30°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周，砂轮直径为150mm，厚度为60mm，工作层磨削面圆环宽为50mm。所述复合材料砂轮适用于型号为RGH20C的道岔修磨列车。

实施例3

称取CBN磨料质量占比为40%，磨料浓度为0.88g/cm³，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为55%，HBN粉末质量占比为5%。并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按照上述步骤制备得到钎焊CBN烧结块3。钎焊CBN磨削块底面半径为10mm，高70mm。

再选择改性酚醛树脂（酚醛树脂结合剂）以及锆刚玉磨料混合，改性酚醛树脂质量比为20%；选择粒度为14-16目的锆刚玉为磨料，质量比为80%，先用糠醛均匀湿润锆刚玉磨料，然后再加入树脂结合剂，进行混料，混合均匀，制备树脂结合剂锆刚玉磨料4。

钎焊CBN烧结块3共24块，以15°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周。砂轮直径为260mm，厚度为90mm，工作层磨削面圆环宽为50mm。所述复合材料砂轮适用于型号为GMC-96X修磨列车。

实施例4

称取CBN磨料质量占比为30%，磨料浓度为0.66g/cm³，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为67.5%，HBN粉末质量占比为2.5%，并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按上述步骤制作出钎焊CBN磨削块3，钎焊CBN磨削块底面半径为10mm，高70mm。

再选择改性酚醛树脂（酚醛树脂结合剂）以及锆刚玉磨料混合，改性酚醛树脂质量比为19%；选择粒度为14-16目的锆刚玉为磨料，质量比为81%，先用糠醛均匀湿润锆刚玉磨料，然后再加入树脂结合剂，进行混料，混合均匀，制备树脂结合剂锆刚玉磨料4。

选取钎焊CBN磨削块3共24块，以15°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周。砂轮直径为260mm，厚度为90mm，工作层磨削面圆环宽为50mm。所述复合材料砂轮适用于型号为GMC-96X修磨列车。

实施例5

称取CBN磨料质量占比为20%，磨料浓度为0.66g/cm³，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为70%，HBN粉末质量占比为10%，并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按上述步骤制作出钎焊CBN磨削块3，钎焊CBN磨削块底面半径为5mm，高40mm。选取钎焊CBN磨削块3以45°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周。

实施例6

称取CBN磨料质量占比为40%，磨料浓度为0.66g/cm³，Cu-Sn-Ti合金钎料粉末质量占比为50%，HBN粉末质量占比为10%，并加入混合料总质量的3%的液体石蜡成形剂。按上述步骤制作出钎焊CBN磨削块3，钎焊CBN磨削块底面半径为20mm，高70mm。选取钎焊CBN磨削块3以35°为角度间隔，等角度分布于砂轮工作层整个圆周。

本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中，因此，本实用新型不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本实用新型保护的范围内。

Claims (2)

1.一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮，其特征在于，所述的砂轮包括基体（1）、基体（1）上端的砂轮工作层（2）；所述的砂轮工作层（2）包括钎焊CBN烧结块（3）以及树脂结合剂锆刚玉磨料（4）；所述的钎焊CBN烧结块（3）为圆柱形钎焊CBN磨削块，圆面为磨削面，底面半径5~20mm，高40~70mm；所述的钎焊CBN烧结块（3）间隔均匀竖直插入到树脂结合剂锆刚玉磨料（4）中，所述的钎焊CBN烧结块（3）的圆面与砂轮工作层（2）的层面平行。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨专用钎焊CBN磨料结块复合砂轮，其特征在于，所述的钎焊CBN烧结块（3）以15°~45°等角度间隔均匀竖直插入到树脂结合剂锆刚玉磨料（4）中。