CN207900965U - 一种新型钢轨打磨专用钎焊cbn磨料插片复合砂轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，属于钢铁磨削领域，用于钢轨、钢管、钢锭磨削等；该方法制作步骤主要分为：1)依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片；2)将相应数量焊片置入磨轮树脂混合料模具中；3)按树脂磨轮制作工艺进行后续磨轮制造；本实用新型的复合砂轮结合单层钎焊CBN工具对磨料的高把持力、高出露度、高锋利性和树脂磨轮原有的一定韧性，实现了单层钎焊CBN磨料的多层复合磨削，弥补了单层钎焊CBN工具工作层寿命短的缺点；同时，带有CBN磨料钎焊片的加入，提高了原树脂砂轮的整体强度，提升了砂轮的磨削效率，改善了打磨表面质量，延长了砂轮的磨削寿命，降低了打磨时的环境污染。

Description

一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮

技术领域

本实用新型属于钢铁磨削领域，具体是指一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮。

背景技术

随着我国铁路运营里程的逐年增长，使用打磨车进行修复性打磨成为钢轨维护及延长其使用寿命的主要方式。我国现有各型打磨车所用的钢轨打磨砂轮为以14-20号刚玉作磨料的树脂砂轮。树脂砂轮本身具有一定的韧性，能缓和打磨时对钢轨的冲击性损伤。但树脂砂轮因树脂性能等因素，打磨过程中对环境有一定的污染，又因树脂砂轮本身传热较慢，工作时，打磨面产生的热量不易快速散发，容易在磨削面发生烧伤现象。此外，随着打磨作业的不断增加，为降低机车工人的劳动强度，对砂轮本身的使用寿命有了更高的需求。

立方氮化硼(CBN)是人类合成的硬度仅次于金刚石而远远高于普通刚玉与碳化硅等磨料的超硬材料。相较于刚玉等普通磨料，CBN更加锋利，拥有更高的切削能力。CBN可以承受1250-1350摄氏度的高温，比金刚石的耐热性还要高，其化学惰性强，不易和铁族元素产生化学反应，适合对钢材等金属的磨削加工。CBN热导率可达刚玉砂轮的几十倍到百倍，因而能将磨削热迅速导出，减少加工变形。

现有CBN砂轮可分为电镀CBN砂轮、烧结CBN砂轮、树脂CBN砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮四类。电镀CBN砂轮只有一层镀层，并且相对于钎焊CBN工具，其对磨粒的把持力偏低，寿命较差。烧结CBN砂轮硬度大、密度高，成本高，主要用于超硬材料的高精度加工。树脂CBN砂轮，生产升本低，但对CBN磨料的把持力很低，消耗较大。陶瓷结合剂CBN砂轮磨削力较强，高速加工中也不易烧伤，但砂轮本身脆性太大，适合超高速精加工，不适合如钢轨打磨这种高冲击性、大磨削量的打磨工况。当下还未有使用CBN作磨料的钢轨打磨砂轮进行实际使用。

钎焊技术，可将立方氮化硼牢固把持在基体上。单层钎焊CBN工具对磨粒拥有极高的把持力，磨粒出露度大，锋利度高，切削、磨削效率高；相较于同类电镀磨料工具，更具有遥遥领先的寿命优势。因其高出韧度只在单层磨料钎焊工具中有极优良表现，如何将其应用于多层复合磨削成为一大难点。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，通过该方法制备的砂轮利用单层钎焊CBN的高出刃度、高把持力，配合树脂砂轮的韧性及多层复合的特点，提高现有钢轨打磨砂轮的磨削性能，提高磨削表面质量，降低磨削烧伤和打磨污染，增加原树脂砂轮的寿命，并实现产业化生产。

本实用新型是这样实现的：

一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，所述的复合砂轮包括磨轮基体、磨轮基体上端的磨轮树脂混合料；所述的磨轮树脂混合料的整个上端为磨轮打磨工作端面；以磨轮内外圆的中间位置为基准，在磨轮树脂混合料中插入CBN焊片，CBN焊片的长边为a，宽边为b；所述的CBN焊片按照长边a竖放，宽边b与磨轮打磨工作端面平行的方式插入，其中长边a与磨轮打磨工作端面垂直或成小于90°大于30°的倾斜角；CBN焊片宽边b与其线段中点与磨轮圆心的连线所成锐角r值范围为大于0°小于75°，在同一个磨轮中，统一沿顺时针或逆时针的同方向摆放。

进一步，所述的CBN焊片的基体为不锈钢焊片基体；所述的焊片基体厚度为0.15mm～0.5mm；所述的基体的长度a为20mm～85mm，宽度b为10mm～45mm。

进一步，所述的CBN焊片上规律分布通孔；所述的通孔为圆形、菱形或其它多边异型孔，通用平均孔径为3mm～8mm。

本实用新型的一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮的其制造方法，方法如下：

步骤一：依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片；

步骤二：将相应数量焊片置入备好磨轮树脂混合料模具中；

步骤三：放置好钎焊片后，依照磨轮热压加工工艺，进行后续的磨轮制作。

制作中，对放置好钎焊片的混料进行后续热压等加工工序时，应注意磨轮压制及其热压温度辐射的均衡，防止出现局部松散等缺陷现象。

进一步，所述的步骤一具体为：

1.1，选用厚度0.15mm～0.5mm的不锈钢制作对应的焊片基体，基体的长度a为20mm～85mm，宽度b为10mm～45mm；

1.2，使用钎焊CBN用铜基钎料，通过真空钎焊炉在焊片基体两面钎焊CBN磨料，制得CBN焊片。

进一步，所述的CBN焊片两面钎焊CBN磨料颗粒大小为10～60目。

进一步，所述的CBN磨料无序排布或者有序排布；所述的CBN焊片表面磨料密度范围为40％-80％。

进一步，所述的CBN焊片上规律分布通孔。分布通孔可以使焊片在磨轮中结合更牢固，通孔可为圆形、菱形或其它多边异型孔，通用平均孔径为3mm到8mm，以方便树脂中刚玉磨料等的穿过。

进一步，所述的步骤二具体为：

2.1，CBN焊片以磨轮内外圆的中间位置为基准进行摆放；

2.2，根据磨轮磨削厚度和焊片尺寸，当选用钎焊片长度较长，即40mm<a时，磨轮中只摆放一层；当插片长度较短，即20mm≤a≤40mm时，在磨轮中上下摆放多层钎焊片，各层钎焊片间留出5mm-15mm间隔；在磨轮中摆放多层短CBN焊片或单层长CBN焊片，单层焊片放置最小数量N依据下公式计算得出：

式中，N为放置钎焊片数量，为正整数；b为钎焊片宽边宽度，单位为毫米；r为钎焊片宽边与其中间点与磨轮圆心连线的夹角，范围为0°<r<75°；R为磨轮内外圆中间圆半径，单位为毫米；k为特征加权系数，范围为0.1-5；arccos()表示反余弦函数。

当k＝0.5时，钎焊片与原刚玉磨料等距间隔分布，顺次参与磨削；k≥1时，各钎焊片间磨削范围紧邻或部分叠加，工作时持续参与磨削。k值越大，同时参与磨削的钎焊片数量越多。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

1)相较于现有钢轨打磨磨轮，本实用新型结合了单层钎焊CBN工具对磨料的高把持力、高出露度和高锋利性和树脂磨轮原有的一定韧性，实现了单层钎焊CBN磨料的多层复合磨削，弥补了单层钎焊CBN工具工作层单薄的缺点，成功将CBN磨料应用于钢轨磨削中。本砂轮为结合钎焊CBN磨料插片与树脂砂轮的复合砂轮，主要用于钢铁磨削领域，插片数量及放置方式依据应用工况可调；

2)本实用新型提高现有钢轨打磨砂轮的磨削性能，提高磨削表面质量，降低磨削烧伤和打磨污染，增加原树脂砂轮的寿命，并可以实现产业化生产；

3)因树脂本身较软的特性，单层CBN钎焊片在磨轮中没有如烧结CBN结块似的磨粒露出及出刃较难的困扰。另一方面，带有CBN磨料钎焊片的加入，提高了原树脂砂轮的整体强度，提升了砂轮的磨削效率，改善了打磨表面质量，增长了砂轮的磨削寿命，降低了打磨时的环境污染。

附图说明

图1为本实用新型钎焊CBN磨料插片复合砂轮的俯视图；

图2为本实用新型钎焊CBN磨料插片复合砂轮A-A向的剖视图；

图3为本实用新型钎焊CBN磨料插片复合砂轮带有通孔的钎焊片基体示意图；

图4为本实用新型钎焊CBN磨料插片复合砂轮钎焊片在磨轮中宽边与磨轮同心圆位置关系示意图；

其中，1-磨轮打磨工作端面，2-CBN焊片，3-磨轮基体，4-磨轮树脂混合料。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述。以下所述仅为本实用新型一部分实施例，非全部实施例。基于本实用新型实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～2所示，本实用新型的复合砂轮包括磨轮基体3、磨轮基体3上端的磨轮树脂混合料4；所述的磨轮树脂混合料的整个上端为磨轮打磨工作端面1；以磨轮内外圆的中间位置为基准，在磨轮树脂混合料中插入CBN焊片2。CBN焊片2两面钎焊颗粒大小为10～60目的CBN磨料。

如图3所示，图3为几种带有通孔的钎焊片基体示意图，图中所示并非全部样式。在CBN焊片2上规律分布通孔，通孔为圆形、菱形的规则孔或其它多边异型孔，如3a～3n所示，通用平均孔径为3mm～8mm。在焊片基体上分布通孔以方便树脂中刚玉磨料等的穿过。

如图4所示，图4为CBN焊片2在磨轮中宽边与磨轮同心圆位置关系示意图。其中，b为钎焊片宽边长度，R为磨轮内外径间中心圆的半径，钎焊片以此圆为基准进行放置。r为钎焊片宽边与过其中间点半径组成的锐角。

依据打磨车型号的不同，现铁路用端面打磨砂轮主要有三种,分别为外径150mm打磨砂轮、250mm打磨砂轮和260mm打磨砂轮，打磨砂轮内外半径相差50mm。钎焊片以磨轮内外圆的中间位置为基准进行摆放。具体的实施例如下：

实施例1

一种外径150mm复合砂轮的制备方法。具体步骤如下：

依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片2。依据150mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.2mm的不锈钢板裁剪制作长50mm、宽30mm的钎焊片基体。选用35/40目CBN作钎焊磨粒，在钎焊片基体两面有序排布，单面磨粒密度65％。使用铜基钎焊CBN钎料，通过真空钎焊炉对CBN磨料进行钎焊固结。

为使钎焊片与树脂磨料交替参与磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计钎焊片摆放角度r为45°，中心圆半径R为50mm，钎焊片宽度b为30mm，通过如下公式：

将各值代入公式算得N≥8。8片容易均分安置于磨轮中，设定每个磨轮放置8片钎焊插片。

将钎焊片按顺时针同间距插入备好树脂混合料的模具中。放置好后，随原树脂磨轮制作工序进行磨轮的热压成型以及在外圆面缠绕防护性玻璃纤维等的后续制作。

检验生产过程中是否存在废品缺陷，完好既得复合砂轮。

实施例2

一种外径250mm复合砂轮的制备方法。具体步骤如下：

依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片2。依据外径250mm的钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.2mm的不锈钢板裁剪制作长55mm、宽24mm的钎焊片基体。基体本身带有通孔，样式如图3b所示。选用35/40目CBN作钎焊磨粒，在钎焊片基体两面无序排布，单面磨粒密度70％。使用铜基钎焊CBN钎料，通过真空钎焊炉对CBN磨料进行钎焊固结。

设计钎焊片与树脂磨料交替参与磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计钎焊片摆放角度r为30°，中心圆半径R为100mm，钎焊片宽度b为24mm，将各值代入公式算得N≥27。为使制作中容易均布安放，设定每个磨轮放置30片钎焊片。

将钎焊片按同序、同间距插入备好树脂混合料的模具中。放置好后，随原树脂磨轮制作工序进行磨轮的热压成型以及在外圆面缠绕防护性玻璃纤维等的后续制作。

检验生产过程中是否存在废品缺陷，完好既得复合砂轮。

实施例3

一种外径260mm复合砂轮的制备方法。具体步骤如下：

依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片2。依据260mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.3mm的不锈钢板裁剪制作长60mm、宽30mm的钎焊片基体。基体本身带有通孔，样式如图3f所示。选用30/35目CBN作钎焊磨粒，在钎焊片基体两面无序排布，单面磨粒密度70％。使用铜基钎焊CBN钎料，通过真空钎焊炉对CBN磨料进行钎焊固结。

设计钎焊片在打磨时可连续参与磨削工作，取计算公式中k值为1。设计钎焊片摆放角度r为60°，中心圆半径R为105mm，钎焊片宽度b为30mm，将各值代入计算公式得最小钎焊片数量N≥26。为使钎焊片在磨轮中容易均布放置，设定单个磨轮钎焊片数30片。

将钎焊片按同序、同间距插入备好树脂混合料的模具中。放置好后，随原树脂磨轮制作工序进行磨轮的热压成型以及在外圆面缠绕防护性玻璃纤维等的后续制作。

检验生产过程中是否存在废品缺陷，完好既得复合砂轮。

实施例4

一种外径150mm复合砂轮的制备方法。具体步骤如下：

依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片2。依据150mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.15mm的不锈钢板裁剪制作长20mm、宽10mm的钎焊片基体。选用10目CBN作钎焊磨粒，在钎焊片基体两面有序排布，单面磨粒密度40％。使用铜基钎焊CBN钎料，通过真空钎焊炉对CBN磨料进行钎焊固结。带入公式计算所需放置的钎焊片数目。在磨轮中上下摆放多层钎焊片，各层钎焊片间留出5mm-15mm间隔。

将钎焊片按顺时针同间距插入备好树脂混合料的模具中。放置好后，随原树脂磨轮制作工序进行磨轮的热压成型以及在外圆面缠绕防护性玻璃纤维等的后续制作。

检验生产过程中是否存在废品缺陷，完好既得复合砂轮。

实施例5

一种外径260mm复合砂轮的制备方法。具体步骤如下：

依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊CBN焊片2。依据260mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.5mm的不锈钢板裁剪制作长85mm、宽45mm的钎焊片基体。选用60目CBN作钎焊磨粒，在钎焊片基体两面无序排布，单面磨粒密度80％。使用铜基钎焊CBN钎料，通过真空钎焊炉对CBN磨料进行钎焊固结。

将钎焊片按每2片一组中间间隔10mm，各组间同序、同间距插入备好树脂混合料的模具中。放置好后，随原树脂磨轮制作工序进行磨轮的热压成型以及在外圆面缠绕防护性玻璃纤维等的后续制作。

检验生产过程中是否存在废品缺陷，完好既得复合砂轮。

Claims (5)

1.一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，所述的复合砂轮包括磨轮基体(3)、磨轮基体(3)上端的磨轮树脂混合料(4)；所述的磨轮树脂混合料的整个上端为磨轮打磨工作端面(1)；以磨轮内外圆的中间位置为基准，在磨轮树脂混合料中插入CBN焊片(2)，CBN焊片(2)的长边为a，宽边为b；所述的CBN焊片(2)按照长边a竖放，宽边b与磨轮打磨工作端面(1)平行的方式插入，其中长边a与磨轮打磨工作端面(1)垂直或成小于90°大于30°的倾斜角；CBN焊片(2)宽边b与其线段中点与磨轮圆心的连线所成锐角r值范围为0°<r<75°，在同一个磨轮中，统一方向摆放。

2.根据权利要求1所述的一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，所述的CBN焊片(2)的基体为不锈钢焊片基体；所述的焊片基体厚度为0.15mm～0.5mm；所述的基体的长度a为20mm～85mm，宽度b为10mm～45mm。

3.根据权利要求1所述的一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，所述的CBN焊片(2)上规律分布通孔；所述的通孔为圆形、菱形或其它多边异型孔，通用平均孔径为3mm～8mm。

4.根据权利要求1所述的一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，所述的CBN焊片(2)两面钎焊颗粒大小为10～60目的CBN磨料；所述的CBN磨料无序排布或者有序排布，所述的CBN焊片表面磨料密度范围为40％-80％。

5.根据权利要求1所述的一种新型钢轨打磨专用钎焊CBN磨料插片复合砂轮，其特征在于，当40mm<a时，磨轮中只摆放一层；当插片长度较短，即20mm≤a≤40mm时，在磨轮中上下摆放多层钎焊片，各层钎焊片间留出5mm-15mm间隔。