一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其由下述重量百分比的原料组成：改性树脂粉28‑45%、铜锡合金粉18‑25%、碳纤维4~12%、硅灰石5‑10%、润湿剂1‑3%，余量为磨料。该复合结合剂砂轮自锐性好，寿命高，安全系数高，可以解决钢轨打磨时高频、高压、干磨极端条件下磨削遇到的难题，用其打磨钢轨，具有磨削时可承受压力大、磨削里程长、钢轨无烧伤等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮及其制备方法
本专利技术属于超硬磨料磨具
，具体涉及一种钢轨打磨或恒压、高速、无冷却工况下用复合结合剂砂轮及其制备方法。
技术介绍
在铁路运行过程中，由于路况的不均匀性和复杂多变性，导致钢轨的截面和轴向不均匀磨损。伴随着国内铁路的发展，列车运行速度的不断加快和运量的越发密集，轮轨之间出现的破坏现象变的越来越严重，我国每年用于更换和维修损伤车轮和钢轨的费用不断增高。钢轨打磨技术作为我国铁路维护的基本手段，对铁路的运行安全性及稳定性，起到至关重要的作用。目前，钢轨打磨主要使用普通磨料砂轮，由于普通磨料砂轮自身性能的限制，钢轨养护打磨时，尚存在很多问题。比如磨削质量存在钢轨表面烧伤、震纹等缺陷；普磨砂轮磨削力不足，行车速度低、需要多遍重复打磨，打磨效率低；砂轮寿命短，必须频繁停车更换砂轮，运行成本高，性价比差。此外，普通砂轮及其原材料在生产、使用过程中均会对环境造成污染，甚至影响铁路电气化设备的正常运转。因此普磨砂轮超硬化趋势明显。常规的超硬砂使用条件精密、冷却效果好。鉴于钢轨打磨条件恶劣，高频冲击、恒定压力以及无冷却的干磨，导致现有的常规超硬砂轮无法满足钢轨打磨使用要求，因此亟待开发适合钢轨打磨的专用砂轮。CN110116377A公开了一种钢轨打磨用树脂结合剂CBN砂轮，其由下述重量百分比的原料组成：树脂粉为20%-50%，CBN210为15%-25%，CBN850为10%-25%，电解铜粉为3%-13%，绿碳化硅为12%-20%，偶联剂为1.4%-1.8%，聚丙烯单丝纤维为0.2%-0.6%，虽然其具有良好的打磨锋利型，能够满足铁路轨道维护打磨时的要求，但是其在高耐压性、磨削表面质量、以及打磨里程上仍有局限，急需改进。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，该复合结合剂砂轮自锐性好，寿命高，安全系数高，可以解决钢轨打磨时高频、高压、干磨极端条件下磨削遇到的难题，用其打磨钢轨，具有磨削时可承受压力大、磨削里程长、钢轨无烧伤等优点。本专利技术还提供了上述钢轨打磨用复合结合剂砂轮的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其由下述重量百分比的原料组成：改性树脂粉28-45%、铜锡合金粉18-25%、碳纤维4~12%、硅灰石5-10%、润湿剂1-3%，余量为磨料。进一步的，所述改性树脂粉经下述处理获得：将聚酰亚胺树脂粉与纳米铜粉以质量比7:3-4混合搅拌，然后放入行星式球磨机机械球磨3-7h，获得混合粉；将混合粉投入微型注塑机注塑成直径1-2cm的改性树脂颗粒，再经气流粉碎机气流粉碎即得粒度为100-200μm的改性树脂粉。本专利技术配方中，改性树脂中的树脂粉为经过特殊处理的聚酰亚胺树脂粉，其经过纳米铜粉改性的树脂，纳米铜粉的存在一方面增加了树脂韧性，磨削时可以增加砂轮寿命，另一方面纳米铜粉可以提高树脂的导热性，在成型过程中提高组织均匀升温性，同时铜粉可活化结合剂中的金属组分，改善树脂态和合金态的界面状态，提高结合剂体系中树脂与金属的界面结合力，从而提高砂轮整体强度以及对磨料的把持力，减小磨料的非正常脱落。具体的，所述碳纤维的直径在50-100μm之间，长径比在5-8之间。碳纤维是配方中必不可少的成分，纤维自身结构能够有效的提升砂轮自身的强度，保证砂轮在恒压力、高频振动和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等现象，保证砂轮使用安全性；同时碳纤维材质自身为润滑材料，在磨削过程中可以降低摩擦系数，减少干磨条件下产生大量磨削热从而导致的工件烧伤以及磨料脱落。进一步优选的，所述磨料由质量比为1:2-4的金刚石和立方氮化硼（CBN）混合组成，优选两者的质量比为1:3。金刚石强度高，可以保证修整过的砂轮有较好的出刃效果，磨削锋利性高；CBN微晶的结构能不断的提供锋利的切削刃，且硬度和化学性质尤其适合磨削铁合金。具体的，所述金刚石粒度为50/60，所述立方氮化硼粒度为50/60。进一步的，所述润湿剂由体积比为2-4:1的石蜡和偶联剂混合组成。进一步优选的，所用的石蜡为液体石蜡，所用偶联剂为KH560硅烷偶联剂。本专利技术所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，砂轮的基体为铜基体、钢基体或两者的复合基体。铜和钢材质的基体具有强度高、导热性良好等优点，高强度可以保证砂轮的安全性；高导热可以有效导出磨削热，对干磨条件利好。本专利技术中，硅灰石为砂轮配方中不可缺少的组分，硅灰石在砂轮与工件的结合面处能降低工件熔点，在磨削热的作用下，工件表面有纳米厚度层的熔融，经过砂轮的磨削，达到去除余量的效果，还不会产生应力集中，保证加工后工件的耐用度和使用安全，从而可以提高砂轮切削能力和工件表面质量。硅灰石具有的独特针状纤维结构，可以提高结合剂的耐磨性，增加砂轮抗冲击强度。一种上述钢轨打磨用复合结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：1）将改性树脂粉、铜锡合金粉、碳纤维和硅灰石搅拌混合，然后放入行星式混料机球混2-6h，过200目筛，获得混合均匀的结合剂；将磨料过40目筛后与润湿剂混合研磨均匀，然后倒入混合均匀的结合剂中，过40目筛，即得混合均匀的砂轮成型料；2）将混合均匀的砂轮成型料倒入带有基体的成型模具中，经过摊料、犁料和刮料，盖上压板；3）将模具置于热压机上，预压30-60min初步成型，然后升温至400-500℃，加压至400-800Mpa，保温保压1.5-3h，保压降温至260℃以下卸压卸模，即得砂轮半成品；4）砂轮半成品经车削、磨削等工序加工成钢轨打磨用复合结合剂砂轮。具体的，步骤3）中预压时，设定预压温度为330-420℃，预压压力为150-300Mpa。本专利技术旨在提供一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，配方添加增固型以及润滑性填料，制备的砂轮具有树脂结合剂和金属结合剂的优点，具有较强的抗冲击性、持续锋利性、高寿命，可以解决钢轨打磨时高频、高压、干磨恶劣条件下产生的钢轨磨削质量差、效率低、寿命低、性价比差的难题，打磨锋利性好，寿命高，安全可靠。相对于传统加工方式，在提高加工质量的同时减少环境污染。和现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术中所用改性树脂粉，除了树脂材料本身的弹性，引入纳米铜颗粒增加了体系的强度和韧性，提高了砂轮在高频振动情况下的整体抗冲击性，获得更好的磨削质量；同时纳米铜颗粒的引入，改善了两相界面的结合性，增加了砂轮的整体均匀性，降低磨料脱落，提高砂轮寿命。相较于现有的树脂结合剂砂轮，复合结合剂砂轮结合两种结合剂的优势，对磨削效果的提升可期。本专利技术复合结合剂兼具二者优势，适应钢轨打磨时高压力、高频以及干磨的磨削条件。同时，砂轮体系中碳纤维自身的纤维结构能够有效的提升砂轮自身的强度，保证砂轮在恒压力、高频振动和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等现象，还可以降低砂轮摩擦系数，降低磨削热，提高磨削质量。用本专利技术砂轮打磨钢轨，具有磨削时可承受压力大、磨削里程长、钢轨无烧伤等优点。...

【技术保护点】
1.一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，由下述重量百分比的原料组成：改性树脂粉28-45%、铜锡合金粉18-25%、碳纤维4~12%、硅灰石5-10%、润湿剂1-3%，余量为磨料。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，由下述重量百分比的原料组成：改性树脂粉28-45%、铜锡合金粉18-25%、碳纤维4~12%、硅灰石5-10%、润湿剂1-3%，余量为磨料。


2.如权利要求1所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，所述改性树脂粉经下述处理获得：将聚酰亚胺树脂粉与纳米铜粉以质量比7:3-4混合搅拌，然后机械球磨3-7h，获得混合粉；将混合粉注塑成直径1-2cm的改性树脂颗粒，再经气流粉碎即得粒度为100-200μm的改性树脂粉。


3.如权利要求1所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，所述碳纤维的直径在50-100μm之间，长径比在5-8之间。


4.如权利要求1所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，所述磨料由质量比为1:2-4的金刚石和立方氮化硼混合组成。


5.如权利要求4所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，所述金刚石粒度为50/60，所述立方氮化硼粒度为50/60。


6.如权利要求1所述的钢轨打磨用复合结合剂砂轮，其特征在于，所述润湿剂由体积比为2-4:1的石蜡和偶联剂混合组成。


7.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王礼华，张高亮，赵延军，钱灌文，左冬华，李少杰，曹剑锋，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41