一種鐵軌修磨砂輪及其制備方法與流程

本發明涉及一種砂輪及其制備方法，尤其涉及一種鐵軌修磨砂輪及其制備方法，屬于砂輪技術領域。

背景技術：
我國鐵路部門根據國家和市場需求為滿足出行需要，拉動交通經濟服務人們出行，自1997年以來對我國鐵路進行了多次大面積提速，最近一次調整為2014年7月1日，調整后，全國鐵路開行旅客列車動車組成為“主力軍”，旅客列車的運行速度進一步提升，且隨著我國高鐵技術的飛速發展，日后列車的運行方案將逐步改變，運行速度將穩步提升。但是，鐵路列車速度的提高對鐵軌材料提出了更高的技術要求，尤其是對鐵軌的尺寸磨損要求更加嚴格。為了適應這種提速的要求，必須對新鋪設的鐵軌進行預防性修磨處理，而且在線使用的鐵軌必須進行定期修磨，從而消除鐵軌中固有的缺陷、磨損、鐵軌頂面以及焊接頭不平順和疲勞破壞層。通過對鐵軌的修磨減少由滾動接觸疲勞引起的鐵軌損傷及鐵軌側面的磨損，可使鐵軌的使用壽命延長0.5-1倍。同時還可以降低機車對鋼軌的沖擊，降低列車允許的滾動噪聲，改進列車運行質量。鐵軌修磨常采用修磨機車，修磨機車所用的砂輪即鐵軌修磨砂輪。鐵軌修磨砂輪是一種性能要求非常高的專用磨具，修磨時使用砂輪的端面進行振動修磨，垂直方向的壓力采用液壓調節加壓，因此，砂輪承受的負荷非常大，而且是露天作業，就需要砂輪具有強度高、耐磨性好、磨削比高、耐候性好等特點，尤其是砂輪使用的磨料必須結構致密、熱物理性能好，選擇強度高、耐磨性好的結合劑，這樣才能保證砂輪能夠承受重負荷的強力振動修磨，滿足鐵軌修磨的要求。目前，關于鐵軌修磨砂輪的技術已有報道，如中國發明專利(公開號：CN1814566A)公開了一種鋼軌磨砂輪的工藝配方，包括重量為13-17％的碳化硅、5-7％的樹脂粉、12-15％的黃鐵粉、5-8％的冰晶石、2-5％的石灰和余量的鋯剛玉。又如中國發明專利(CN102241957A)公開了一種鋼軌打磨砂輪的制作配方及其制作方法，該鋼軌打磨砂輪由以下重量份數比成分制成：鋯剛玉70-100份、硫化鐵粉5-8份、冰晶石4-8份、碳酸鈣1-3份、石膏粉1-4份、酚醛樹脂7-10份。以上兩種技術方案中砂輪的磨料都比較單一，填料成分的選擇不是很恰當，而且磨料與填料、樹脂粉之間的配比也非常不合理。因此，以上兩種技術方案制得的砂輪并不一定能夠保證砂輪能承受重負荷的強力振動修磨。

技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術中存在的上述問題，提出了一種綜合性能好、能承受重負荷的強力振動修磨和安全性能高的鐵軌修磨砂輪。本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種鐵軌修磨砂輪，所述砂輪包括基體和磨削體，所述基體中心為安裝孔以及設置在安裝孔周圍的若干通孔，基體正面圍繞安裝孔同軸設置有第一側壁、第二側壁和第三側壁，在第一側壁和第二側壁之間、第二側壁和第三側壁之間形成有槽，所述通孔設置在第二側壁和第三側壁之間的槽中，所述磨削體的一端設置有與基體上的槽和通孔相匹配的凸起，磨削體與基體通過凸起和槽匹配連接，然后經過壓制、硬化后制得鐵軌修磨砂輪；其中，所述磨削體由以下重量份數的成分組成：磨料：100份、酚醛樹脂液：4-6份、酚醛樹脂粉：10-13份、填料：15-30份。本發明鐵軌修磨砂輪由基體和磨削體組成，由于基體正面圍繞安裝孔同軸設置有第一側壁、第二側壁和第三側壁，在第二側壁和第三側壁之間設置有若干個圓孔，磨削體填充在基體正面后經過壓制、硬化后即可制得鐵軌修磨砂輪，不需要在砂輪外圍周邊纏繞玻璃纖維等材料以保證砂輪磨削體與基體的結合強度。而且本發明砂輪磨削體的組成成分及其重量份數配伍合理，制得的砂輪強度高、硬度大、彈性好、耐熱性好、自銳性好，能夠承受重負荷的強力振動修磨，效率和表面光潔度較好，不需要在磨削體內部增加加強磨削體強度的加強網片，完全滿足鐵軌修磨的要求。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述磨料由以下重量百分比成分組成：棕剛玉：30-45％、碳化硅：3-5％、石榴石：5-10％、余量為鋯剛玉。本發明鐵軌修模砂輪為了滿足高強度的磨削要求，其使用的磨料需要具有結構致密、強度高、熱物理性能好，莫氏硬度高等要求。本發明選擇鋯剛玉、棕剛玉、碳化硅和石榴石多種磨料混合使用，結合其各自的優點，使砂輪的性能達到最優狀態，以滿足高強度的磨削要求。其中，鋯剛玉是以鋁礬土(或鋁氧粉)、鋯英砂、無煙煤和鐵屑為原料，在電弧爐內經2000℃以上高溫熔煉，熔液經急冷，破碎制粒而成，是α-Al2O3和Al2O3-ZrO2的共晶體化合物。它的韌性大、強度高、耐磨性好，在對鐵軌的重負荷磨削過程中，表現出極高的磨削效率、不易燒傷工件、砂輪表面不易堵塞等優點，完全適用于本發明重負荷磨削鐵軌的需求。而棕剛玉是用礬土經電弧爐冶煉而成的人造剛玉，主要成分是Al2O3，其具有硬度高(HV＝1800～2200kg/mm2)，韌性大，熔點高(1800～2000℃)，顆粒鋒利，磨削性能好，價格便宜等特點。因此，本發明磨料主要以鋯剛玉和棕剛玉為主，以保證制得的砂輪具有強度高、韌性大、耐磨性好、顆粒鋒利、磨削效率高等特點，滿足重負荷磨削鐵軌的需求。本發明在磨料中還添加了少量的碳化硅和石榴石，因為莫氏硬度7-8的石榴石價格便宜，可以代替部分棕剛玉、鋯剛玉以降低成本。而碳化硅雖然磨削適用性恰好與剛玉相反，它會與鐵軌發生如下反應：SiC+4Fe→FeSi+Fe3C，不宜用于磨削鐵軌。但是，經過研究發現，砂輪中含有少量的碳化硅時，在磨削過程中與鐵軌間歇性發生反應，有提高磨削效率的效果，而且碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、顯微硬度高達2840-3320kg/mm2、導熱性能良好、抗沖擊等特性，因此，加入適量的碳化硅不僅有助于砂輪的磨削效率，還可以提高砂輪的強度、耐候性、抗疲勞等性能，延長使用壽命。但是，鑒于碳化硅與鐵軌發生反應的問題，碳化硅的添加量仍然需要控制，否則在磨削過程中發生的反應將會給鐵軌造成不利影響，弊大于利，因此，本發明將碳化硅的含量控制在磨料的3-5％范圍內。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述磨料的粒度為20#-60#。對鐵軌進行修磨加工使鐵軌更平順、精度更好，所以磨料的粒度就極為重要。本發明優選粒度為20#-60#的磨料，進一步優選四種混合磨料的粒度為不同值，這樣制得的砂輪不僅致密性高、強度大，而且修磨的精度效果非常好。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述酚醛樹脂粉的粒徑為200-320目。酚醛樹脂作為本發明砂輪結合劑，本身具有彈性好、拋光能力優、強度高、硬度大、耐熱性好、磨削消耗小、磨削效率高、磨削精度好等特點，且具有優異的黏附性能、獨特的抗燒蝕性能、阻燃性能。固化形成本發明鐵軌修磨砂輪后仍具有強度高，彈性好，耐熱性好，自銳性好，不易堵塞，修整少，磨削效率較高，磨削溫度較低，磨削的表面光潔度高等特點，且制備工藝簡便、周期短。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述填料由以下重量百分比成分組成：冰晶石:10-15％，重晶石：15-25％、氧化鐵：5-10％、螢石：10-20％、余量為硫化鐵。將填料添加到本發明砂輪的成型料中作為其中的組分，可以同時起到改變砂輪性能和降低成本的作用。由于本發明砂輪用于鐵軌修磨，如果在修磨時磨削處有硫或鹵素蒸氣存在，它們會使鐵軌的材料(鋼)的化學鍵斷裂，從而使磨削鐵軌的能力大大提高。因此，本發明在鐵軌修磨砂輪的填料中配伍了一定量的重晶石和硫化鐵。重晶石是以硫酸鋇(BaSO4)為主要成分的非金屬礦產品，它和硫化鐵都含有硫，在砂輪修磨鐵軌時可以提供硫，從而提高砂輪磨削效果。而且重晶石還可以提高砂輪硬度，改善砂輪摩擦磨損性能，降低成本。而填料中氧化鐵主要起到補強作用，用于提高磨具的耐熱性。螢石則是在磨削熱的作用下分解，起到增加磨具自銳性，減少燒傷，提高效率的作用。填料的主要成分冰晶石熔點較低，可降低磨削熱，增強自銳性，防止砂輪堵塞，提高砂輪強度。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述填料的粒徑為200-320目。填料作為磨料的填充材料，其粒徑應該與磨料的粒徑配合使用，達到一個良好的填充效果。而且，本發明進一步優選各種不同粒徑的填料填充。在上述一種鐵軌修磨砂輪中，所述基體由金屬材料壓鑄而成。進一步優選由鐵或者鋁合金壓鑄而成。由金屬材料制成的基體可以保證砂輪的強度、應力分布等，獲得性能好且安全有效的鐵軌修磨砂輪。本發明另一個目的在于提供上述鐵軌修磨砂輪的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：混配料：稱取原料，先在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，然后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌5-10min得到成型料；成型：裝配好模具，放入基體，稱取合適重量的成型料，然后將其放入成型模具中攤平，壓制成型得到砂輪坯；硬化：將上述成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度自室溫梯度升溫至175-185℃后保溫4-6小時然后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品；檢驗包裝：將上述得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。本發明在混配料過程中，先用酚醛樹脂液潤濕磨料，同時將填料與酚醛樹脂粉混合均勻，然后再將潤濕好的磨料加入混合均勻的粉料中，有效的避免了填料與酚醛樹脂粉加入潤濕好的磨料中容易產生粉團的問題，因此，在混料后不需要再對成型料進行篩選，既提高了砂輪的生產效率，也間接的節約了生產成本。本發明在混配料、成型、裝爐、硬化、冷卻、出爐過程中，如果操作不妥、溫度、壓力等控制不當，容易造成有橋楞、起泡、膨脹、變形、倒塌、紅心、硬度不符、回轉破裂、掉邊、掉角、不平衡等類型的廢品。因此，必須嚴格按照上述工藝參數制備本發明鐵軌修磨砂輪，提高產品合格率，并檢驗合格后包裝入庫。在上述一種鐵軌修磨砂輪的制備方法中，在成型過程中，所述壓制溫度為40-60℃，壓制壓力為10-20N/mm2，壓制時間為10-20s。壓制溫度過低或者時間過短，壓制不充分，砂輪性能達不到使用要求，同樣得到砂輪次品。所以本發明將壓制溫度、壓力和時間限定在上述范圍內，硬化后可以得到密度、強度、硬度等性能最佳的鐵軌修磨砂輪。在上述一種鐵軌修磨砂輪的制備方法中，在硬化過程中，所述梯度升溫是先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1-2h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫2-3h，從130℃升至175-185℃時，每升高10℃保溫1-2h。因為在硬化過程中會發生物理和化學變化，當溫度升至80℃左右時樹脂開始熔融，就會有水分蒸出，硬化反應開始；當溫度從100℃升至130℃時，熔融的樹脂發生交聯，同時會釋放出大量氨氣、水等氣體，從130℃升至最終溫度175-185℃時，樹脂交聯完全直至完全硬化，同時仍然伴隨著大量氨氣排出，所以在升溫過程中就必須安排保溫時間以便排出氣體，當溫度達到最終溫度175-185℃時，固結成的砂輪硬而韌性好，但保溫時間不宜過長，否則將會導致樹脂過固化，強度下降。與現有技術相比，本發明具有以下幾個優點：1.本發明鐵軌修磨砂輪的基體和磨削體結合強度高、安全性好，不需要在砂輪外圍周邊纏繞玻璃纖維等材料以保證安全。2.本發明鐵軌修磨砂輪的磨削體的組成成分及其重量份數配伍合理，制得的砂輪強度高、硬度大、彈性好、耐熱性好、自銳性好、耐候性好，能夠承受重負荷的強力振動修磨，修磨效率和表面光潔度較好，完全滿足鐵軌修磨的要求。3.本發明鐵軌修磨砂輪的磨削體中磨料、酚醛樹脂粉和填料的粒徑配伍合理，混合更加均勻，制得的砂輪綜合性能更好，用本發明砂輪修磨后的鐵軌更平順、精度更好。4.本發明鐵軌修磨砂輪的制備工藝簡便、合理、周期短，并合理設置能達到本發明砂輪性能要求的成型和硬化工藝中的條件參數，制得密度、強度、硬度和韌性等綜合性能較好的鐵軌修磨砂輪。附圖說明圖1為本發明鐵軌修磨砂輪的結構示意圖；圖2為本發明鐵軌修磨砂輪的基體的結構示意圖。圖中：10：基體；20：磨削體；101：安裝孔；102：通孔；103:第一側壁；104:第一側壁；105：第一側壁。具體實施方式以下是本發明的具體實施例結合附圖說明，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。如圖1和圖2所示，所述砂輪包括基體10和磨削體20，所述基體10中心為安裝孔101以及設置在安裝孔101周圍的若干通孔102，基體正面圍繞安裝孔101同軸設置有第一側壁103、第二側壁104和第三側壁105，在第一側壁103和第二側壁104之間、第二側壁104和第三側壁105之間形成有槽，所述通孔102設置在第二側壁104和第三側壁105之間的槽中，所述磨削體20的一端設置有與基體10上的槽和通孔102相匹配的凸起，磨削體20與基體10通過凸起和槽匹配連接，然后經過壓制、硬化后制得鐵軌修磨砂輪；其中，所述磨削體由以下重量份數的成分組成：磨料：100份、酚醛樹脂液：4-6份、酚醛樹脂粉：10-13份、填料：15-30份。表1：本發明實施例1-5鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數實施例1：首先，按表1中實施例1鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數稱取原料，原料中磨料的粒度控制在20#-60#，酚醛樹脂粉的粒徑為200-320目，填料的粒徑為200-320目。然后在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌8min至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，最后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌8min得到成型料。然后，裝配好模具，放入鐵壓鑄而成基體，稱取合適重量的成型料，將其放入成型模具中攤平，在溫度為45℃，壓力為15N/mm2條件下壓制15s，得到砂輪坯。隨后將壓制成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫2h，從130℃升至180℃時，每升高10℃保溫1h，當溫度達到180℃后保溫5小時后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品。最后將得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。實施例2：首先，按表1中實施例2鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數稱取原料，原料中磨料的粒度分別為：鋯剛玉20#-30#、棕剛玉30#-36#、碳化硅36#-46#、石榴石46#-60#，酚醛樹脂粉的粒徑為200-260目，填料的粒徑分別為：冰晶石200-250目、重晶石250-280目、硫化鐵250-300目、氧化鐵300-320目、螢石250-320目。然后在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌8min至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，最后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌8min得到成型料。然后，裝配好模具，放入鐵壓鑄而成基體，稱取合適重量的成型料，將其放入成型模具中攤平，在溫度為45℃，壓力為15N/mm2條件下壓制15s，得到砂輪坯。隨后將壓制成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫2h，從130℃升至180℃時，每升高10℃保溫1h，當溫度達到180℃后保溫5小時后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品。最后將得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。實施例3：首先，按表1中實施例3鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數稱取原料，原料中磨料的粒度分別為：鋯剛玉20#-30#、棕剛玉30#-40#、碳化硅40#-50#、石榴石50#-60#，酚醛樹脂粉的粒徑為250-300目，填料的粒徑分別為：冰晶石250-300目、重晶石200-250目、硫化鐵250-300目、氧化鐵250-300目、螢石200-250目。然后在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌5min至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，最后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌5min得到成型料。然后，裝配好模具，放入鋁合金材料壓鑄而成基體，稱取合適重量的成型料，將其放入成型模具中攤平，在溫度為40℃，壓力為10N/mm2條件下壓制20s，得到砂輪坯。隨后將壓制成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫2h，從130℃升至175℃時，每升高10℃保溫2h，當溫度達到175℃后保溫4小時后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品。最后將得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。實施例4：首先，按表1中實施例4鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數稱取原料，原料中磨料的粒度分別為：鋯剛玉30#-40#、棕剛玉40#-50#、碳化硅50#-60#、石榴石30#-40#，酚醛樹脂粉的粒徑為220-280目，填料的粒徑分別為：冰晶石200-320目、重晶石200-280目、硫化鐵250-320目、氧化鐵200-250目、螢石250-300目。然后在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌8min至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，最后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌8min得到成型料。然后，裝配好模具，放入鋁合金材料壓鑄而成基體，稱取合適重量的成型料，將其放入成型模具中攤平，在溫度為50℃，壓力為15N/mm2條件下壓制15s，得到砂輪坯。隨后將壓制成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫3h，從130℃升至180℃時，每升高10℃保溫1h，當溫度達到180℃后保溫5小時后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品。最后將得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。實施例5：首先，按表1中實施例5鐵軌修磨砂輪的組成成分及其重量份數稱取原料，原料中磨料的粒度分別為：鋯剛玉40#-50#、棕剛玉50#-60#、碳化硅30#-40#、石榴石40#-50#，酚醛樹脂粉的粒徑為250-320目，填料的粒徑分別為：冰晶石200-320目、重晶石250-300目、硫化鐵280-320目、氧化鐵200-250目、螢石200-250目。然后在磨料中加入酚醛樹脂液攪拌10min至磨料充分浸潤，同時將填料和酚醛樹脂粉混合均勻得到粉料，最后將潤濕好的磨料加入到混合好的粉料中，攪拌10min得到成型料。然后，裝配好模具，放入鐵壓鑄而成基體，稱取合適重量的成型料，將其放入成型模具中攤平，在溫度為60℃，壓力為20N/mm2條件下壓制10s，得到砂輪坯。隨后將壓制成型好的砂輪坯在烘箱中烘干，烘箱內的溫度先從室溫升至80℃，然后從80℃升至100℃時每升高10℃保溫1h，從100℃升至130℃時每升高10℃保溫2h，從110℃升至185℃時，每升高10℃保溫1h，當溫度達到185℃后保溫6小時后冷卻至室溫，得到鐵軌修磨砂輪成品。最后將得到的鐵軌修磨砂輪成品進行檢驗，包裝入庫。分別將上述實施例1-5制得的鐵軌修磨砂輪進行性能測試，測試結果如表2所示。表2：本發明實施例1-5制得的鐵軌修磨砂輪的性能測試結果從表2可知，本發明實施例制得的鐵軌修磨砂輪回轉強度、磨削比較高，其硬度、彈性、耐熱性、自銳性、耐候性等綜合性能良好，能夠承受重負荷的強力振動修磨，修磨效率和表面光潔度較好，完全滿足鐵軌修磨的要求。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。盡管對本發明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。