一种铁轨修磨砂轮及其制备方法与流程

本发明涉及一种砂轮及其制备方法，尤其涉及一种铁轨修磨砂轮及其制备方法，属于砂轮技术领域。

背景技术：
我国铁路部门根据国家和市场需求为满足出行需要，拉动交通经济服务人们出行，自1997年以来对我国铁路进行了多次大面积提速，最近一次调整为2014年7月1日，调整后，全国铁路开行旅客列车动车组成为“主力军”，旅客列车的运行速度进一步提升，且随着我国高铁技术的飞速发展，日后列车的运行方案将逐步改变，运行速度将稳步提升。但是，铁路列车速度的提高对铁轨材料提出了更高的技术要求，尤其是对铁轨的尺寸磨损要求更加严格。为了适应这种提速的要求，必须对新铺设的铁轨进行预防性修磨处理，而且在线使用的铁轨必须进行定期修磨，从而消除铁轨中固有的缺陷、磨损、铁轨顶面以及焊接头不平顺和疲劳破坏层。通过对铁轨的修磨减少由滚动接触疲劳引起的铁轨损伤及铁轨侧面的磨损，可使铁轨的使用寿命延长0.5-1倍。同时还可以降低机车对钢轨的冲击，降低列车允许的滚动噪声，改进列车运行质量。铁轨修磨常采用修磨机车，修磨机车所用的砂轮即铁轨修磨砂轮。铁轨修磨砂轮是一种性能要求非常高的专用磨具，修磨时使用砂轮的端面进行振动修磨，垂直方向的压力采用液压调节加压，因此，砂轮承受的负荷非常大，而且是露天作业，就需要砂轮具有强度高、耐磨性好、磨削比高、耐候性好等特点，尤其是砂轮使用的磨料必须结构致密、热物理性能好，选择强度高、耐磨性好的结合剂，这样才能保证砂轮能够承受重负荷的强力振动修磨，满足铁轨修磨的要求。目前，关于铁轨修磨砂轮的技术已有报道，如中国发明专利(公开号：CN1814566A)公开了一种钢轨磨砂轮的工艺配方，包括重量为13-17％的碳化硅、5-7％的树脂粉、12-15％的黄铁粉、5-8％的冰晶石、2-5％的石灰和余量的锆刚玉。又如中国发明专利(CN102241957A)公开了一种钢轨打磨砂轮的制作配方及其利记博彩app，该钢轨打磨砂轮由以下重量份数比成分制成：锆刚玉70-100份、硫化铁粉5-8份、冰晶石4-8份、碳酸钙1-3份、石膏粉1-4份、酚醛树脂7-10份。以上两种技术方案中砂轮的磨料都比较单一，填料成分的选择不是很恰当，而且磨料与填料、树脂粉之间的配比也非常不合理。因此，以上两种技术方案制得的砂轮并不一定能够保证砂轮能承受重负荷的强力振动修磨。

技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种综合性能好、能承受重负荷的强力振动修磨和安全性能高的铁轨修磨砂轮。本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种铁轨修磨砂轮，所述砂轮包括基体和磨削体，所述基体中心为安装孔以及设置在安装孔周围的若干通孔，基体正面围绕安装孔同轴设置有第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，在第一侧壁和第二侧壁之间、第二侧壁和第三侧壁之间形成有槽，所述通孔设置在第二侧壁和第三侧壁之间的槽中，所述磨削体的一端设置有与基体上的槽和通孔相匹配的凸起，磨削体与基体通过凸起和槽匹配连接，然后经过压制、硬化后制得铁轨修磨砂轮；其中，所述磨削体由以下重量份数的成分组成：磨料：100份、酚醛树脂液：4-6份、酚醛树脂粉：10-13份、填料：15-30份。本发明铁轨修磨砂轮由基体和磨削体组成，由于基体正面围绕安装孔同轴设置有第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，在第二侧壁和第三侧壁之间设置有若干个圆孔，磨削体填充在基体正面后经过压制、硬化后即可制得铁轨修磨砂轮，不需要在砂轮外围周边缠绕玻璃纤维等材料以保证砂轮磨削体与基体的结合强度。而且本发明砂轮磨削体的组成成分及其重量份数配伍合理，制得的砂轮强度高、硬度大、弹性好、耐热性好、自锐性好，能够承受重负荷的强力振动修磨，效率和表面光洁度较好，不需要在磨削体内部增加加强磨削体强度的加强网片，完全满足铁轨修磨的要求。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述磨料由以下重量百分比成分组成：棕刚玉：30-45％、碳化硅：3-5％、石榴石：5-10％、余量为锆刚玉。本发明铁轨修模砂轮为了满足高强度的磨削要求，其使用的磨料需要具有结构致密、强度高、热物理性能好，莫氏硬度高等要求。本发明选择锆刚玉、棕刚玉、碳化硅和石榴石多种磨料混合使用，结合其各自的优点，使砂轮的性能达到最优状态，以满足高强度的磨削要求。其中，锆刚玉是以铝矾土(或铝氧粉)、锆英砂、无烟煤和铁屑为原料，在电弧炉内经2000℃以上高温熔炼，熔液经急冷，破碎制粒而成，是α-Al2O3和Al2O3-ZrO2的共晶体化合物。它的韧性大、强度高、耐磨性好，在对铁轨的重负荷磨削过程中，表现出极高的磨削效率、不易烧伤工件、砂轮表面不易堵塞等优点，完全适用于本发明重负荷磨削铁轨的需求。而棕刚玉是用矾土经电弧炉冶炼而成的人造刚玉，主要成分是Al2O3，其具有硬度高(HV＝1800～2200kg/mm2)，韧性大，熔点高(1800～2000℃)，颗粒锋利，磨削性能好，价格便宜等特点。因此，本发明磨料主要以锆刚玉和棕刚玉为主，以保证制得的砂轮具有强度高、韧性大、耐磨性好、颗粒锋利、磨削效率高等特点，满足重负荷磨削铁轨的需求。本发明在磨料中还添加了少量的碳化硅和石榴石，因为莫氏硬度7-8的石榴石价格便宜，可以代替部分棕刚玉、锆刚玉以降低成本。而碳化硅虽然磨削适用性恰好与刚玉相反，它会与铁轨发生如下反应：SiC+4Fe→FeSi+Fe3C，不宜用于磨削铁轨。但是，经过研究发现，砂轮中含有少量的碳化硅时，在磨削过程中与铁轨间歇性发生反应，有提高磨削效率的效果，而且碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、显微硬度高达2840-3320kg/mm2、导热性能良好、抗冲击等特性，因此，加入适量的碳化硅不仅有助于砂轮的磨削效率，还可以提高砂轮的强度、耐候性、抗疲劳等性能，延长使用寿命。但是，鉴于碳化硅与铁轨发生反应的问题，碳化硅的添加量仍然需要控制，否则在磨削过程中发生的反应将会给铁轨造成不利影响，弊大于利，因此，本发明将碳化硅的含量控制在磨料的3-5％范围内。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述磨料的粒度为20#-60#。对铁轨进行修磨加工使铁轨更平顺、精度更好，所以磨料的粒度就极为重要。本发明优选粒度为20#-60#的磨料，进一步优选四种混合磨料的粒度为不同值，这样制得的砂轮不仅致密性高、强度大，而且修磨的精度效果非常好。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述酚醛树脂粉的粒径为200-320目。酚醛树脂作为本发明砂轮结合剂，本身具有弹性好、抛光能力优、强度高、硬度大、耐热性好、磨削消耗小、磨削效率高、磨削精度好等特点，且具有优异的黏附性能、独特的抗烧蚀性能、阻燃性能。固化形成本发明铁轨修磨砂轮后仍具有强度高，弹性好，耐热性好，自锐性好，不易堵塞，修整少，磨削效率较高，磨削温度较低，磨削的表面光洁度高等特点，且制备工艺简便、周期短。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述填料由以下重量百分比成分组成：冰晶石:10-15％，重晶石：15-25％、氧化铁：5-10％、萤石：10-20％、余量为硫化铁。将填料添加到本发明砂轮的成型料中作为其中的组分，可以同时起到改变砂轮性能和降低成本的作用。由于本发明砂轮用于铁轨修磨，如果在修磨时磨削处有硫或卤素蒸气存在，它们会使铁轨的材料(钢)的化学键断裂，从而使磨削铁轨的能力大大提高。因此，本发明在铁轨修磨砂轮的填料中配伍了一定量的重晶石和硫化铁。重晶石是以硫酸钡(BaSO4)为主要成分的非金属矿产品，它和硫化铁都含有硫，在砂轮修磨铁轨时可以提供硫，从而提高砂轮磨削效果。而且重晶石还可以提高砂轮硬度，改善砂轮摩擦磨损性能，降低成本。而填料中氧化铁主要起到补强作用，用于提高磨具的耐热性。萤石则是在磨削热的作用下分解，起到增加磨具自锐性，减少烧伤，提高效率的作用。填料的主要成分冰晶石熔点较低，可降低磨削热，增强自锐性，防止砂轮堵塞，提高砂轮强度。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述填料的粒径为200-320目。填料作为磨料的填充材料，其粒径应该与磨料的粒径配合使用，达到一个良好的填充效果。而且，本发明进一步优选各种不同粒径的填料填充。在上述一种铁轨修磨砂轮中，所述基体由金属材料压铸而成。进一步优选由铁或者铝合金压铸而成。由金属材料制成的基体可以保证砂轮的强度、应力分布等，获得性能好且安全有效的铁轨修磨砂轮。本发明另一个目的在于提供上述铁轨修磨砂轮的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：混配料：称取原料，先在磨料中加入酚醛树脂液搅拌至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，然后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌5-10min得到成型料；成型：装配好模具，放入基体，称取合适重量的成型料，然后将其放入成型模具中摊平，压制成型得到砂轮坯；硬化：将上述成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度自室温梯度升温至175-185℃后保温4-6小时然后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品；检验包装：将上述得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。本发明在混配料过程中，先用酚醛树脂液润湿磨料，同时将填料与酚醛树脂粉混合均匀，然后再将润湿好的磨料加入混合均匀的粉料中，有效的避免了填料与酚醛树脂粉加入润湿好的磨料中容易产生粉团的问题，因此，在混料后不需要再对成型料进行筛选，既提高了砂轮的生产效率，也间接的节约了生产成本。本发明在混配料、成型、装炉、硬化、冷却、出炉过程中，如果操作不妥、温度、压力等控制不当，容易造成有桥楞、起泡、膨胀、变形、倒塌、红心、硬度不符、回转破裂、掉边、掉角、不平衡等类型的废品。因此，必须严格按照上述工艺参数制备本发明铁轨修磨砂轮，提高产品合格率，并检验合格后包装入库。在上述一种铁轨修磨砂轮的制备方法中，在成型过程中，所述压制温度为40-60℃，压制压力为10-20N/mm2，压制时间为10-20s。压制温度过低或者时间过短，压制不充分，砂轮性能达不到使用要求，同样得到砂轮次品。所以本发明将压制温度、压力和时间限定在上述范围内，硬化后可以得到密度、强度、硬度等性能最佳的铁轨修磨砂轮。在上述一种铁轨修磨砂轮的制备方法中，在硬化过程中，所述梯度升温是先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1-2h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温2-3h，从130℃升至175-185℃时，每升高10℃保温1-2h。因为在硬化过程中会发生物理和化学变化，当温度升至80℃左右时树脂开始熔融，就会有水分蒸出，硬化反应开始；当温度从100℃升至130℃时，熔融的树脂发生交联，同时会释放出大量氨气、水等气体，从130℃升至最终温度175-185℃时，树脂交联完全直至完全硬化，同时仍然伴随着大量氨气排出，所以在升温过程中就必须安排保温时间以便排出气体，当温度达到最终温度175-185℃时，固结成的砂轮硬而韧性好，但保温时间不宜过长，否则将会导致树脂过固化，强度下降。与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：1.本发明铁轨修磨砂轮的基体和磨削体结合强度高、安全性好，不需要在砂轮外围周边缠绕玻璃纤维等材料以保证安全。2.本发明铁轨修磨砂轮的磨削体的组成成分及其重量份数配伍合理，制得的砂轮强度高、硬度大、弹性好、耐热性好、自锐性好、耐候性好，能够承受重负荷的强力振动修磨，修磨效率和表面光洁度较好，完全满足铁轨修磨的要求。3.本发明铁轨修磨砂轮的磨削体中磨料、酚醛树脂粉和填料的粒径配伍合理，混合更加均匀，制得的砂轮综合性能更好，用本发明砂轮修磨后的铁轨更平顺、精度更好。4.本发明铁轨修磨砂轮的制备工艺简便、合理、周期短，并合理设置能达到本发明砂轮性能要求的成型和硬化工艺中的条件参数，制得密度、强度、硬度和韧性等综合性能较好的铁轨修磨砂轮。附图说明图1为本发明铁轨修磨砂轮的结构示意图；图2为本发明铁轨修磨砂轮的基体的结构示意图。图中：10：基体；20：磨削体；101：安装孔；102：通孔；103:第一侧壁；104:第一侧壁；105：第一侧壁。具体实施方式以下是本发明的具体实施例结合附图说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如图1和图2所示，所述砂轮包括基体10和磨削体20，所述基体10中心为安装孔101以及设置在安装孔101周围的若干通孔102，基体正面围绕安装孔101同轴设置有第一侧壁103、第二侧壁104和第三侧壁105，在第一侧壁103和第二侧壁104之间、第二侧壁104和第三侧壁105之间形成有槽，所述通孔102设置在第二侧壁104和第三侧壁105之间的槽中，所述磨削体20的一端设置有与基体10上的槽和通孔102相匹配的凸起，磨削体20与基体10通过凸起和槽匹配连接，然后经过压制、硬化后制得铁轨修磨砂轮；其中，所述磨削体由以下重量份数的成分组成：磨料：100份、酚醛树脂液：4-6份、酚醛树脂粉：10-13份、填料：15-30份。表1：本发明实施例1-5铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数实施例1：首先，按表1中实施例1铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数称取原料，原料中磨料的粒度控制在20#-60#，酚醛树脂粉的粒径为200-320目，填料的粒径为200-320目。然后在磨料中加入酚醛树脂液搅拌8min至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，最后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌8min得到成型料。然后，装配好模具，放入铁压铸而成基体，称取合适重量的成型料，将其放入成型模具中摊平，在温度为45℃，压力为15N/mm2条件下压制15s，得到砂轮坯。随后将压制成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温2h，从130℃升至180℃时，每升高10℃保温1h，当温度达到180℃后保温5小时后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品。最后将得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。实施例2：首先，按表1中实施例2铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数称取原料，原料中磨料的粒度分别为：锆刚玉20#-30#、棕刚玉30#-36#、碳化硅36#-46#、石榴石46#-60#，酚醛树脂粉的粒径为200-260目，填料的粒径分别为：冰晶石200-250目、重晶石250-280目、硫化铁250-300目、氧化铁300-320目、萤石250-320目。然后在磨料中加入酚醛树脂液搅拌8min至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，最后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌8min得到成型料。然后，装配好模具，放入铁压铸而成基体，称取合适重量的成型料，将其放入成型模具中摊平，在温度为45℃，压力为15N/mm2条件下压制15s，得到砂轮坯。随后将压制成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温2h，从130℃升至180℃时，每升高10℃保温1h，当温度达到180℃后保温5小时后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品。最后将得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。实施例3：首先，按表1中实施例3铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数称取原料，原料中磨料的粒度分别为：锆刚玉20#-30#、棕刚玉30#-40#、碳化硅40#-50#、石榴石50#-60#，酚醛树脂粉的粒径为250-300目，填料的粒径分别为：冰晶石250-300目、重晶石200-250目、硫化铁250-300目、氧化铁250-300目、萤石200-250目。然后在磨料中加入酚醛树脂液搅拌5min至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，最后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌5min得到成型料。然后，装配好模具，放入铝合金材料压铸而成基体，称取合适重量的成型料，将其放入成型模具中摊平，在温度为40℃，压力为10N/mm2条件下压制20s，得到砂轮坯。随后将压制成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温2h，从130℃升至175℃时，每升高10℃保温2h，当温度达到175℃后保温4小时后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品。最后将得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。实施例4：首先，按表1中实施例4铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数称取原料，原料中磨料的粒度分别为：锆刚玉30#-40#、棕刚玉40#-50#、碳化硅50#-60#、石榴石30#-40#，酚醛树脂粉的粒径为220-280目，填料的粒径分别为：冰晶石200-320目、重晶石200-280目、硫化铁250-320目、氧化铁200-250目、萤石250-300目。然后在磨料中加入酚醛树脂液搅拌8min至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，最后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌8min得到成型料。然后，装配好模具，放入铝合金材料压铸而成基体，称取合适重量的成型料，将其放入成型模具中摊平，在温度为50℃，压力为15N/mm2条件下压制15s，得到砂轮坯。随后将压制成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温3h，从130℃升至180℃时，每升高10℃保温1h，当温度达到180℃后保温5小时后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品。最后将得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。实施例5：首先，按表1中实施例5铁轨修磨砂轮的组成成分及其重量份数称取原料，原料中磨料的粒度分别为：锆刚玉40#-50#、棕刚玉50#-60#、碳化硅30#-40#、石榴石40#-50#，酚醛树脂粉的粒径为250-320目，填料的粒径分别为：冰晶石200-320目、重晶石250-300目、硫化铁280-320目、氧化铁200-250目、萤石200-250目。然后在磨料中加入酚醛树脂液搅拌10min至磨料充分浸润，同时将填料和酚醛树脂粉混合均匀得到粉料，最后将润湿好的磨料加入到混合好的粉料中，搅拌10min得到成型料。然后，装配好模具，放入铁压铸而成基体，称取合适重量的成型料，将其放入成型模具中摊平，在温度为60℃，压力为20N/mm2条件下压制10s，得到砂轮坯。随后将压制成型好的砂轮坯在烘箱中烘干，烘箱内的温度先从室温升至80℃，然后从80℃升至100℃时每升高10℃保温1h，从100℃升至130℃时每升高10℃保温2h，从110℃升至185℃时，每升高10℃保温1h，当温度达到185℃后保温6小时后冷却至室温，得到铁轨修磨砂轮成品。最后将得到的铁轨修磨砂轮成品进行检验，包装入库。分别将上述实施例1-5制得的铁轨修磨砂轮进行性能测试，测试结果如表2所示。表2：本发明实施例1-5制得的铁轨修磨砂轮的性能测试结果从表2可知，本发明实施例制得的铁轨修磨砂轮回转强度、磨削比较高，其硬度、弹性、耐热性、自锐性、耐候性等综合性能良好，能够承受重负荷的强力振动修磨，修磨效率和表面光洁度较好，完全满足铁轨修磨的要求。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。