CN111941294A - 一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法，砂轮包括磨削体、玻璃纤维网格布和铝环，在所述磨削体中分层设置玻璃纤维网格布，所述铝环镶嵌在磨削体的内圆周上。与现有技术相比，本发明的积极效果是：砂轮强度满足50m/s线速度下重负荷打磨工况，无裂纹、破碎现象；在砂轮使用寿命内，磨削体与铝环牢固结合在一起，无松动及脱落现象；砂轮使用寿命高，与进口产品无明显差别。

Description

一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法。

背景技术

随着我国高速铁路以及重载铁路的里程不断增加，钢轨产生病害愈加频繁，尤其是钢轨的滚动接触疲劳伤损。钢轨病害不仅降低了乘客的乘坐体验，还严重影响行车的稳定和安全。钢轨打磨是用来提高钢轨寿命和使用性能的一种手段，经过理论研究及大量实践，都印证了钢轨打磨的实用性和有效性。从技术层面上看，钢轨打磨主要是消除钢轨的波形磨耗以及接触疲劳等因素对钢轨寿命的负面影响。

国外已开发出一种具有颠覆性的新型三维曲面打磨技术，相比传统的二维平面打磨(杯型)技术，在钢轨波磨处理、道岔打磨、小半径曲线打磨等领域具备革命性的技术领先优势。

曲面打磨车相配套的打磨砂轮全部为进口产品，国内尚无替代产品。以意大利Mecno Service公司MS-12S型曲面打磨车为例，其使用的砂轮外径350mm，内径127mm，厚度从25到60有多种型号，最大使用线速度达50m/s，最高使用转速2728r/min，普通的树脂砂轮强度达不到使用要求。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢轨曲面打磨车用砂轮，包括磨削体、玻璃纤维网格布和铝环，在所述磨削体中分层设置玻璃纤维网格布，所述铝环镶嵌在磨削体的内圆周上。

本发明还提供了一种钢轨曲面打磨车用砂轮的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、填料混合：

将钾长石粉、黄铁矿、冰晶石、石膏粉、蓝晶石按质量分数由大到小的顺序加入V形混料机混合均匀，然后过100目筛网后待用；

步骤二、树脂混合：

将酚醛树脂粉、新酚树脂粉按(3～3.5):1的质量比混合均匀，然后过100目筛网后待用；

步骤三、磨料润湿：

将SG磨料、糠醇在逆流混料机混合3～8分钟，使磨料表面充分润湿；

步骤四、将步骤三的润湿料加入步骤一的混合填料上再混合1～3分钟，然后加入步骤二的混合树脂混合1～3分钟，然后过8目筛，筛除结团料，用于成型；

步骤五、成型：

将模具装配好后，将铝环装在模芯上，将步骤四的混合料按总重量平均分成5次投料装模，每投一次料后搅匀刮平，然后放入一张玻璃纤维网格布，直到放入第四张网格布后最后再投一次料，搅匀刮平后冷压成型；

步骤六、硬化：

将步骤五所得半成品放入硬化炉，升温至180～200℃，硬化时长为30～40小时。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：砂轮强度满足50m/s线速度下重负荷打磨工况，无裂纹、破碎现象；在砂轮使用寿命内，磨削体与铝环牢固结合在一起，无松动及脱落现象；砂轮使用寿命高，与进口产品无明显差别。具体表现如下：

(1)采用多层玻璃纤维网格布及铝环增强结构，通过玻璃纤维网格布选型及浸胶处理，大幅提高砂轮强度；

(2)铝环采用加强筋、防转条结构设计，采用喷砂及涂胶处理，保证铝环与磨削体结合紧密，在打磨过程中不松动脱落，同时对砂轮补强；

(3)采用SG磨料提高磨削比，延长砂轮寿命；

(4)通过配方设计，控制砂轮气孔率，在曲面打磨过程砂轮不堵塞，无烧伤现象。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为曲面打磨砂轮结构图；

图2为磨削体效果图；

图3为磨削体组成示意图；

图4为玻璃纤维网格布示意图；

图5为铝环结构图；

图中附图标记说明：1、磨削体；2、玻璃纤维网格布；3、铝环；11、磨料；12、气孔；13结合剂；31、加强筋；32、防转条。

具体实施方式

本发明提供一种钢轨曲面打磨车用砂轮及其制备方法，该砂轮满足重负荷打磨所需强度，使用寿命高。砂轮整体结构由磨削体1、玻璃纤维网格布2、铝环3组成，如图1所示。其中：磨削体1由磨料11、气孔12、结合剂13组成，如图2和图3所示，结合剂13将磨粒结合在一起为磨粒切削提供支撑，气孔12起容屑散热作用。磨削体成分组成按重量份数计算：SG磨料65～70份、酚醛树脂粉6～12份、新酚树脂粉2～4份、钾长石粉1～3份、黄铁矿4～8份、冰晶石2～6份、石膏粉3～5份、蓝晶石1～3份、糠醇1～3份。

优选SG磨料70份、酚醛树脂粉9份、新酚树脂粉3份、钾长石粉2.7份、黄铁矿6份、冰晶石2.5份、石膏粉3.3份、蓝晶石1.5份、糠醇2份。

磨料优选SG磨料，SG磨料由特殊引晶凝胶***烧结而成，是带有革命性的新一代氧化铝磨料，具有硬度高、韧性好、锋利度强等优点，与普通刚玉类磨料相比，SG磨料具有磨削比高、保持性强，工件表面加工质量好，砂轮不易堵塞，磨削效率高等优点。

树脂采用混合树脂，由酚醛树脂、新酚树脂以(3～3.5):1的比例组成，能对SG磨料形成更强的把持力，使磨粒充分使用不易脱落。通过配方设计保证气孔的体积比能有效容屑散热，使新的磨料露出参与磨削。

玻璃纤维网格布2(如图4所示)可提高砂轮强度，减少砂轮疲劳，保留破裂砂轮碎片，提高砂轮侧面刚度。玻纤选用无碱型(含碱量0％～2％)，无碱玻纤相对高碱玻纤(含碱量14％～17％)及中碱玻纤(含碱量8％～12％)机械强度高，耐水耐湿气，电绝缘性好。

玻璃纤维捻度优选加捻玻璃纱，相较无捻玻璃纱，在经过树脂液表面处理后，树脂液能尽量留在表面而不浸入纱的中间，因而柔软性较好，能与成型料较好融合，避免分层现象。

玻璃纱股数优选40股，平型砂轮增强型20～40股，在砂轮加入网格布不分层的情况下，加粗股数能增强砂轮强度。

平型砂轮网格布孔格大小选用范围为3#～5#，根据SG磨粒粒度F16粒度分布，优选4#孔格。

玻璃纤维网格布进行表面处理可以更好地与成型料结合，优选环氧树脂液与南大-42偶联剂混合成表面处理液，南大-42偶联剂加入量占环氧树脂液质量比0.3％～0.8％，优选0.5％。玻璃纤维网格布浸入表面处理液中浸润，进烘箱烘干处理。

铝环3(如图5所示)外表面采用喷砂工艺处理，增加表面粗糙度，增加砂轮结合剂与铝环3外表面粘结度；铝环3外表面涂附酚醛树脂液与硅烷偶联剂，干燥处理，在受热硬化后可进一步增强磨削体1与铝环3之间的粘结力。

铝环3与磨削体1接触的外圆周设计了加强筋31与防转条32结构，磨削体1成型混合料通过液压机压制后包住铝环3，经硬化工序后，磨削体1与铝环3形成稳固的镶嵌结构。

本发明提供一种钢轨曲面打磨车用砂轮结构及制备方法，尺寸规格为350×40×127，成型密度为2.62g/cm³，最大使用线速度达50m/s，最高使用转速2728r/min，打磨压力(1500～3000)N，所述结构由磨削体、玻璃纤维网格布、铝环组成，所述制备方法包含以下步骤：

步骤1

填料混合：将钾长石粉、黄铁矿、冰晶石、石膏粉、蓝晶石按质量分数由大到小的顺序加入V形混料机，混合料体积不超过混料机体积40％，转速设置20转/分钟，混料时长30～60分钟，优选50分钟，过100目筛网后待用；

步骤2

树脂混合：将酚醛树脂粉、新酚树脂粉按(3～3.5):1质量比，优选3:1，混合20～30分钟，优选20分钟，过100目筛网后待用；

步骤3

磨料润湿：将SG磨料、糠醇在逆流混料机混合3～8分钟，优选4分钟，磨料表面充分润湿；

步骤4

将步骤3润湿料加入步骤1混合填料上，两种混料再混合1～3分钟，优选2分钟，再加入步骤2混合树脂1～3分钟，优选1分钟，过8目筛，筛除结团料，用于成型；

步骤5

成型：将模具装配，铝环装模芯上，将步骤4混合料按总重量平均分成5次投料装模，投料后搅匀刮平，放入一张玻璃纤维网格布，总计放入4张玻璃纤维网格布，冷压成型，砂轮单位面积压强10～25MPa，优选25MPa，最终保压15～20分钟，优选20分钟；

这5次投料和4张网格布具体设置如下：先投一次料、搅匀刮平后放一张网格布，然后再投一次料、搅匀刮平后再放一张网格布，直到放完四张网格布后最后再投一次料，搅匀刮平后冷压成型。

步骤6

硬化：将步骤5所得半成品放入硬化炉，最终升温至180～200℃，优选190℃，硬化时长为30～40小时，优选40小时。

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

制备方法包含以下步骤：

实施例1

本发明所述钢轨曲面打磨车用砂轮结构由磨削体、玻璃纤维网格布、铝环组成，砂轮制备方法如下：

1)填料混合：将钾长石粉2.7份、黄铁矿6份、冰晶石2.5份、石膏粉3.3份、蓝晶石1.5份按质量分数由大到小的顺序加入V形混料机，混合料体积不超过混料机体积40％，转速设置20转/分钟，混料时长50分钟，过100目筛网后待用；

2)树脂混合：将酚醛树脂粉9份、新酚树脂粉3份混合20分钟，过100目筛网后待用；

3)磨料润湿：将SG磨料70份、糠醇2在逆流混料机混合4分钟，磨料表面充分润湿；

4)将步骤3润湿料加入步骤1混合填料上，混合2分钟，再加入步骤2混合树脂1分钟，过8目筛，筛除结团料，用于成型；

5)成型：将模具装配，铝环装模芯上，将步骤4混合料按总重量平均分成5次投料装模，投料后搅匀刮平，放入一张玻璃纤维网格布，总计放入4张玻璃纤维网格布，冷压成型，砂轮单位面积压强25MPa，最终保压20分钟；

6)硬化：将步骤5所得半成品放入硬化炉，最终升温至190℃，硬化时长为40小时。

实施例2

本实施例曲面打磨砂轮结构及制备方法与实施例1相同，区别在于实施例1使用SG磨料，本实施例使用锆刚玉磨料。具体不同为如下的步骤3)：

3)磨料润湿：将锆刚玉磨料70份、糠醇2在逆流混料机混合4分钟，磨料表面充分润湿。

实施例3

本实施例曲面打磨砂轮制备方法与实施例1相同，区别在于砂轮组成结构不同，实施例1使用4层玻璃纤维网格布，本实施例未添加。具体不同为如下的步骤5)：

5)成型：将模具装配，铝环装模芯上，将步骤4混合料按总重量平均分成2次投料装模，投料后搅匀刮平，冷压成型，砂轮单位面积压强25MPa，最终保压20分钟。

实施例4

本实施例曲面打磨砂轮制备方法与实施例1相同，区别在于砂轮组成结构不同，实施例1使用铝环，本实施例未添加。具体不同为如下的步骤5)：

5)成型：将模具装配，将步骤4混合料按总重量平均分成5次投料装模，投料后搅匀刮平，放入一张玻璃纤维网格布，总计放入4张玻璃纤维网格布，冷压成型，砂轮单位面积压强25MPa，最终保压20分钟。

将上述实施例制备的曲面打磨车用砂轮进行性能检测，得到上述实施例曲面打磨车用砂轮性能检测表，如表一所示。

表一实施例曲面打磨车用砂轮性能检测表

通过上述实施例1和实施例2对照可以看出，在相同的工件磨削量下，SG磨料消耗量比锆刚玉小，即使用寿命更高。

从上述实施例1和实施例3及实施例4的对照可以看出，使用本发明的曲面打磨砂轮结构极限使用转速最高，在不使用玻璃纤维网格布或铝环的结构下，极限使用转速大幅下降。

Claims (10)

1.一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：包括磨削体、玻璃纤维网格布和铝环，在所述磨削体中分层设置玻璃纤维网格布，所述铝环镶嵌在磨削体的内圆周上。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：所述玻璃纤维网格布的玻璃纱股数为20～40股。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：所述玻璃纤维网格布的孔格为3#～5#孔格。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：在所述铝环与磨削体接触的外圆周上设置有加强筋和防转条。

5.根据权利要求1所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：在所述铝环外表面涂附有酚醛树脂液与硅烷偶联剂。

6.根据权利要求1所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮，其特征在于：所述磨削体成分组成按重量份数计包括：SG磨料65～70份、酚醛树脂粉6～12份、新酚树脂粉2～4份、钾长石粉1～3份、黄铁矿4～8份、冰晶石2～6份、石膏粉3～5份、蓝晶石1～3份、糠醇1～3份。

7.一种钢轨曲面打磨车用砂轮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、填料混合：

将钾长石粉、黄铁矿、冰晶石、石膏粉、蓝晶石按质量分数由大到小的顺序加入V形混料机混合均匀，然后过100目筛网后待用；

步骤二、树脂混合：

将酚醛树脂粉、新酚树脂粉按(3～3.5):1的质量比混合均匀，然后过100目筛网后待用；

步骤三、磨料润湿：

将SG磨料、糠醇在逆流混料机混合3～8分钟，使磨料表面充分润湿；

步骤四、将步骤三的润湿料加入步骤一的混合填料上再混合1～3分钟，然后加入步骤二的混合树脂混合1～3分钟，然后过8目筛，筛除结团料，用于成型；

步骤五、成型：

将模具装配好后，将铝环装在模芯上，将步骤四的混合料按总重量平均分成5次投料装模，每投一次料后搅匀刮平，然后放入一张玻璃纤维网格布，直到放入第四张网格布后最后再投一次料，搅匀刮平后冷压成型；

步骤六、硬化：

将步骤五所得半成品放入硬化炉，升温至180～200℃，硬化时长为30～40小时。

8.根据权利要求7所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮的制备方法，其特征在于：步骤一所述填料混合时，混合料体积不超过V形混料机体积的40％，V形混料机转速为20转/分钟，混料时长30～60分钟；步骤二所述树脂混合的时间为20～30分钟。

9.根据权利要求7所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮的制备方法，其特征在于：步骤五所述冷压成型时，砂轮单位面积压强10～25MPa，最终保压15～20分钟。

10.根据权利要求7所述的一种钢轨曲面打磨车用砂轮的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维网格布的玻纤为无碱型玻纤；所述玻璃纤维捻度为加捻玻璃纱；所述玻璃纤维网格布浸入表面处理液中浸润后进烘箱烘干处理；所述表面处理液采用环氧树脂液与南大-42偶联剂混合制成，所述南大-42偶联剂加入量占环氧树脂液质量比的0.3％～0.8％。

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