一种钎焊金刚石插片树脂刚玉复合砂轮及其制造工艺的制作方法

本发明属于钢铁磨削领域，具体是指一种钎焊金刚石插片树脂刚玉复合砂轮及其制造工艺。

背景技术：

随着铁路交通的不断建设与运行，铺设的铁路钢轨在长期工作中逐渐出现点蚀凹坑、微裂纹等损伤现象。针对这类问题，进行钢轨的维护性打磨是延长其使用寿命的有效手段。钢轨打磨用磨轮是进行打磨作业的必要工具。现有钢轨打磨磨轮多为树脂加刚玉磨料制作而成。金刚石作为一种超硬磨料，具有高硬度、形状规则、高锋利性等点。随着近年来人造金刚石的产量的不断加大，越来越多的领域应用到金刚石工具。

现使用中的树脂结合剂钢轨打磨砂轮，拥有一定的韧性，相对刚性磨轮等对钢轨的冲击损伤较小；但在应用中磨削量偏低，消耗量偏大，且随着磨粒粒度的减小，消耗量上升明显；磨屑产生烟尘较大；并且磨削表面易出现烧伤现象。传统的树脂结合剂金刚石砂轮，对金刚石磨粒的把持力普遍较小，还未有能实际应用于钢轨打磨的成熟产品。已成熟的钎焊金刚石工具多为单层钎焊金刚石工具，该种工具磨料出露度高，把持力强，相对切削量大，但其应用在磨削钢铁领域有粘铁现象，影响打磨效率与质量，并且持续打磨寿命较短。

因此，如何将金刚石磨粒应用于干式钢铁磨削领域，解决现有砂轮遇到的磨削烧伤、磨削效率偏低、长时间连续磨削粘铁等问题，一直是本领域技术人员待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的刚性磨轮磨削量偏低、消耗量偏大、磨削表面易出现烧伤、磨削效率偏低等问题，公开了一种钎焊金刚石插片树脂锆刚玉复合砂轮的制造工艺，利用单层钎焊金刚石的高出韧度、高把持力，配合树脂砂轮的韧性及多层磨削和不粘铁的特点，成功将金刚石磨粒应用于干式钢铁磨削领域，解决了上述缺陷，并增加一定的砂轮寿命。

本发明的技术方案如下：

一种钎焊金刚石插片树脂锆刚玉复合砂轮的制造工艺，步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片；

步骤二：依据制作磨轮尺寸制备树脂混合料，并置入对应数量插片；

步骤三：进行后续的磨轮制作。

进一步，所述的步骤一具体为：

1.1，制作插片基体：选用厚度0.15-0.5mm的不锈钢如303不锈钢制作一定尺寸的插片基体。基体的长度a为20mm到90mm，宽度b为5mm到40mm；除纯正长方形基体，还可制作为宽边为圆弧状的单曲面插片基体，此时，宽b值为圆弧两端点相连直线段长度。插片有一定弯曲弧度时，有利于在磨轮磨削时延缓插片边缘对其周围树脂的冲击，降低磨轮在插片沿线方向出现开裂现象；

1.2，使用钎焊金刚石用镍基钎料，通过真空钎焊炉在插片基体两面钎焊金刚石磨料或在圆弧状插片基体凸面钎焊金刚石磨料。

进一步，所述的基体的长度a为20mm～90mm，宽度b为5mm～40mm。

进一步，所述的金刚石颗粒大小为10到50目。所焊金刚石磨料可无序排布，也可进行有序排布。依据所用磨料大小、基体尺寸和钎焊面的不同，插片表面磨料密度范围为30％-80％。

进一步，所述的步骤二具体为：

2.1，将钎焊金刚石磨料的插片放入已布好制作树脂打磨砂轮用的树脂、刚玉混合料的对应模具中，插片以磨轮内外圆的中间位置为基准进行摆放；依据打磨车型号的不同，现铁路打磨用砂轮主要有外径150mm打磨砂轮、250mm打磨砂轮和260mm打磨砂轮三种，其打磨工作宽度50mm，即打磨砂轮内外半径相差50mm；

2.2，插片按照长边a竖放，宽边b与打磨端面平行的方式插入，其中长边a与端面垂直或成小于90°大于30°的倾斜角；插片宽边b与其线段中点与磨轮圆心的连线所成0°到60°锐角，同一个磨轮，统一沿顺时针或逆时针摆放。

进一步，当选用插片长度较长，即40mm＜a≤90mm时,磨轮中只摆放一层；当插片长度较短，即20mm≤a≤40mm时，在磨轮中上下摆放两层插片,两层插片间留出2mm～20mm间隔，可进一步减少磨轮中热量的传递；

所述的每一层放置插片的最小数量为N，可依据以下推导设计公式求得：

式中N为放置插片数量，为正整数；b为插片宽边宽度，单位为毫米；r为插片宽边与其中间点与磨轮圆心连线的夹角，范围为30°到60°；R为磨轮上与插片宽边中间点相交圆的半径，单位为毫米；k为特征加权系数，范围为0.1-5；当k＝0.5时，插片磨削覆盖范围与原刚玉磨料磨削覆盖范围等距间隔分布，顺次参与磨削；k≥1时，各插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，同时参与磨削的插片数量越多；式中arcsin()表示反正弦函数，依据上公式和生产条件，确定所放置的插片数。

进一步，所述的步骤三具体为放置好插片后，依照磨轮热压加工工艺，进行后续的磨轮制作，对放置好插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。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

(1)本发明结合了单层钎焊金刚石工具对金刚石磨料的高把持力、金刚石高出露度和高锋利性和树脂磨轮原有的一定韧性，创造性的实现了钎焊金刚石的多层复合磨削，弥补了单层钎焊金刚石工具工作层厚度受限、磨削钢材粘铁的缺点；

(2)本发明相比原未加插片砂轮，依据插片数量及摆放方式的不同，添加的钎焊金刚石插片提高了原树脂砂轮的工作寿命，对应砂轮的寿命提高10％以上，降低了打磨机车人员调换砂轮的工作强度；

(3)本发明制备的复合砂轮打磨工作中，打磨表面质量也较原砂轮有一定提高，并在综合效能上，降低了原树脂砂轮打磨时对环境的污染。

附图说明

图1为本发明带有插片的复合砂轮俯视示意图；

图2为本发明带有插片的复合砂轮正向剖视示意图；

其中，1-磨轮打磨工作端面，2-砂轮中钎焊金刚石插片，3-磨轮基体；

图3为本发明插片在磨轮中宽边与磨轮同心圆位置关系示意图；

图4为本发明制作插片示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，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，都属于本发明保护的范围。

依据打磨车型号的不同，现铁路打磨用砂轮主要有外径150mm打磨砂轮、250mm打磨砂轮和260mm打磨砂轮三种，现针对这三种不同外径的打磨砂轮为例具体实施。

实施例1

一种外径150mm打磨插片砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片：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303不锈钢裁剪制作长55mm、宽20mm的插片基体。选用40/45目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面无序排布，单面磨粒密度60％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结；

步骤二：置入对应数量插片：为使插片上金刚石磨粒与树脂中刚玉磨料交替磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计插片摆放角度r为45°，中心圆半径R为50mm，插片宽度b为20mm，将各值代入公式算得N≥11。为使制作中容易安放，设定每个磨轮放置12片钎焊插片；

步骤三：将插片按顺时针同间距插入备好树脂混合料中。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。

如图1～4所示，图1为本发明带有插片的外径150mm复合砂轮俯视示意图；图2为本发明带有插片的外径150mm复合砂轮正向剖视示意图；其中，1为磨轮打磨工作端面，2为砂轮中钎焊金刚石插片，3为磨轮基体。图3为本发明插片在磨轮中宽边与磨轮同心圆位置关系示意图；b为插片宽边宽度，r为插片宽边与其中间点与磨轮圆心连线的夹角，R为磨轮上与插片宽边中间点相交圆的半径。图4为本发明制作插片示意图。显示了插片的不同尺寸、不同粒度金刚石的使用及其排布方式。左侧为细粒度金刚石长插片形貌图，中间为较粗颗粒金刚石短插片形貌图，最右侧为带有弧度的插片基体示意图。

实施例2

一种外径250mm钢轨打磨插片复合砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片：依据250mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.3mm的303不锈钢裁剪制作长30mm、宽22mm的插片基体。选用35/40目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面无序排布，单面磨粒密度65％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结。

步骤二：置入对应数量插片：设计在磨轮中安放上下两层钎焊金刚石插片，插片上金刚石磨粒与树脂中刚玉磨料交替磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计插片摆放角度r为45°，中心圆半径R为100mm，插片宽度b为22mm，将各值代入计算公式得最小插片数量N≥21。为使制作中容易安放，设定每个磨轮每层放置24片钎焊插片；两层插片间留出2mm至20mm间隔。

下层插片在砂轮模具中放入一半树脂混合料时，按同一倾斜方向均等间隔插入。上层插片在模具中填充完整树脂混合料后，依据下层插片相对位置同一方向上顺次插入。

步骤三：安放好后，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250mm钢轨打磨复合砂轮。

实施例3

一种外径260mm钢轨打磨插片复合砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片。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303不锈钢裁剪制作长60mm、宽24mm的插片基体。选用30/35目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面如图3所示进行有序排布，单面磨粒密度70％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结。

步骤二：为使插片在打磨时可连续参与磨削工作，取计算公式中k值为1。设计插片摆放角度r为60°，中心圆半径R为105mm，插片宽度b为24mm，将各值代入计算公式得最小插片数量N≥36。36片插片已容易在磨轮中放置，设定单个磨轮钎焊金刚石插片数即为36片。

步骤三：将插片按顺时针、同间距插入备好树脂混合料的模具中。安放好后，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，完好既得外径260mm钢轨打磨复合砂轮。

实施例4

本实施例的具体制造工艺中,除303不锈钢裁剪制作长20mm、宽5mm的插片基体外，其他步骤与实施例1相同。

实施例5

本实施例的具体制造工艺中,除303不锈钢裁剪制作长90mm、宽40mm的插片基体外，其他步骤与实施例1相同。

实施例6

一种外径150mm打磨插片砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片：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303不锈钢裁剪制作长55mm、宽20mm的插片基体。选用10/35目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面无序排布，单面磨粒密度80％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结；

步骤二：置入对应数量插片：为使插片上金刚石磨粒与树脂中刚玉磨料交替磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计插片摆放角度r为45°，中心圆半径R为50mm，插片宽度b为20mm，将各值代入公式算得N≥11。为使制作中容易安放，设定每个磨轮放置12片钎焊插片；

步骤三：将插片按顺时针同间距插入备好树脂混合料中。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7

一种外径150mm打磨插片砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片：依据150mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.3mm的303不锈钢裁剪制作长55mm、宽20mm的插片基体。选用40/50目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面无序排布，单面磨粒密度30％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结；

步骤二：置入对应数量插片：为使插片上金刚石磨粒与树脂中刚玉磨料交替磨削工作，取计算公式中k值为0.5。设计插片摆放角度r为45°，中心圆半径R为50mm，插片宽度b为20mm，将各值代入公式算得N≥11。为使制作中容易安放，设定每个磨轮放置12片钎焊插片；

步骤三：将插片按顺时针同间距插入备好树脂混合料中。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8

一种外径250mm钢轨打磨插片复合砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片：依据250mm直径钢轨打磨砂轮的实际有效工作厚度，使用厚度0.3mm的303不锈钢裁剪制作长30mm、宽15mm的插片基体。选用10/20目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面无序排布，单面磨粒密度75％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结。

步骤二：置入对应数量插片：设计在磨轮中安放上下两层钎焊金刚石插片，插片上金刚石磨粒与树脂中刚玉磨料交替磨削工作，取计算公式中k值为0.1。设计插片摆放角度r为30°，中心圆半径R为100mm，插片宽度b为15mm。两层插片间留出2mm至20mm间隔。

下层插片在砂轮模具中放入一半树脂混合料时，按同一倾斜方向均等间隔插入。上层插片在模具中填充完整树脂混合料后，依据下层插片相对位置同一方向上顺次插入。

步骤三：安放好后，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250mm钢轨打磨复合砂轮。

实施例9

一种外径260mm钢轨打磨插片复合砂轮的制备工艺。具体步骤如下：

步骤一：制作钎焊金刚石插片。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303不锈钢裁剪制作长60mm、宽40mm的插片基体。选用70/80目金刚石作钎焊磨粒，在插片基体两面如图3所示进行有序排布，单面磨粒密度30％。使用镍基钎焊金刚石钎料，通过真空钎焊炉对金刚石磨料进行钎焊固结。

步骤二：为使插片在打磨时可连续参与磨削工作，取计算公式中k值为1。设计插片摆放角度r为60°，中心圆半径R为105mm，插片宽度b为40mm，将各值代入计算公式得最小插片数量N。

步骤三：将插片按顺时针、同间距插入备好树脂混合料的模具中。安放好后，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，完好既得外径260mm钢轨打磨复合砂轮。