新型玻璃纤维增强铁路钢轨切割树脂砂轮片的研发

新型玻璃纤维增强铁路钢轨切割树脂砂轮片的研发金雪霞;单关有;沈怡;梁治钢【摘要】通过对玻璃纤维增强切割树脂砂轮片配方设计、结构设计、成型工艺和烤制工艺的调整和优化,涉及原料的选择、网布结构和数量的使用、半成品密度的调整和固化曲线的调整,研发出一种新型的玻纤增强铁路钢轨切割树脂砂轮片(305 mm ×3．8 mm ×22．2 mm)。

该砂轮片能切割60#标准铁路钢轨至少3刀,每次切割时间至多2．0 min,并且切割面较光亮无严重灼烧,切割手感锋利,切割效率高。

%A new type of resin-bonded abrasive rail-cutting wheels has been developed by adjusting and optimizing the formulation,structure,pressing and baking technologies,including the selection of materials,the adjustment of semi-finished product density and the optimization of curing curve. This cutting wheel can make at least 3 cuts of 60# standard rail,with max. 2. 0 minutes for each cut. The cut faces are bright and non-scorching,and the cutting operation is smooth and highly efficient.【期刊名称】《玻璃纤维》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P35-39,49)【关键词】玻璃纤维增强;铁路钢轨;树脂砂轮片;经济效益【作者】金雪霞;单关有;沈怡;梁治钢【作者单位】南京玻璃纤维研究设计院有限公司，南京210012;南京玻璃纤维研究设计院有限公司，南京210012;南京玻璃纤维研究设计院有限公司，南京210012;南京玻璃纤维研究设计院有限公司，南京210012【正文语种】中文【中图分类】TQ171.77+7.771 铁路钢轨切割树脂砂轮片现状和市场前景1.1 铁路钢轨切割树脂砂轮片现状切割钢轨多为野外作业，环境恶劣，对切割设备和砂轮的性能要求苛刻。

国内铁路行业大多采用瑞典Husqvarna公司专用汽油动力轨道切割机，配套砂轮为法国圣戈班磨具Flexovit专用钢轨切割片。

该切割片规格主要有305 mm、355 mm、405 mm 3种(均指外径)，其中305 mm切割片最为普及。

产品具有安全、耐用、切割效率高、加工质量好等特点，成为目前世界上使用最为广泛、性能最为卓越的铁路钢轨切割片，在国内同类产品市场的占有率达85%以上。

国内一些砂轮制造厂家虽然已经生产出类似的产品，但是由于技术、设备等方面的不足，该类产品在某些技术指标和使用性能上与进口产品相差甚远，无法推广使用。

多年来，进口产品一直处于市场垄断地位，但其价格昂贵，外径305 mm的钢轨砂轮切片价格约在98元/片，铁路用户一直希望国内企业能够生产出价格适中，性能接近的此类产品代替进口，降低成本。

1.2 铁路钢轨切割树脂砂轮片市场前景经了解，仅铁路南京工务段年使用量就达2 000～3 000片，全国18个铁路局预计年用量达40～50万片，市值4 000～5 000万元。

根据国家新颁布实施的《中长期铁路网调整规划》，从现在起到2020年，中国将新建约4万km铁路，按此推算，此类砂轮需求量将每年新增5%～10%，市场需求量非常强大。

通过本产品的研发，产品的各项性能达到或接近国外同类产品先进水平，而我们的产品价格估计只有国外产品的50%～70%，具有很强的性价竞争力，市场前景十分广阔。

该项产品投产后，第一年的年销售量按照国内市场份额的10%来计算能达到4～5万片，随着该产品需求量的日益上升以及在国内外市场上的进一步扩大推广，保守估计未来3年内的市场需求量会以至少每年20%的增长率增长，市场前景良好，经济效益显著。

该项产品也将填补国内在此领域的空白，为铁路用户大大降低成本。

2 试验2.1 原料及设备2.1.1 原料及性能特点2.1.1.1 磨料A，硬度比WA低，韧性高，能承受较大的压力，工作过程中抗破碎能力强，对于磨具产品来说，适应加工范围广，且价格便宜;WA，硬度比A略高，韧性稍低，自锐性好、磨削能力强、发热量小、效率高、耐酸碱腐蚀、耐高温稳定性好;SF，具有耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、气孔率低、热态性能稳定等优点，磨粒有良好的自锐性，磨削锋利而不易烧伤工件，对磨粒进行后处理之后，可增加相对耐磨能力;SiC，与刚玉系人造磨料相比，硬度较高、脆性较大。

2.1.1.2 结合剂酚醛树脂液，德国进口，主要为磨料湿润剂;酚醛树脂粉，国产或德国进口，是砂轮成型主要的粘合剂;酚醛树脂因弹性好，对震荡、冲击、侧压的敏感性小，且高稳定性使其能够适应较高转速，可提高磨削性能，因此特别适合用于磨削砂轮和切割砂轮的结合剂。

2.1.1.3 填料铁铜合剂，奥地利进口;铁粉，美国进口;钾冰晶石粉，国产，它在表面高温下升华可以增加气孔率，并与切屑起反应，防止砂轮阻塞，同时还是一种很好的高温润滑剂。

2.1.2 试验材料60#钢轨，表示铁路钢轨为60 kg/m。

2.1.3 试验设备逆流混料机，MDM1100-200KGS，意大利;液压机，420型，意大利;程序控制箱式热风循环电热硬化炉，FAF3MC，意大利;切割机，Husqvarna 3122K，瑞典。

2.2 技术指标主要开发的是尺寸为305 mm×3.8 mm×22.2 mm(外径×厚度×内径)，技术指标包括安全性能和测试性能两方面，安全性能方面，指回转强度在100 m/s转速的1.5倍下延时30 s不破碎为合格。

测试性能方面，指切割60#标准铁路钢轨，一片能切3刀或3刀以上，且每次切割时间≤2.5 min，切割面光亮且无严重灼烧。

2.3 工艺路线磨料、结合剂(树脂粉和树脂液)和填料首先通过MDM逆流混料机混合均匀，然后在恒温恒湿的贮砂间贮存一定时间后，过筛，根据需要送到420型液压机上成型，成型切片时也要根据需要添加2～3层玻璃纤维网格布，这时的砂轮为半成品，半成品采用铸铁板重力加压法，即用金属垫板和特氟龙网布隔开，两片一压，中孔用心轴穿起，最上面用八块铸铁板压着，使半成品在硬化过程中始终加有一定的压力。

最后是置于箱式热风循环电热硬化炉内经过固定的硬化曲线烤制，待烤制结束时，冷却到室温，取出进行检验和切割性能的测定，这就是成品砂轮了。

具体的工艺路线见图1。

图1 玻璃纤维增强树脂切割片工艺路线图2.4 检测方法产品性能的检测主要是对外径为305 mm的切割片进行切割性能的测试评价，方法为:先将切割设备用配套夹具固定在要切割的钢轨上，然后将树脂砂轮片安装到切割机上，对60#标准铁路钢轨进行切割，直至树脂切割片不能切为止，记录切割次数和每次的切割时间，并观察切割面状态。

3 结果与讨论3.1 配方设计磨料、树脂粘结剂和填充剂是构成砂轮配方的主要原材料，每种原材料的选择和用量对砂轮的性能来说都是至关重要的。

磨料在砂轮切割过程中起着类似刀刃的作用，因此它必须有很好的自锐性，同时又要有一定的耐磨性或耐切性。

磨料粒度的不同直接影响到砂轮切割片的性能，选用混合粒度的磨料时，由于细的磨粒能填充到较粗的磨粒间隙中，因而缩小了磨粒间的空隙，增大了磨料的比表面积。

磨具是靠结合剂将磨料粘结起来成型的，在相同的砂结比(磨料和结合剂的比例)时，采用混合粒度磨料制作的切割片，其使用的结合剂结构短而粗，磨料的粘结面积大，因而能有效地提高切割片的强度、磨削效率和耐用度等［1］。

因此我们选用了混合粒度的A、WA、SF和SiC来进行试验。

树脂起到的是将磨料粘结在一起的作用，选择时着重考虑较好的粘结能力和瞬时耐高温性能。

填充剂主要选择帮助切削过程中砂轮散热的无机填料。

在原料选择的基础上，具体的用量和搭配需预先进行合理的设计，再通过试验的方法进一步比较、选择和优化。

对进口Flexovit直径305 mm钢轨切片残片进行原料成分分析，得出砂轮的树脂含量约为12.5%，其具体成分与本项目产品(MHA)成分及性能比较见表1。

基于SF的优点，我们使用SF，而且以粗粒度磨料为主，增加了钢轨切片的锋利度，并添加了少量的细粒度SiC，使钢轨切片的性能更好。

针对客户提出建议要求进一步提高钢轨切片的锋利度，我们略微提高粗粒度的磨料比例，一锅砂中，粗粒度磨料由50 kg增加到60 kg，该配方体系得到客户的基本认可，已经开始订购该类产品。

最终配方采用A、SF、WA 和 SiC 磨料，各占 19.8%，29.8%，29.8% 和2.0%;树脂采用德国进口的酚醛树脂液和树脂粉，共占12.5%;填料采用奥地利生产的铁铜合剂+钾冰晶石粉，占6.9%。

研发过程中采用A占的比例较高，约为55%，而SF占25%左右［2-4］。

表1 进口Flexovit与本公司钢轨切片成分及性能对比表Flexovit MHA(过程中) MHA(最终)树脂未知国产酚醛树脂德国进口酚醛树脂磨料 SF和 A，SF较多SF、A、WA 和 SiC，SF和WA较多填料含铁的填料美国进口铁粉SF和 A，A较多奥地利进口铁铜合剂+钾冰晶石粉性能好，无严重灼烧，锋利度较好一般，灼烧较严重，锋利度不够，切割费力好，无严重灼烧，锋利度好3.2 砂轮结构设计砂轮结构设计主要是玻璃纤维网片的用法、使用数量以及规格的选择，目的是满足砂轮的工作速度和安全性能，以及砂轮在切削过程中保持比较好的刚度。

玻纤网片使用情况比较见表2。

表2 玻纤网片使用情况比较内网外网内网320g/5×4目320g/5×4目160g/5×5目260g/5×5目260g/5×5目190g/6×6目网数量 2片+0片 2片+1片 2片+0.5片 2片+1片安全性能延时6 s，不合格延时30 s，合格延时30 s，合格延时30 s，合格优缺点存在安全问题成本适中，刚度不够，产品锋利度受影响网规格外网内网外网内网外网成本适中，刚度不够，产品锋利度受影响成本适中，刚度较好，产品锋利度和切割面不受影响最终，为了提高砂轮的刚度和锋利度，直径305 mm的砂轮内网采用和砂轮外径比较接近的网片，钢轨切片规格制作成305 mm×3.8 mm×22.2 mm［5-6］。