一种高铁刹车片加工专用的金刚石砂轮的制作方法

本发明属于金刚石砂轮技术领域，尤其是涉及一种高铁刹车片加工专业的金刚石砂轮。

背景技术：

铁路的高速化程度是评判国家交通发达与否的一个重要标志，随着我国高速铁路的快速发展，其各项性能要求也相应的提高，尤其对制动性能提出了更严格的要求，这是因为列车的制动功率与车速呈三次方关系，即列车的速度提高一倍，制动功率就需要提高八倍。目前列车的紧急制动主要是依靠车辆制动系统中的制动盘和刹车片摩擦副的摩擦实现的，而制动系统中刹车片的性能好坏对列车制动效果有着非常大的影响，因此，对其性能提出了更加严格的要求。

目前高铁刹车片的主要材质是粉末冶金材料、c/c复合材料、高磨合成材料等，这几种材料都具有较高摩擦力及优良的耐磨性能、足够的抗冲击强度、导热性好等性能，并且对刹车片的加工精度也有了更高的要求。

传统的刹车片磨削工艺是分区域、分面逐步磨削的，这种磨削工艺效率低、废品率高，加工精度低，磨削出的刹车片存在一定的安全隐患。因此需要提出一种加工效率高、废品率低，并且加工精度高的金刚石砂轮。

技术实现要素：

由于传统的刹车片磨削工艺是分区域、分面逐步磨削的，这种磨削工艺效率低、废品率高，加工精度低，磨削出的刹车片存在一定的安全隐患。本发明提出了一种加工效率高、废品率低，并且加工精度高的高铁刹车片加工专用的金刚石砂轮。

另外，常见的高铁刹车片主要有两种，一种是外缘两端对称的；一种是外缘两端不对称的；传统的磨轮是分面分角度逐一磨削，不仅效率低，而且刹车片的一致性差。

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种高铁刹车片加工专业的金刚石砂轮，本发明应用成型磨削的原理，使其在磨削过程中一次成型，减少了工人繁复更换砂轮的的工作量，而且生产出来的刹车片其一致性和加工精度都得到了很大的提高。

为此，本发明提出了如下技术方案：

一种高铁刹车片加工专用的金刚石砂轮，所述金刚石砂轮包括成型金刚石砂轮、平面金刚石砂轮和金刚石开槽片；

所述成型金刚石砂轮和平面金刚石砂轮采用成型磨削的工艺原理，在加工刹车片的过程中一次成型，金刚石砂轮工作面结构根据要加工的高铁刹车片的形状来确定，且金刚石砂轮为成对使用；

所述金刚石砂轮的磨料选用人造金刚石，其性能包括：莫氏硬度范围为12到17级，抗压强度强度范围σ＝3～5gpa，抗拉强度范围为σb＝130～250gpa。

优选的，所述成型金刚石的莫氏硬度为15度。

优选的，所述成型金刚石砂轮的金刚石的颗粒尺寸，粗磨为355-600μm，精磨为212-355μm，金刚石颗粒的埋入率为40％-45％。

优选的，所述平面金刚石砂轮外径d1根据磨床的转速和行程，d1的选取区间为160mm—800mm，厚度h根据要加工的高铁刹车片的形状来确定，h的取值范围为15mm—80mm。

优选的，在所述平面金刚石砂轮磨削面上铣有排削槽，排削槽的宽度根据磨削时进给量的变化来确定，排削槽的宽度在4mm—12mm之间。

优选的，所述平面金刚石砂轮的进刀过程中的避让角度a1是通过进给量来确定的，避让角度a1的取值区间是2°—20°。

优选的，所述排削槽为梯形排削槽，其中梯形两边的夹角角度a2根据排削量及槽深，选择的范围是30°—145°；

排削槽的中轴线相对于平面金刚石砂轮中轴线的角度a3，根据磨床的抽风通道及磨床的转速决定，其范围是10°—60°之间。

优选的，所述平面金刚石砂轮的磨削面两端为r圆角。

优选的，所述平面金刚石砂轮金刚石的颗粒尺寸粗磨为500-850μm，精磨为300-425μm，金刚石颗粒的埋入率为35％-40％。

优选的，所述金刚石开槽片为采用连续边的开槽片，采用了双边外缘减薄的加工工艺，其材质为75cr1，热处理硬度为hrc43-45。

优选的，所述金刚石开槽片外径尺寸范围是80mm—500mm；环宽根据刹车片需要开槽的深度和排削效果确定，其范围区间是3mm—15mm。

优选的，所述金刚石开槽片金刚石的颗粒尺寸355-500μm，金刚石颗粒的埋入率为40％。

本发明的技术效果：

(1)本发明提供了一种金刚石砂轮，包括成型金刚石砂轮、平面金刚石砂轮和金刚石开槽片等多种形式，其加工效率高、废品率低，并且加工精度高；

(2)本发明充分运用成型磨削的原理，有效改善高铁刹车片加工过程中出现的精度不高的问题，并且提高了加工效率，降低了废品率；运用各种小改进，解决高铁刹车片磨削生产过程中的各种问题，提高加工精度、效率，充分发挥电镀金刚石砂轮的优势，适应工业4.0的发展及《中国制造2025》的要求。

附图说明

图1为本发明刹车片示意图。

图2为本发明成型金刚石砂轮示意图。

图3为本发明成型金刚石砂轮磨削刹车片示意图。

图4为本发明平面金刚石砂轮示意图。

图5为本发明金刚石开槽片示意图。

附图标记说明：

左轮-1，右轮-2，金刚石开槽片-3，排削槽-4。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

图1-5是高铁刹车片加工专用的金刚石砂轮的示意图，所述金刚石砂轮包括成型金刚石砂轮、平面金刚石砂轮和金刚石开槽片；

所述成型金刚石砂轮和平面金刚石砂轮采用成型磨削的工艺原理，在加工刹车片的过程中一次成型，金刚石砂轮工作面结构根据要加工的高铁刹车片的形状来确定，且金刚石砂轮为成对使用。常见的高铁刹车片主要有两种，一种是外缘两端对称的，如图1(a)和(b)；一种是外缘两端不对称的，如图1(c)。

所述金刚石砂轮的磨料选用人造金刚石，根据高铁刹车片的特性，其性能包括：莫氏硬度范围为12到17级，优选为15级，抗压强度强度范围σ＝3～5gpa，抗拉强度范围为σb＝130～250gpa。成型金刚石砂轮的基体选择热处理硬度hrc28～32的45#钢。

如图2(a)(b)和(c)所示，成型金刚石砂轮外径d，根据磨床的转速和行程，一般是160mm—400mm之间，金刚石砂轮的磨削线速度为v＝12m/s—25m/s，线速度太低，会使工件表面粗糙度值增加，并且加剧砂轮磨损；线速度过高，虽然工件表面粗糙度值比较低，但是磨削温度会提高，促使金刚石磨料的磨损加剧，所以，要根据磨床的参数和砂轮的线速度选择合适的砂轮直径。

砂轮厚度h，是运用成型磨削的工艺原理，根据要加工的高铁刹车片的形状来确定的，h的选取范围一般是30mm—100mm。

针对高铁刹车片的磨削需要，该金刚石砂轮的磨轮一般是成对使用的，一种形状的高铁刹车片有相对应的一套磨轮。其外形轮廓是根据高铁刹车片的轮廓改变而改变，没有统一的外形，这也是成型磨削的特点之一。传统的磨轮是分面分角度逐一磨削，不仅效率低，而且刹车片的一致性差，本发明应用成型磨削的原理，使其在磨削过程中一次成型，减少了工人繁复更换砂轮的的工作量，而且生产出来的刹车片其一致性和加工精度都得到了很大的提高。

如图3(a)和(b)所示，对于外缘两端对称的高铁刹车片，可以使用左右一样的磨轮来磨削，其左右磨轮可随意互换而不影响使用及磨削效果和磨削精度，这是本发明的优势之一。

如图3(c)所示，对于外缘两端不对称的高铁刹车片，这类刹车片，在磨削时要区分左右磨轮，并且左右磨轮不能装反，不能互换，但是该类型的成套磨轮，同样具备成型磨削的优势。

如图4所示，平面金刚石砂轮外径d1及厚度h，选取方法同图2(a)(b)和(c)，d1的选取区间为160mm—800mm，h的取值范围为15mm—80mm。

如图4所示，在平面金刚石砂轮的磨削面上铣有排削槽，经过大量的实验，根据磨削时进给量的变化，排削槽的宽度在4mm—12mm之间比较合适，太宽的排削槽会使有效的磨削面积减小，影响磨削效率，而排削槽太窄，则会影响排削效果，导致磨削碎屑不能及时的排到抽风通道，高铁刹车片的配方中含有大量的金属粉末，也有sn、zn、bi、pb等低熔点的金属粉末，如果不能及时排出，这些低熔点的金属粉末就会糊着在刹车片表面，致使出现废品，本发明通过排削槽的宽度的控制可以有效的解决这个问题。

如图4中的a1是进刀过程中的避让角度，该角度是通过进给量来确定的，进给量大a1角度相应增大，通过对不同磨床及不同进给量的高铁刹车片磨削实验得出该角度的取值区间是2°-20°，这个角度可以有效的避免磨削进刀时，砂轮和工件之间产生的碰撞，增加砂轮的寿命并降低废品率；在本发明中，采用了梯形的排削槽，如图4中c-c所示，传统的排削槽一般是矩形的，在实验过程中发现，矩形的排削槽，在试用过程中，矩形底部的两个直角处会积攒大量的磨削碎屑，这不仅影响了排削效果，严重的还会影响砂轮的平衡量，降低砂轮的试用寿命，所以，经过实验，本发明把矩形排削槽改成了梯形排削槽，其角度a2根据排削量及槽深，可选取的范围是30°-145°，有效的解决了这个问题。

排削槽相对于中轴线的角度a3，是根据磨床的抽风通道及磨床的转速决定的，其范围是10°-60°之间。

磨削面两端的r圆角，也是本发明中一个亮点，传统的砂轮在该处都是直角或者尖角、锐角，这种角在电镀过程中会产生强烈的尖端放电现象，致使整个砂轮报废，本发明采用了r圆角，不仅解决了电镀工艺中尖端放电的问题，还可以有效的避免磨削过程中进出刀时刹车片边沿产生的崩边现象。

传统的开槽片是外圆带有u型排削槽的，这种开槽片，在开槽过程中由于高铁刹车片耐磨性好，强度高，会出现槽两边崩边的现象。在本申请中，金刚石开槽片采用连续边的开槽片，其材质也是强度比较好的75cr1，热处理硬度hrc43-45，连续边的开槽片，在开槽过程中有效防止出现崩边现象。

如图5所示，本发明的开槽片采用了双边外缘减薄的加工工艺，这种工艺的优势是增加基体的强度，使其在磨削过程中减小跳动，提高开槽片的寿命；减薄后的外缘连续边切片，可以在减薄处排削；开槽片外径尺寸范围是80mm-500mm；环宽(镀砂区域的宽度)根据刹车片需要开槽的深度和排削效果可以得知其范围区间是3mm-15mm。

本发明采用的金刚石颗粒大小如下表：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。