本发明涉及超硬材料领域，具体地，尤其涉及铁路钢轨打磨用树脂结合剂及用其制备cbn砂轮的方法。
背景技术：
随着我国高速铁路为主骨架的快速铁路网的建设和全国大中城市轨道交通的兴起，钢轨压溃、侧磨、波磨和剥离等病害成为轨道交通面临的一个重要问题。钢轨打磨技术自引进以来逐渐成为我国铁路线路维护的一项基本技术，通过钢轨打磨能够消除钢轨表面缺陷及将轨头轮廓恢复到原始设计要求，从而减缓钢轨表面缺陷发展、提高钢轨表面平滑度，进一步达到改善旅客乘车舒适度、降低轮轨噪声、延长钢轨使用寿命的目的。
当前阶段的钢轨打磨养护仍采用普通磨料砂轮，但限于普磨砂轮自身磨粒硬度低，磨削脱落快、耐磨性差的性能特征，其对钢轨进行打磨养护时，尚存在打磨后钢轨表面烧伤、震纹等质量缺陷和行车速度低、打磨行程短、需要频繁停车更换打磨砂轮等影响维护效率的问题。由于铁路运输和轨道交通的特殊运作模式，钢轨的养护时间窗口较短，因此如何提高钢轨维护作业的效率和质量对我国铁路和轨道交通显得越来越重要。cbn磨料属于超硬磨料，具有硬度高，刃口锋利，表现出磨削效率高、磨削质量好、耐磨性高的特点。
中国发明专利“一种钎焊cbn磨料插片复合砂轮及其制造方法”(专利号：cn108356718a)公开了一种钎焊cbn磨料插片复合砂轮及其制造方法，该方法制作步骤主要分为：1)依据所制磨轮尺寸设计制作钎焊cbn焊片；2)将相应数量焊片置入磨轮树脂混合料模具中；3)按树脂磨轮制作工艺进行后续磨轮制造；本发明尝试用镶嵌有钎焊cbn磨料插片的树脂砂轮代替现有普磨砂轮对铁路钢轨进行打磨；相对普磨砂轮而言，该发明可在一定程度上提升对钢轨的打磨效率和砂轮自身的耐磨性，但限于结构设计和插片方法，其对于大幅提升打磨行程、降低更换打磨砂轮频率以及减少环境污染等方面，却很难有起色。
而常规树脂cbn砂轮并不能满足铁路钢轨保养时砂轮与钢轨高频冲击接触、打磨过程无冷却液对打磨区域冷却等环境需求，因此开发出专用树脂结合剂cbn砂轮对铁路钢轨进行打磨养护，符合目前磨料磨具行业应用发展的潮流，对提高钢轨维护作业的效率和质量具有重大的现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的是基于树脂结合剂cbn砂轮的使用要求和制造方法，设计一种适合钢轨养护用的树脂结合剂cbn砂轮，提升打磨效率、保养质量、打磨里程等，以满足我国铁路网络高速发展形势下钢轨维护保养要求。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种钢轨打磨用树脂结合剂cbn砂轮，由下述重量百分比的原料组成：树脂粉为20%-50%，cbn210为15%-25%，cbn850为10%-25%，电解铜粉为3%-13%，绿碳化硅为12%-20%，偶联剂为1.4%-1.8%，聚丙烯单丝纤维为0.2%-0.6%。
所述由下述重量百分比的原料组成：树脂粉为20%，cbn210为25%，cbn850为20%，电解铜粉为13%，绿碳化硅为20%，偶联剂为1.8%，聚丙烯单丝纤维为0.2%。
所述由下述重量百分比的原料组成：树脂粉为50%，cbn210为15%，cbn850为10%，电解铜粉为11%，绿碳化硅为12%，偶联剂为1.4%，聚丙烯单丝纤维为0.6%。
所述由下述重量百分比的原料组成：树脂粉为32%，cbn210为20%，cbn850为25%，电解铜粉为3%，绿碳化硅为18%，偶联剂为1.4%，聚丙烯单丝纤维为0.6%。
所述cbn210的粒度为60/80，所述cbn850的粒度为60/80。
所述树脂粉采用的是双马来酰亚胺树脂，且双马来酰亚胺树脂的粉末粒度为15-35μm。
所述聚丙烯单丝纤维的直径不大于50μm。
钢轨打磨用树脂结合剂cbn砂轮的制备方法，包括如下步骤：
1）将偶联剂以1:20的重量比与甲醇混合并保持60-70℃均匀搅拌状态，制成润湿剂；
2）将立方氮化硼磨料与步骤(1)制成的润湿剂充分浸润，然后60-70℃条件下烘干至恒重；
3）将聚丙烯单丝纤维剪切破碎至0.5-2mm；
4）将步骤3）剪切成要求长度尺寸的聚丙烯单丝纤维与双马来酰亚胺树脂、电解铜粉、绿碳化硅在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；
5）将步骤2)中处理好的立方氮化硼与步骤4)中处理好结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过40#目筛网，完成混配料；
6）使用喷雾脱模剂对模具的压环配合面均匀涂覆脱模剂；
7）将涂好脱模剂的模具与砂轮基体配合组装形成模腔；
8）将步骤5)筛后的混配料均匀投入步骤7)组装好的模腔中，经过犁料、震料、刮料后盖入压环，并将模具推入设定好的热压机；
9)按程序保温后卸压出模；
10)经过钳、磨等工序，该产品即完成制作。
步骤4）中，聚丙烯单丝纤维在三维混料机中混合1-2h。
本发明的有益效果是：
1）本发明提供的钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼砂轮及相关工艺下制造出的超硬砂轮具有良好的打磨锋利型，能够满足铁路轨道维护打磨时对砂轮安全性能好、打磨质量高、打磨里程长的要求；并且相对于普通磨料砂轮，大大减少了打磨工作带来的环境污染。
2）聚丙烯单丝纤维作为一种高分子材料，能够与树脂结合剂形成良好的结合体，自身纤维结构能够有效的提升砂轮自身的强度，0.5-2mm的聚丙烯单丝纤维，满足轨道打磨用树脂结合剂砂轮高强度，保证高频和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等安全稳定性。
3）选择抗冲击强度、静压破碎负荷都较高的cbn210和抗冲击强度和静压破碎负荷中等的cbn850两种立方氮化硼磨料搭配使用，使制得的砂轮在铁轨打磨时具备良好的磨削锋利性和自锐性。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
具体的，砂轮配方体系中各原材料的型号如下：
郑州磨料磨具磨削研究所有限公司开发的r0502型双马来酰亚胺树脂；郑州中南杰特超硬材料有限公司购置的立方氮化硼cbn210；富耐克超硬材料股份有限公司购置的cbn850；有研粉末新材料（北京）有限公司购置的电解铜粉（200目），白鸽集团有限公司购置绿碳化硅（220#），广东方舟（佛冈）化学购置的偶联剂（ac-638），西安艾德建筑工程有限公司购置的聚丙烯单丝纤维。
以下实施例中，树脂粉选用具有耐热双马来酰亚胺树脂以增强结合剂体系对磨粒的把持力；选用树枝状结构、保证组织结构持续耐磨性的200目电解铜粉；有具备辅助磨削能力且有助于磨削层自锐性的220#绿碳化硅。
所述cbn210的粒度为60/80，cbn850的粒度也为60/80；为使砂轮在铁轨打磨时具备良好的磨削锋利性和自锐性，选择抗冲击强度、静压破碎负荷都较高的cbn210和抗冲击强度和静压破碎负荷中等的cbn850两种立方氮化硼磨料搭配使用；cbn210强度高，抗冲击性能好，能够满足高效打磨的技术需求；cbn850具备良好的微破碎能力，能使超硬砂轮具备良好的持续自锐性。
所述双马来酰亚胺树脂的粉末粒度为15-35μm。
所述聚丙烯单丝纤维的直径不大于50μm；为使砂轮在铁轨打磨时能够应对高频、高冲磨削工况，选择聚丙烯单丝纤维作为砂轮的增强剂；聚丙烯单丝纤维作为一种高分子材料，能够与树脂结合剂形成良好的结合体，自身纤维结构能够有效的提升砂轮自身的强度。
实施例1
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼砂轮，由下述重量百分比的原料组成：双马来酰亚胺树脂为20%，cbn210为25%，cbn850为20%，电解铜粉为13%，绿碳化硅为20%，偶联剂为1.8%，聚丙烯单丝纤维为0.2%。
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼的制备方法，包括如下步骤：
1）为了满足树脂结合剂对磨粒较强的把持能力以及良好的磨削锋利性，在立方氮化硼磨料与树脂结合剂体系之间形成物理嵌合及化学键结合的协同作用，保证磨料在钢轨打磨时不会快速脱落，因此须先将偶联剂溶于甲醇，将偶联剂以1:20的重量比与甲醇混合并保持70℃均匀搅拌状态，制成润湿剂；
2）将立方氮化硼磨料与步骤(1)制成的润湿剂充分浸润，然后70℃条件下烘干至恒重；
3）为满足轨道打磨用树脂结合剂砂轮高强度，保证高频和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等安全稳定性，故需要将聚丙烯单丝纤维进行剪切破碎至0.5-2mm，然后与配方中除立方氮化硼之外的其他成分在三维混料机中混合1小时；随后，混合料再与被偶联剂浸润过的立方氮化硼混合均匀，完成成型料的混配。
4）将步骤3）剪切成要求长度尺寸的聚丙烯单丝纤维与双马来酰亚胺树脂、电解铜粉、绿碳化硅在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；
5）将步骤2)中处理好的立方氮化硼与步骤4)中处理好结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过40#筛网，完成混配料；优选的，过40#筛网三次；
6）使用喷雾脱模剂对模具的压环配合面均匀涂覆脱模剂；
7）将涂好脱模剂的模具与砂轮基体配合组装形成模腔；
8）将步骤5)筛后的混配料均匀投入步骤7)组装好的模腔中，经过犁料、震料、刮料后盖入压环，并将模具推入设定好的热压机；
9)按程序保温后卸压出模；
10)经过钳、磨等工序，该产品即完成制作。
采用上述配方以及工艺上述制备的砂轮，试验测试时，承受的最大转速为62m/s，承受磨削冲击力为285n，钢轨粗糙度ra10.4，其打磨里程为65km，且无烧伤。
实施例2
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼砂轮，由下述重量百分比的原料组成：双马来酰亚胺树脂为50%，cbn210为15%，cbn850为10%，电解铜粉为11%，绿碳化硅为12%，偶联剂为1.4%，聚丙烯单丝纤维为0.6%。
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼的制备方法，包括如下步骤：
1）为了满足树脂结合剂对磨粒较强的把持能力以及良好的磨削锋利性，在立方氮化硼磨料与树脂结合剂体系之间形成物理嵌合及化学键结合的协同作用，保证磨料在钢轨打磨时不会快速脱落，因此须先将偶联剂溶于甲醇，将偶联剂以1:20的重量比与甲醇混合并保持70℃均匀搅拌状态，制成润湿剂；
2）将立方氮化硼磨料与步骤(1)制成的润湿剂充分浸润，然后60℃条件下烘干至恒重；
3）为满足轨道打磨用树脂结合剂砂轮高强度，保证高频和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等安全稳定性，故需要将聚丙烯单丝纤维进行剪切破碎至0.5-2mm，然后与配方中除立方氮化硼之外的其他成分在三维混料机中混合1小时；随后，混合料再与被偶联剂浸润过的立方氮化硼混合均匀，完成成型料的混配。
4）将步骤3）剪切成要求长度尺寸的聚丙烯单丝纤维与双马来酰亚胺树脂、电解铜粉、绿碳化硅在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；
5）将步骤2)中处理好的立方氮化硼与步骤4)中处理好结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过40#筛网，完成混配料；优选的，过40#筛网三次；
6）使用喷雾脱模剂对模具的压环配合面均匀涂覆脱模剂；
7）将涂好脱模剂的模具与砂轮基体配合组装形成模腔；
8）将步骤5)筛后的混配料均匀投入步骤7)组装好的模腔中，经过犁料、震料、刮料后盖入压环，并将模具推入设定好的热压机；
9)按程序保温后卸压出模；
10)经过钳、磨等工序，该产品即完成制作。
采用上述配方以及工艺上述制备的砂轮，试验测试时，承受的最大转速为134m/s，承受磨削冲击力为817n，钢轨粗糙度ra4.8，其打磨里程为96km，偶有烧伤。
实施例3
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼砂轮，由下述重量百分比的原料组成：双马来酰亚胺树脂为32%，cbn210为20%，cbn850为25%，电解铜粉为3%，绿碳化硅为18%，偶联剂为1.4%，聚丙烯单丝纤维为0.6%。
钢轨打磨用树脂结合剂立方氮化硼的制备方法，包括如下步骤：
1）为了满足树脂结合剂对磨粒较强的把持能力以及良好的磨削锋利性，在立方氮化硼磨料与树脂结合剂体系之间形成物理嵌合及化学键结合的协同作用，保证磨料在钢轨打磨时不会快速脱落，因此须先将偶联剂溶于甲醇，将偶联剂以1:20的重量比与甲醇混合并保持70℃均匀搅拌状态，制成润湿剂；
2）将立方氮化硼磨料与步骤(1)制成的润湿剂充分浸润，然后70℃条件下烘干至恒重；
3）为满足轨道打磨用树脂结合剂砂轮高强度，保证高频和干磨条件下砂轮不会出现崩裂、脱落等安全稳定性，故需要将聚丙烯单丝纤维进行剪切破碎至0.5-2mm，然后与配方中除立方氮化硼之外的其他成分在三维混料机中混合2小时；随后，混合料再与被偶联剂浸润过的立方氮化硼混合均匀，完成成型料的混配。
4）将步骤3）剪切成要求长度尺寸的聚丙烯单丝纤维与双马来酰亚胺树脂、电解铜粉、绿碳化硅在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；
5）将步骤2)中处理好的立方氮化硼与步骤4)中处理好结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过40#筛网，完成混配料；优选的，过40#筛网三次；
6）使用喷雾脱模剂对模具的压环配合面均匀涂覆脱模剂；
7）将涂好脱模剂的模具与砂轮基体配合组装形成模腔；
8）将步骤5)筛后的混配料均匀投入步骤7)组装好的模腔中，经过犁料、震料、刮料后盖入压环，并将模具推入设定好的热压机；
9)按程序保温后卸压出模；
10)经过钳、磨等工序，该产品即完成制作。
采用上述配方以及工艺上述制备的砂轮，试验测试时，承受的最大转速为108m/s，承受磨削冲击力为724n，钢轨粗糙度ra6.3，其打磨里程为89km，无烧伤。
另外，在对比实验中发现，当配方中未使用双马来酰亚胺树脂制得的cbn砂轮，在打磨钢轨时容易出现烧伤，且打磨里程短≤50km；而当配方中未使用cbn210和cbn850两种立方氮化硼磨料搭配使用的磨料配制的砂轮，在打磨钢轨时难以保证钢轨粗糙度ra≤6.4，并容易出现烧伤；未使用聚丙烯单丝纤维的cbn砂轮，在钢轨打磨时不能兼顾承受高磨削冲击力（≥100n）和高磨削转速（≥80m/s）的问题。
综上，在本发明提供的树脂结合剂立方氮化硼配方及相关工艺下制造出的超硬砂轮具有良好的打磨锋利型，能够满足铁路轨道维护打磨时对砂轮安全性能好、打磨质量高、打磨里程长的要求；并且相对于普通磨料砂轮，大大减少了打磨工作带来的环境污染。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确地范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。