سنگ زنی ریلی فرآیندی برای حذف مواد با چرخش چرخ های سنگ زنی است. مسافت پیموده شده سنگ زنی بسیار طولانی است، استفاده از مایع برش نه تنها هزینه نگهداری را افزایش می دهد، بلکه باعث آلودگی گسترده می شود. بدون خنک کاری و روانکاری، گرمای تولید شده در فرآیند سنگ زنی نمی تواند به موقع آزاد شود، بنابراین سوختگی ریل اغلب پس از فرآیندهای سنگ زنی ریل به دلیل شرایط خشک، سرعت چرخش بالای چرخ های آسیاب (~3600 دور در دقیقه) و سنگ زنی مشاهده می شود. بار (~2000 نیوتن) [1-4]، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. برای بهبود بیشتر راندمان سنگ زنی و به دست آوردن یکپارچگی سطح خوب، طراحی و ساخت منافذ در چرخ های سنگ زنی یک راه مقرون به صرفه و موثر است [5].
شکل 1.سنگ زنی باعث سوختگی و لایه های حکاکی سفید روی ریل شد.
محققان چینی چرخ‌های سنگ‌زنی متخلخل را آماده کرده‌اند و عملکرد سنگ‌زنی آن‌ها را بر روی یک دکل خود طراحی مشخص کرده‌اند [5]. می توان متوجه شد که هنگامی که منافذ در چرخ های سنگ زنی ایجاد شد، حداکثر مقاومت فشاری 35٪ از 83.74 MPa به 54.53 MPa کاهش یافت. نتایج آزمایش‌های سنگ‌زنی نشان داد که با افزایش تخلخل چرخ‌های سنگ‌زنی، حجم آسیاب اندکی بهبود یافته، دمای آسیاب کاهش یافته و بار چرخ کاهش می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد که چرخ سنگ‌زنی با تخلخل بالاتر دارای توانایی خودآرایی بهتری است که از بارگذاری چرخ جلوگیری می‌کند.
شکل 2.مورفولوژی سطح چرخ های سنگ زنی قبل و بعد از آزمایش با تخلخل های مختلف: 8.12% (a) & (e)، 15.81% (b) & (f)، 18.60% (c) & (g) و 21.18% (d) & ( h).
لایه حکاکی سفید سخت و شکننده بر روی تمام سر ریل زمین به دلیل گرمای سنگ زنی مشاهده شد و ضخیم ترین WEL توسط کمترین تخلخل چرخ های سنگ زنی، همانطور که در شکل 3 و شکل 4 نشان داده شده است. در زیر WEL یک لایه پرلیت تغییر شکل یافته است که در اثر تغییر شکل تحت تنش برشی سنگ‌های ساینده تشکیل شده است. سختی WEL 5.77 گیگا پاسکال است، حدود 2 تا 3 برابر سخت تر از ماتریس پرلیت. بسیاری از محققان به این نتیجه رسیده اند که WEL رابطه نزدیکی با شکستگی ریل دارد [6-8]. در اثر تنش های کششی و برشی مختلط چرخ ها در حین سرویس ریل، ممکن است ترک هایی روی سطح ظاهر شود. ترک تشکیل‌شده به‌دلیل ماهیت شکننده‌اش، به‌سرعت در لایه WEL منتشر می‌شود، در سطح مشترک WEL و پرلیت گسترش می‌یابد یا حتی در ماتریس پرلیت منتشر می‌شود و نقص‌های ریلی شدیدتری را ایجاد می‌کند[9]. از این رو، سختی و شکننده بودن باعث شکست زودرس ریل زمینی می شود و می تواند به طور موثری توسط تخلخل چرخ های سنگ زنی کنترل شود.
شکل 3.سختی WEL و لایه تغییر شکل یافته.
شکل 4.OM سطح مقطع زمین ریل با تخلخل های مختلف چرخ های سنگ زنی: 8.12٪ (a)، 15.81٪ (b)، 18.60٪ (c) و 21.18٪ (d).
مکانیسم سنگ زنی چرخ سنگ زنی با ساختارهای منفذی را می توان در شکل 5 نشان داد. به دلیل زاویه چنگک منفی بالا و چگالی نسبتاً بالای سنگ ریزه فعال، تراشه های آسیاب ابتدا در چنین دمای بالایی ذوب می شوند و سپس روی سطح چرخ گیر می کنند. بدتر شدن توانایی سنگ زنی چرخ سنگ زنی و افزایش حرارت سنگ زنی. در قرارداد، چرخ سنگ زنی متخلخل دارای توانایی خود پانسمان بهتری است و به آسیب خفیف تر روی سطح ریل کمک می کند. از یک طرف، ساختارهای منفذی فضای بین دانه های ساینده را افزایش می دهند که فضای کافی برای ذخیره تراشه ها و آزادسازی گرما را فراهم می کند. تراشه ها را می توان در منافذ پیچ خورده و با برهمکنش بعدی مواد ساینده از بین برد و همچنین می تواند بخشی از گرما را از ناحیه تماس منتقل کند. از سوی دیگر، تنش و ارتفاع برآمدگی برای هر سنگ ریزه فعال بزرگتر از چرخ سنگ زنی معمولی است، که ضخامت تراشه برش نخورده را افزایش می دهد و اثر مالش بین شن ساینده و سطح ریل را کاهش می دهد تا پیش خستگی ناشی از سنگ زنی ریل را کاهش دهد. بنابراین، بسته به عملکرد سنگ زنی برجسته و به ترتیب اثر آسیب کمتر بر سطح ریل، چرخ سنگ زنی با ساختار منفذی پتانسیل زیادی برای استفاده در فناوری سنگ زنی ریلی تحت شرایط سرعت بالا و آسیاب خشک دارد.
شکل 5.مکانیزم سنگ زنی چرخ سنگ زنی با ساختارهای منفذی.
مراجع
[1] Zhang W، Zhang P، Zhang J، Fan X، Zhu M. بررسی اثر اندازه شن ساینده بر رفتارهای سنگ زنی ریل. J Manuf Process 2020؛ 53:388-95.
[2] لین بی، ژو کی، گوو جی، لیو کیو، وانگ وجی. تأثیر پارامترهای سنگ زنی بر دمای سطح و رفتارهای سوختگی ریل سنگ زنی. Tribol Int 2018؛ 122:151-62.
[3] Zhou K، Ding HH، Wang WJ، Wang RX، Guo J، Liu QY. تأثیر فشار سنگ زنی بر رفتارهای حذف مواد ریل. Tribol Int 2019؛ 134:417–26.
[4] Towakoli T، Westkaemper E، Rabiey M. آسیاب خشک با تهویه ویژه. Int J Adv Manuf Technol 2007؛ 33:419-24.
[5] Yuan Y، Zhang W، Zhang P، Fan X، Zhu M. چرخ های سنگ زنی متخلخل به سمت کاهش پیش خستگی و افزایش راندمان حذف مواد برای سنگ زنی ریلی. Tribol Int 2021; 154: 106692.
[6] Magel E, Roney M, Kalousek J, Sroba P. ترکیب تئوری و عمل در سنگ زنی ریل مدرن. Fatigue Fract Eng Mater Struct 2003؛ 26:921-9.
[7] Cuervo PA، Santa JF، Toro A. همبستگی بین مکانیزم های سایش و عملیات سنگ زنی راه آهن در یک راه آهن تجاری. Tribol Int 2015؛ 82:265-73.
[8] Agarwal S. در مورد مکانیسم و مکانیک بارگذاری چرخ در سنگ زنی. J Manuf Process 2019؛ 41:36-47.
[9] Zhang ZY، Shang W، Ding HH، Guo J، Wang HY، Liu QY، و همکاران. مدل حرارتی و میدان دما در فرآیند سنگ زنی ریلی بر اساس منبع حرارت متحرک Appl Therm Eng 2016؛ 106:855-64.
