Die Strukturgestaltung des Schleifsteins

Einer der Hauptnachteile im Inland produzierter Schleifsteine ​​ist die Neigung zum Verbrennen von Stahlschienen [1]. Beim Schienenschleifen entstehen hauptsächlich durch die Schleifwirkung der Schleifmittel (Gleiten, Pflügen, Schneiden) und die Reibung zwischen Bindemittel und Schienenoberfläche Schleifwärme [3]. Unter der Kopplung von Wärme (Schleifwärme) und Kraft (mechanische Kraft) wandelt sich der Perlit im Schienenmaterial in Austenit um und bildet beim Abkühlen Martensit und Ferrit. Dies führt zu einer hohen Härte und einer spröden weißen Schichtstruktur. An der Grenze zwischen weißer Schicht und Perlit breiten sich partiell Risse aus, die zum vorzeitigen Versagen der Schiene führen [1], wie in Abbildung 1 (a) dargestellt. Während des Polierprozesses oxidiert die Oberfläche der Stahlschiene unterschiedlich stark, was zu unterschiedlichen Farben der polierten Schiene führt. Gelb, Blau und Violett werden üblicherweise als „Verbrennungen“ bezeichnet. Lin et al. [9] platzierten ein semi-künstliches Thermoelement in der Stahlschiene, um die Temperatur der Polieroberfläche unter verschiedenen Polierparametern in Echtzeit zu überwachen. Sie verglichen die Poliertemperatur mit dem Grad der Verbrennung auf der Oberfläche der Stahlschiene und erstellten ein Beziehungsmodell zwischen dem Grad der Verbrennung (Farbveränderung) und der Poliertemperatur (siehe Abbildung 1 (b). Auf dieser Grundlage erstellten Zhou et al. [3] ein Beziehungsmodell zwischen der Temperatur und der Dicke und dem Brenngrad der weißen Schicht beim Schienenpolieren und lieferten damit eine neue Methode zur Optimierung der Schienenpolierparameter (siehe Abbildung 1 (c). Die oben genannten Forschungsergebnisse zeigen, dass die Optimierung der Schleifparameter und die Reduzierung der Schleifwärme wichtige Methoden zur Verbesserung der Schienenverbrennung sind.

Abbildung 1: Durch Schleifen verursachte Schienenverbrennung und weiße Ätzschicht (WEL)

Viele Wissenschaftler erforschen den Mechanismus des Schienenschleifbrands aus der Perspektive der Schleifsteinkonstruktion. Die Forschungsergebnisse von Zhang et al. [2] zeigen, dass Schleifsteine ​​aus weißem Korund die beste Eigenschärfe und den stärksten Schleifeffekt aufweisen, was zu den höchsten Schleiftemperaturen und der größten weißen Schichtdicke führt. Yuan et al. [4] haben eine Porenstruktur im Schleifstein vorgefertigt, die den Abfluss von Schleifabrieb begünstigt, Schleifsteinverstopfungen reduziert, die Schleiftemperatur senkt und die Oberflächenqualität polierter Stahlschienen verbessert. Wang et al. [5] untersuchten den Einfluss der Schleifsteinhärte (N, R, P, T) auf die Oberflächenqualität von Stahlschienen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Dicke der weißen Schicht mit zunehmender Schleifsteinhärte zunimmt. Daher wirkt sich eine sinnvolle Regulierung der Schleifsteinstruktur (Poren, Schleifmittelzusammensetzung), der Härte usw. positiv auf die Verbesserung des Schienenschleifbrands aus.

Die oben genannten Forschungsergebnisse zeigen, dass Schleifparameter und Schleifsteinleistung die beiden Hauptfaktoren sind, die Schleifbrand an Schienen beeinflussen. Bei vorhandenen Polierfahrzeugen auf der Strecke ist es schwierig, die Betriebsparameter der vorhandenen Fahrzeugstruktur signifikant anzupassen, um die Poliereffizienz sicherzustellen. Daher sind Design und Leistungskontrolle der Schleifsteinstruktur eine der effektivsten Möglichkeiten, um Schienenbrand zu verbessern. Wu et al. [7, 8] implantierten hartgelötete vorgefertigte Diamantblöcke in einer bestimmten Anordnung in den Schleifstein, wie in Abbildung 2 (a) dargestellt. Die Polierergebnisse zeigen, dass der Verbundschleifstein die Effizienz des Schienenpolierens wirksam verbessern, die Oberflächenrauheit der polierten Schiene reduzieren und Schienenbrand verbessern kann. Zhao Jinbo et al. [9] verbanden CaF2 mit Polyetheretherketon, um selbstschmierende Verbindungsblöcke zu bilden, und bereiteten selbstschmierende Schleifsteine ​​vor, indem sie diese in den Schleifsteinembryo einsetzten, wie in Abbildung 2 (b) dargestellt. Die Schleifergebnisse zeigen, dass sich der selbstschmierende Verbindungsblock mit zunehmender Abnutzung des Schleifsteins an der Schnittstelle zwischen Schleifstein und Schiene kontinuierlich lösen kann, wodurch die Schleifwärme reduziert und das Abbrennen der Schienen verbessert wird. Das Implantieren von hartgelöteten vorgefertigten Blöcken, selbstschmierenden Verbindungsblöcken usw. in die Schleifsteinmatrix führt zu einer ungleichmäßigen Schleifsteinstruktur und führt zu einer Schnittstelle mit geringer Festigkeit (Schnittstelle Schleifsteinmatrix/Implantatblock). Daher ist die Gewährleistung der mechanischen Eigenschaften (Rotationsfestigkeit, dynamisches Gleichgewicht usw.) des Schleifsteins mit Verbundstruktur eine zentrale Herausforderung. Wu et al. [10] entwickelten eine hartgelötete CBN-Schleifscheibe mit einem Schlitz wie in Abbildung 2 (c) dargestellt, wodurch das Abbrennen von Schienenwerkstücken verbessert wurde. Allerdings weist die im Schleifstein verwendete Hartlotschicht während des Schienenschleifprozesses eine geringe Verschleißfestigkeit auf, und die Lebensdauer des Schleifsteins ist extrem kurz. Eine sinnvolle Gestaltung/Regelung der Schleifsteinstruktur wirkt sich daher positiv auf die Reduzierung der Schleifwärme und die Verbesserung des Schienenbrandes aus, ist jedoch eine Voraussetzung, die vollständig berücksichtigt werden muss, um sicherzustellen, dass der Schleifstein gute physikalische und chemische Eigenschaften und eine gute Verarbeitbarkeit aufweist.

(a) Voreingestellter Diamantblock-Schleifstein [7,8]

(b) Voreingestellter selbstschmierender Blockschleifstein[9]c)Schleifstein mit Schlitzstruktur [10]

Abbildung 2. Die Struktur des Schleifsteins

Referenz

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Squat-Bildung und das Auftreten von zwei unterschiedlichen Klassen weißer Ätzschichten auf der Oberfläche von Schienenstahl[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Auswirkungen von Schleifspuren auf Ermüdungsschäden an Schienen unter Wasserbedingungen[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Temperaturfeld und Materialreaktion als Funktion der Schienenschleifparameter[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Poröse Schleifscheiben zur Linderung der Vorermüdung und Erhöhung der Materialabtragsleistung beim Schienenschleifen[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Auswirkungen von Schleifmaterial und Härte der Schleifscheibe auf das Schienenschleifverhalten[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Untersuchung des Einflusses der Schleifkorngröße auf das Schleifverhalten von Schienen[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Schleifscheibe für hocheffizientes Schienenschleifen und ihre Herstellungsmethode: China, CN 108453638 A[P]. 28.08.2018.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Verschleißeigenschaften von gelöteten Diamantplatten bei unterschiedlicher Schleifzeit[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Studie zu den Verschleißeigenschaften von gelöteten Diamantplatten für Verbundschleifscheiben von Schienen unter unterschiedlichen Drücken[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Einfluss von Schleifparametern auf die Oberflächentemperatur und das Brennverhalten von Schleifschienen[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.