Los abrasivos de la piedra de amolar

Las piedras de afilar comúnmente utilizan abrasivos para abrasivos de clase corindón (corindón de circonio, corindón marrón, corindón blanco, etc., como la Figura 11)[1,2], algunos abrasivos superduros (CBN)[3] y SiC, WC, etc. Debido a que el diamante y el elemento de metal de transición Fe tienen una fuerte afinidad, en el pulido a alta temperatura de la capa superficial del diamante, el estado de hibridación sp3 del átomo de carbono en el estado sp2+ 2P1z, es decir, la grafitización del diamante, reduce el rendimiento del pulido abrasivo[4,5] Esto reduce el rendimiento del pulido del abrasivo y, por lo tanto, el diamante no es adecuado para el pulido de rieles. Aunque el abrasivo CBN es fuerte/tenaz, resistente a altas temperaturas, resistente al desgaste, con buena conductividad térmica y fuerte capacidad de pulido[6,7], su tamaño de partícula es pequeño (el tamaño de partícula más grande es inferior a 500 μm) y su alto precio dificulta reflejar las ventajas de su rendimiento de pulido en el pulido de rieles en condiciones de carga pesada y de gran espesor, lo que dificulta su economía de la piedra de amolar. Los abrasivos de corindón tienen buena resistencia al desgaste, fuerte/tenacidad y capacidad de corte, además de bajo costo, y presentan ventajas significativas en el pulido de rieles en condiciones de alta velocidad, alta carga, pulido en seco, grano grueso y otras condiciones de operación extremas. Zhang Wulin[8] Se examinaron las resistencias a la compresión del corindón de circonio, el corindón marrón calcinado y el corindón blanco y el rendimiento de molienda de las piedras de molienda correspondientes de F16 utilizando un dispositivo de prueba de compresión uniaxial, y los resultados mostraron que: la resistencia del corindón de circonio fue la más alta (308,0 MPa), seguida del corindón marrón calcinado (124,0 MPa), y la más baja fue la del corindón blanco (103,2 MPa); y las relaciones de molienda de las piedras de molienda abrasivas de circonio, corindón marrón calcinado y corindón blanco, en orden de magnitud, fueron 41,0, 22,4 y 11,9; Por lo tanto, los abrasivos de corindón fuertes/tenaces y químicamente estables, especialmente el corindón de zirconio y el corindón marrón, se utilizan comúnmente en la fabricación de piedras de afilar para rieles.[9,10,2] Por lo tanto, la fabricación de piedras de afilar para rieles generalmente utiliza abrasivos de tipo corindón fuertes/tenaces y químicamente estables, especialmente el corindón de zirconio y el corindón marrón. En la actualidad, la tecnología global de fundición abrasiva de corindón de zirconio de alto rendimiento es dominada por la francesa Saint-Gobain y otras empresas. Por lo tanto, superar el cuello de botella tecnológico clave de la fundición de corindón de zirconio y desarrollar abrasivos de corindón de zirconio de alto rendimiento (alta tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia al calor, buen autoafilado, etc.) es crucial para la mejora del rendimiento de la piedra de afilar.

Figura 1.Abrasivos de corindón de circonio[1]

Fig. 2. Abrasivos de corindón blanco[1]

Fig. 3. Abrasivos de corindón marrón[1]

Actualmente, las muelas abrasivas para el rectificado de rieles se fabrican con una mezcla de abrasivos de diferentes tamaños y tipos de grano. Wang et al. [50] estudiaron el rendimiento de rectificado de muelas con diferentes proporciones de corindón de circonio y corindón marrón, y los resultados mostraron que con el aumento del contenido de corindón marrón (0%~100%), el volumen de rectificado de las muelas disminuyó. Resultados comparativos exhaustivos indican que la adición de 10%~30% de corindón marrón a la muela puede garantizar una mayor eficiencia de rectificado y reducir el costo de fabricación. Zhang et al. [11] investigaron el comportamiento de rectificado de muelas con diferentes tamaños de grano abrasivo (F10~F30), y los resultados mostraron que bajo una carga determinada, al reducir el tamaño del grano abrasivo, el mecanismo principal de rectificado de la muela cambió gradualmente de fricción deslizante y arado a corte, mejorando tanto el rendimiento de rectificado de la muela como la calidad superficial de los rieles pulidos. En un estudio posterior, Zhang et al.[1] continuaron estudiando las propiedades mecánicas de los abrasivos de corindón de circonio, corindón marrón y corindón blanco, así como el comportamiento de rectificado de la piedra de afilar correspondiente. Los resultados mostraron que las propiedades mecánicas de los abrasivos eran una de las razones fundamentales que afectaban al rendimiento de rectificado de la piedra de afilar. Wang et al.[12] Los resultados del estudio mostraron que la vibración de rectificado aumentaba con la disminución del tamaño de grano del abrasivo de la piedra de afilar. Si bien se ha realizado una gran cantidad de investigación en torno a los abrasivos de la piedra de afilar, el mecanismo regulador de la estructura abrasiva (geometría, tipo, tamaño de grano, relación, etc.) sobre las propiedades físicas y químicas de la piedra de afilar (tenacidad/dureza, resistencia, resistencia al calor, resistencia al desgaste, etc.) y el rendimiento en servicio (cantidad de rectificado, relación de rectificado, vida útil, kilometraje en servicio, mecanismo de falla y calidad de la superficie del riel después del rectificado) aún no está claro.

[1] ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie, et al. Investigación del efecto del desgaste abrasivo en el rendimiento de rectificado de muelas para rieles [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64: 493-507.

[2] WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Efectos del material abrasivo y la dureza de la muela abrasiva en el comportamiento del rectificado de rieles [J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[3] HUNAG Guigang. Diseño y estudio experimental de un banco de pruebas de rectificado de alta velocidad para muelas de CBN para rieles [J]. Manufacturing Automation, 2020, 42(05): 88-91+122.

[4] PENG Jin, ZOU Wenjun. Herramientas abrasivas orgánicas[M]. Zhengzhou: Prensa de la Universidad de Zhengzhou, 102-244.

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. Abrasivos, herramientas abrasivas y tecnología de rectificado[M]. Segunda edición. Pekín: Chemical Industry Press, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen, et al. Diseño de la estructura porosa y rendimiento de rectificado de muelas abrasivas de CBN con aglomerante metálico poroso fabricadas mediante sinterización al vacío [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2019, 44: 125-132.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Investigación del efecto del tamaño del grano abrasivo en el comportamiento del rectificado de rieles [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[8] ZHANG Wulin. Estudio sobre los mecanismos de regulación del rendimiento de la piedra de amolar para rieles de alta velocidad mediante abrasivos de corindón[D]. Chengdu: Universidad Jiaotong del Suroeste, 2021.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Muelas abrasivas porosas para reducir la prefatiga y aumentar la eficiencia de remoción de material en el rectificado de rieles [J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[10] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang, et al. Investigación experimental sobre el mecanismo de eliminación de material durante el rectificado de rieles a diferentes velocidades de avance [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[11] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Investigación del efecto del tamaño del grano abrasivo en el comportamiento del rectificado de rieles [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun, et al. Influencia de la granularidad de la piedra de amolar en la fuerza de amolado y la eliminación de material en el proceso de amolado de rieles [JJ]. Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte J: Revista de Tribología de Ingeniería, 2019, 233(2): 355-365.