El diseño de la estructura de la piedra de moler.

Una de las principales desventajas de las piedras de amolar de producción nacional actualmente es la tendencia a quemar los rieles de acero [1]. Durante el proceso de pulido de rieles, el efecto abrasivo (deslizamiento, arado, corte) y la fricción entre el aglutinante y la interfaz del riel son las principales fuentes de calor de pulido [3]. Bajo el efecto de acoplamiento del calor (calor de pulido) y la fuerza (fuerza mecánica), la perlita del material del riel experimenta una transformación austenítica y posteriormente forma martensita y ferrita durante el enfriamiento, lo que resulta en una estructura de capa blanca quebradiza y de alta dureza. Se propagan grietas parciales en el límite entre la capa blanca y la perlita, causando un fallo prematuro del riel [1], como se muestra en la Figura 1 (a). Durante el proceso de pulido, la superficie del riel de acero sufre diversos grados de oxidación, lo que resulta en diferentes colores del riel pulido. El amarillo, el azul y el morado se conocen comúnmente como "quemaduras". Lin et al. [9] colocaron un termopar semiartificial en el riel de acero para monitorear la temperatura de la interfaz de pulido en tiempo real bajo diferentes parámetros de pulido. Compararon la temperatura de pulido con el grado de quemado en la superficie del riel de acero y establecieron un modelo de relación entre el grado de quemado (cambio de color) y la temperatura de pulido, como se muestra en la Figura 1 (b). Con base en esto, Zhou et al. [3] establecieron un modelo de relación entre la temperatura, el espesor y el grado de cocción de la capa blanca durante el pulido del riel, proporcionando un nuevo método para optimizar los parámetros de pulido del riel, como se muestra en la Figura 1 (c). Los resultados de la investigación anterior indican que optimizar los parámetros de pulido y reducir el calor de pulido son métodos importantes para mejorar el quemado del riel.

Figura 1. Quemaduras del riel inducidas por rectificado y capa de grabado blanco (WEL)

Muchos académicos exploran el mecanismo de la quemadura por rectificado de rieles desde la perspectiva del diseño de la piedra de afilar. Los resultados de la investigación de Zhang et al. [2] indican que la piedra de afilar de corindón blanco presenta el mejor autoafilado y el efecto de rectificado más significativo, lo que resulta en la temperatura de rectificado más alta y el mayor espesor de capa blanca. Yuan et al. [4] prefabricaron una estructura porosa en la piedra de afilar, lo cual es beneficioso para la descarga de residuos de rectificado, reduce el bloqueo de la piedra de afilar, baja la temperatura de rectificado y mejora la calidad superficial del riel de acero pulido. Wang et al. [5] realizaron un estudio sobre la influencia de la dureza de la piedra de afilar (N, R, P, T) en la calidad superficial de los rieles de acero, y los resultados mostraron que el espesor de la capa blanca aumentó con el aumento de la dureza de la piedra de afilar. Por lo tanto, la regulación razonable de la estructura de la piedra de afilar (poros, composición abrasiva), dureza, etc., tiene un efecto positivo en la mejora de las quemaduras por rectificado.

Los resultados de la investigación anterior indican que los parámetros de pulido y el rendimiento de la piedra de amolar son los dos factores principales que afectan las quemaduras por pulido de rieles. Para los vehículos de pulido existentes en la ruta, es difícil realizar ajustes significativos a los parámetros operativos en la estructura del vehículo existente para garantizar la eficiencia del pulido. Por lo tanto, el diseño y el control del rendimiento de la estructura de la piedra de amolar es una de las formas efectivas de mejorar las quemaduras por pulido de rieles. Wu et al. [7, 8] implantaron bloques prefabricados de diamante soldado en una disposición determinada en la piedra de amolar, como se muestra en la Figura 2 (a). Los resultados del pulido muestran que la piedra de amolar compuesta puede mejorar efectivamente la eficiencia del pulido de rieles, reducir la rugosidad superficial del riel pulido y mejorar las quemaduras por pulido de rieles. Zhao Jinbo et al. [9] unieron CaF2 con polieteretercetona para formar bloques de unión autolubricantes y prepararon piedras de amolar autolubricantes colocándolas en el embrión de la piedra de amolar, como se muestra en la Figura 2 (b). Los resultados del rectificado muestran que el bloque de unión autolubricante puede liberarse continuamente en la interfaz entre la piedra de rectificar y el riel a medida que la piedra de rectificar se desgasta, lo que reduce el calor del rectificado y mejora las quemaduras del riel. La implantación de bloques prefabricados soldados, bloques de unión autolubricantes, etc. en la matriz de la piedra de rectificar da como resultado una estructura desigual de la piedra de rectificar e introduce una interfaz de baja resistencia (interfaz matriz de piedra de rectificar/bloque de implante), por lo que garantizar las propiedades mecánicas (resistencia rotacional, equilibrio dinámico, etc.) de la piedra de rectificar de estructura compuesta es un desafío clave. Wu et al. [10] diseñaron una muela abrasiva de CBN soldada con una ranura como se muestra en la Figura 2 (c), que mejoró la quema de las piezas de trabajo del riel. Sin embargo, la capa de soldadura fuerte utilizada en la piedra de rectificar tiene poca resistencia al desgaste durante el proceso de rectificado del riel, y la vida útil de la piedra de rectificar es extremadamente corta. Por lo tanto, un diseño/regulación razonable de la estructura de la piedra de moler tiene un efecto positivo en la reducción del calor de moler y en la mejora de las quemaduras del riel, pero es un requisito previo que debe considerarse plenamente para garantizar que la piedra de moler tenga buenas propiedades físicas y químicas y trabajabilidad.

(a) Piedra de afilar con bloque de diamante preajustado [7,8]

(b) Piedra de afilar de bloque autolubricante preajustada[9](c)Piedra de afilar con estructura de ranura [10]

Figura 2. Diseño de la estructura de la piedra de moler.

Referencia

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Formación de squats y aparición de dos clases distintas de capa de grabado blanco en la superficie del acero del riel [J]. Revista Internacional de Fatiga, 2017, 104: 52-60.

[2] GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Efectos de las marcas de rectificado en el daño por fatiga de rieles en condiciones de agua [J]. Ingeniería Mecánica de China, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Campo de temperatura y respuesta del material en función de los parámetros de rectificado de rieles[J]. Revista Internacional de Transferencia de Calor y Masa, 2021, 175: 12366.

[4]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

[5] 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.

[6]57[6] 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.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Muela abrasiva para rectificado de rieles de alta eficiencia y su método de fabricación: China, CN 108453638 A[P]. 28/08/2018.

[8] WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Características de desgaste de láminas de diamante soldadas con diferentes tiempos de rectificado [J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9] WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Estudio sobre las características de desgaste de láminas de diamante soldadas para muelas de rectificado compuestas de rieles bajo diferentes presiones [J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Influencia de los parámetros de rectificado en la temperatura superficial y el comportamiento de quemado del riel de rectificado[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.