چالش‌های بومی‌سازی سنگ سمباده

بررسی فوق از وضعیت تحقیقات فعلی سنگ تیزکن از جنبه‌های قالب‌گیری سنگ تیزکن (ماده خام و فرآیند)، روش‌های ارزیابی عملکرد سنگ تیزکن، سوختگی ریل و غیره، خلاصه می‌کند که طراحی و ساخت سنگ تیزکن یک تعامل چند رشته‌ای (مکانیک، مواد، مکانیک و غیره)، چند عاملی (اجزا، فرآیندها، رابط‌ها، شرایط کاری و غیره) از چالش‌های فنی پیچیده است. بنابراین، در ادامه خلاصه‌ای از مشکلات و چالش‌های پیش روی فرآیند تحقیق و توسعه سنگ تیزکن از سه جنبه ارائه شده است: قالب‌گیری سنگ تیزکن، رفتار رابط سنگ تیزکن/ریل و ارزیابی عملکرد سنگ تیزکن (شکل 1)، با هدف ارائه منابع خاص برای دانشمندان و متخصصان مرتبط.

(1) قالب‌گیری سنگ آسیاب

عملکرد سنگ تیزکن تحت تأثیر فرمولاسیون (رزین، پرکننده، ماده ساینده و غیره)، فرآیند قالب‌گیری (مخلوط کردن، پخت و غیره)، ساختار (تخلخل و اندازه منافذ، غلظت ساینده و غیره) و فصل مشترک‌های ناهمگن (رزین/ساینده، رزین/پرکننده و غیره) و استحکام پیوند و سایر عوامل قرار می‌گیرد، همانطور که در شکل 1 (الف) نشان داده شده است. در حال حاضر، مکانیسم پیوند فصل مشترک ناهمگن سیستم ساینده مشخص نیست؛ میکرو/نانو پرکننده بر چقرمگی پیوند، مقاومت حرارتی، مقاومت سایشی مکانیسم تنظیمی است که باید آشکار شود؛ ساختار پیچیده سنگ ساینده از خواص فیزیکی و شیمیایی سنگ ساینده، مکانیسم تأثیر عملکرد بر عملکرد سرویس هنوز مشخص نیست. مشکلات علمی و فنی فوق، مشکلات بزرگی را برای تنظیم عملکرد سنگ‌های ساینده ایجاد می‌کند.

یوان یونگجی [1] از نرم‌افزارهای Abaqus و Python برای ایجاد یک مدل مجازی سنگ آسیاب استفاده کرد و تحقیقات مرتبط با سنگ آسیاب را از طریق روش محاسبه المان محدود انجام داد که الهام‌بخش مهمی برای طراحی سنگ‌های آسیاب با متغیرهای بیشتر و فرآیندهای پیچیده است. بنابراین، در آینده می‌توانیم از المان محدود و سایر روش‌ها برای ساخت سریع و کارآمد مدل سنگ آسیاب استفاده کنیم و طیف دقیق‌تری از رابطه پاسخ هم‌افزایی بین عوامل مختلف را برای هدایت طراحی سنگ‌های آسیاب ایجاد کنیم. و این مدل با حجم زیادی از داده‌های تجربی پایه توجیه می‌شود.

(2) رفتار سطح مشترک سنگ/ریل ساینده

هندسه ساینده و جهت‌گیری فضایی آن تصادفی است و در نتیجه تفاوت‌های زیادی در زاویه جلویی فرآیند سنگ‌زنی ساینده (لغزش، شخم زدن، برش) ایجاد می‌کند و بنابراین نقش هر ساینده بر رفتار ماده ریل (نیروی مکانیکی، دمای سنگ‌زنی و غیره) نیز تصادفی است و بنابراین تفاوت‌هایی در مکانیسم شکست سنگ و تأثیر آن بر کیفیت سطح ریل وجود دارد. در حالت ایده‌آل: ساینده پس از چرخه‌های متعدد سایش - فرآیند خود تیز شوندگی، به عملکرد برش خود بازی کامل می‌دهد؛ سایش و جدا شدن پیوند، به طوری که ساینده غیرفعال شده خاموش می‌شود، سنگ سنگ زنی خود تیز می‌شود؛ اما سایش بیش از حد پیوند، منجر به جدا شدن زودرس ساینده می‌شود، میزان استفاده از ساینده کاهش می‌یابد، مقاومت سایشی سنگ سنگ زنی کاهش می‌یابد و عمر مفید آن کوتاه می‌شود. بنابراین، سایش و خود تیز شوندگی سنگ سنگ زنی باید به حالت متعادل برسد تا سنگ سنگ زنی هم عملکرد برش قوی و هم عمر مفید طولانی داشته باشد. در عین حال، سایش سنگ سنگ زنی مستقیماً بر وضعیت لبه ساینده و زاویه برش تأثیر می‌گذارد که به نوبه خود بر فرآیند سنگ زنی، گرمای سنگ زنی و کیفیت سطح ریل تأثیر می‌گذارد. بنابراین، می‌توان مشاهده کرد که در فرآیند سنگ‌زنی ریل، تحت کوپلینگ حرارتی-مکانیکی سطح مشترک سنگ آسیاب/ریل، میزان برداشت مواد و شکست سنگ آسیاب بر یکدیگر تأثیر گذاشته و رابطه نزدیکی با هم دارند که در نهایت بر کیفیت سطح ریل پس از سنگ‌زنی تأثیر می‌گذارد.

در حال حاضر، مکانیسم برهمکنش بین حذف مواد و شکست سنگ تیزکن در فرآیند سنگ‌زنی ریل و تأثیر آن بر کیفیت سطح ریل هنوز مشخص نیست، که این امر، همانطور که در شکل 1 (ب) نشان داده شده است، دشواری طراحی سنگ تیزکن را افزایش می‌دهد. بنابراین، مطالعه مکانیسم حذف مواد در طول فرآیند سنگ‌زنی ریل، مکانیسم سایش سنگ تیزکن، تکامل کیفیت سطح ریل و ساخت مدل رابطه فیزیکی ساختار سنگ تیزکن - خواص مکانیکی سنگ تیزکن - عملکرد سنگ تیزکن - مکانیسم شکست سنگ تیزکن - کیفیت سطح ریل، که برای طراحی و ساخت سنگ تیزکن از ارزش بالایی برخوردار است، مهم است.

(3) ارزیابی عملکرد سنگ آسیاب

ارزیابی علمی و جامع عملکرد سنگ آسیاب (به ویژه ظرفیت آسیاب)، فرمول سنگ آسیاب و طراحی فرآیند، مرجع مهمی را ارائه می‌دهند. در حال حاضر، روش‌های مختلفی برای ارزیابی عملکرد سنگ تیزکن وجود دارد و فقدان استانداردهای ارزیابی یکسان برای عملکرد سنگ تیزکن، به اشتراک گذاری نتایج تحقیقات مربوط به سنگ تیزکن را دشوار می‌کند، همانطور که در شکل 1(c) نشان داده شده است. در همین حال، در حال حاضر، بسیاری از محققان تحقیقات مرتبط را با تهیه سنگ‌های آسیاب در اندازه کامل انجام می‌دهند که اندازه بزرگی دارند و برای توصیف و تجزیه و تحلیل کلان/خرد بعدی مساعد نیستند و نمی‌توانند داده‌های تجربی دقیق‌تری به دست آورند، که منجر به نتایج تجربی سنگ‌های آسیاب با راهنمایی محدود در مورد تنظیم عملکرد سنگ‌های آسیاب می‌شود، که باعث کاهش راندمان تحقیق و توسعه سنگ‌های آسیاب، افزایش هزینه تحقیق و اتلاف انرژی و مواد اولیه می‌شود. بنابراین، می‌توان یک مسیر فناوری ارزیابی چند بعدی را برای طراحی علمی تجهیزات ارزیابی سنگ آسیاب و ساخت دستورالعمل‌های ارزیابی برای عملکرد سنگ‌های آسیاب در ابعاد مختلف اتخاذ کرد تا پایه و اساس ارتقاء سنگ‌های آسیاب در خطوط حمل و نقل ریلی فراهم شود.

شکل۱ مشکلات کلیدی برای توسعه GS

(الف) تشکیل سنگ سنباده [2،3،1]؛ (ب) روابط بین مکانیسم‌های حذف مواد، مکانیسم‌های سایش سنگ سنباده و کیفیت سطح ریل [4،5،6،7،8]؛ (ج) روش‌های ارزیابی عملکرد سنگ سنباده [9،2،10].

[1] یوان یونگجی. سازوکارهای تنظیم عملکرد سنگ آسیاب ریلی با ساختار متخلخل [J]. چنگدو: دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، 2021.

[2] ژانگ وولین. مطالعه بر روی مکانیسم‌های تنظیم عملکرد سنگ آسیاب ریلی پرسرعت از طریق ساینده‌های کوراندوم[D]. چنگدو: دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، 2021.

[3] ژانگ پنگفی، ژانگ وولین، یوان یونگجی و همکاران. بررسی تأثیر حرارت سنگ‌زنی بر مکانیسم حذف مواد در سنگ‌زنی ریلی [J]. Tribology International، 2020، 147:105942.

[4] جی یوان، تیان چانگهای، پی ای آی دینگ فنگ. تحلیل تطبیقی ​​استانداردهای چرخ سنگ زنی ریلی چین و استانداردهای بین المللی خارجی [J]. کنترل کیفیت راه آهن، 2018، 46(9): 5-8.

[5] ژو کان، دینگ هائوهائو، وانگ ونجیان و همکاران. تأثیر فشار سنگ‌زنی بر رفتارهای حذف مواد ریلی [J]. Tribology International، 2019، 134: 417-426.

[6] ژو کان، دینگ هائوهائو، وانگ رویشیانگ و همکاران. بررسی تجربی مکانیسم حذف مواد در طول سنگ‌زنی ریل در سرعت‌های مختلف پیشروی [J]. Tribology International، 2020، 143: 106040.

[7] ژانگ وولین، ژانگ پنگفی، ژانگ جون و همکاران. بررسی تأثیر اندازه دانه‌های ساینده بر رفتارهای سنگ‌زنی ریل [J]. مجله فرآیندهای تولید، 2020، 53: 388-395.

[8] یواخیم مایر، رابرت انگلهورن، رزماری روت و همکاران. ویژگی‌های سایشی ساینده‌های کوراندوم سل-ژل تقویت‌شده با فاز دوم [J]. Acta Materialia، 2006، 54(13): 3605-3615.

[9] XU Xiaotang. مطالعه‌ای بر روی مکانیسم سنگ‌زنی ریل‌های پرسرعت[D]. چنگدو: دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، 2016.

[10] XU Xiaotang، WANG Hengyu، WU Lei و همکاران. مطالعه تجربی سنگ‌زنی ریل پرسرعت تحت شرایط مرطوب [J]. مهندسی روانکاری، 2016، 41(11): 41-44.