طراحی ساختار سنگ آسیاب

یکی از معایب اصلی سنگ‌های سنباده تولید داخل در حال حاضر، تمایل به سوزاندن ریل‌های فولادی است [1]. در طول فرآیند سنباده‌زنی ریل، اثر سنباده‌زنی مواد ساینده (لغزش، شخم زدن، برش) و اصطکاک بین سطح تماس چسب و ریل، منابع اصلی گرمای سنباده‌زنی هستند [3]. تحت اثر جفت شدن گرما (گرمای سنباده‌زنی) و نیرو (نیروی مکانیکی)، پرلیت موجود در ماده ریل دچار استحاله آستنیت شده و متعاقباً در حین خنک شدن، مارتنزیت و فریت تشکیل می‌دهد که منجر به سختی بالا و ساختار لایه سفید شکننده می‌شود. ترک‌های جزئی در مرز بین لایه سفید و پرلیت گسترش می‌یابند و باعث خرابی زودرس ریل می‌شوند [1]، همانطور که در شکل 1 (الف) نشان داده شده است. در طول فرآیند صیقل‌کاری، سطح ریل فولادی درجات مختلفی از اکسیداسیون را تجربه می‌کند و در نتیجه رنگ‌های مختلفی از ریل صیقل‌کاری شده ایجاد می‌شود. زرد، آبی و بنفش معمولاً به عنوان "سوختگی" شناخته می‌شوند. لین و همکارانش [9] یک ترموکوپل نیمه مصنوعی را در ریل فولادی قرار دادند تا دمای سطح تماس صیقل‌کاری را در زمان واقعی تحت پارامترهای مختلف صیقل‌کاری رصد کنند. آنها دمای پرداخت را با درجه سوختگی روی سطح ریل فولادی مقایسه کردند و یک مدل رابطه بین درجه سوختگی (تغییر رنگ) و دمای پرداخت ایجاد کردند، همانطور که در شکل 1 (ب) نشان داده شده است. بر این اساس، ژو و همکارانش [3] یک مدل رابطه بین دما و ضخامت و درجه پخت لایه سفید در طول پرداخت ریل ایجاد کردند و روش جدیدی را برای بهینه سازی پارامترهای پرداخت ریل ارائه دادند، همانطور که در شکل 1 (ج) نشان داده شده است. نتایج تحقیقات فوق نشان می‌دهد که بهینه سازی پارامترهای سنگ زنی و کاهش گرمای سنگ زنی، روش‌های مهمی برای بهبود سوختگی ریل هستند.

شکل 1 لایه سوزاندن ریل ناشی از سنگ زنی و حکاکی سفید (WEL)

بسیاری از محققان مکانیسم سوختگی ناشی از سایش ریل را از منظر طراحی سنگ سایش بررسی می‌کنند. نتایج تحقیقات ژانگ و همکارانش [2] نشان می‌دهد که سنگ سایش کوراندوم سفید بهترین تیزی خود و مهم‌ترین اثر سایش را دارد که منجر به بالاترین دمای سایش و بیشترین ضخامت لایه سفید می‌شود. یوان و همکارانش [4] یک ساختار متخلخل در سنگ سایش پیش‌ساخته ایجاد کردند که برای تخلیه خرده‌های سایش مفید است، انسداد سنگ سایش را کاهش می‌دهد، دمای سایش را پایین می‌آورد و کیفیت سطح ریل فولادی صیقل داده شده را بهبود می‌بخشد. وانگ و همکارانش [5] مطالعه‌ای در مورد تأثیر سختی سنگ سایش (N، R، P، T) بر کیفیت سطح ریل‌های فولادی انجام دادند و نتایج نشان داد که ضخامت لایه سفید با افزایش سختی سنگ سایش افزایش می‌یابد. بنابراین، تنظیم منطقی ساختار سنگ سایش (منافذ، ترکیب ساینده)، سختی و غیره تأثیر مثبتی بر بهبود سوختگی ریل دارد.

نتایج تحقیقات فوق نشان می‌دهد که پارامترهای سنگ‌زنی و عملکرد سنگ سنباده دو عامل اصلی مؤثر بر سوختگی‌های ناشی از سنگ‌زنی ریل هستند. برای وسایل نقلیه پولیش موجود در مسیر، ایجاد تنظیمات قابل توجه در پارامترهای عملیاتی بر روی ساختار وسیله نقلیه موجود به منظور اطمینان از راندمان صیقل‌کاری دشوار است. بنابراین، طراحی و کنترل عملکرد ساختار سنگ سنباده یکی از راه‌های مؤثر برای بهبود سوختگی‌های ریل است. وو و همکارانش [7، 8] بلوک‌های پیش‌ساخته الماس لحیم‌کاری شده را با چیدمان خاصی در سنگ سنباده کاشتند، همانطور که در شکل 2 (الف) نشان داده شده است. نتایج صیقل‌کاری نشان می‌دهد که سنگ سنباده کامپوزیتی می‌تواند به طور مؤثر راندمان صیقل‌کاری ریل را بهبود بخشد، زبری سطح ریل صیقل‌کاری شده را کاهش دهد و سوختگی‌های ریل را بهبود بخشد. ژائو جینبو و همکارانش [9] CaF2 را با پلی‌اتراترکتون پیوند دادند تا بلوک‌های اتصال خود روان‌کننده تشکیل دهند و سنگ‌های سنگ‌زنی خود روان‌کننده را با قرار دادن آنها در جنین سنگ سنباده تهیه کردند، همانطور که در شکل 2 (ب) نشان داده شده است. نتایج سنگ‌زنی نشان می‌دهد که بلوک اتصال خود روان‌کننده می‌تواند به طور مداوم در سطح مشترک بین سنگ سنگ‌زنی و ریل، همزمان با ساییدگی سنگ سنگ‌زنی، آزاد شود و گرمای سنگ‌زنی را کاهش داده و سوختگی ریل را بهبود بخشد. کاشت بلوک‌های پیش‌ساخته لحیم‌کاری شده، بلوک‌های اتصال خود روان‌کننده و غیره در ماتریس سنگ سنگ‌زنی منجر به ساختار ناهموار سنگ سنگ‌زنی شده و یک سطح مشترک با استحکام پایین (سطح مشترک ماتریس سنگ سنگ‌زنی/بلوک ایمپلنت) ایجاد می‌کند، بنابراین تضمین خواص مکانیکی (استحکام چرخشی، تعادل دینامیکی و غیره) سنگ سنگ‌زنی ساختار کامپوزیتی یک چالش کلیدی است. وو و همکارانش [10] یک چرخ سنگ‌زنی ساینده CBN لحیم‌کاری شده با شکافی مطابق شکل 2 (c) طراحی کردند که سوختگی قطعات کار ریل را بهبود بخشید. با این حال، لایه لحیم‌کاری مورد استفاده در سنگ سنگ‌زنی مقاومت سایشی ضعیفی در طول فرآیند سنگ‌زنی ریل دارد و عمر مفید سنگ سنگ‌زنی بسیار کوتاه است. بنابراین، طراحی/تنظیم معقول ساختار سنگ آسیاب تأثیر مثبتی بر کاهش گرمای آسیاب و بهبود سوختگی ریل دارد، اما پیش‌نیازی است که باید به طور کامل در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که سنگ آسیاب از خواص فیزیکی و شیمیایی و کارایی خوبی برخوردار است.

(الف) سنگ فرز بلوک الماس از پیش تنظیم شده [7،8]

(ب) سنگ آسیاب بلوکی خود روان کننده از پیش تنظیم شده [9](ج) سنگ آسیاب با ساختار شکاف‌دار [10]

شکل 2. طراحی سازه سنگ آسیاب

مرجع

[1] الف الجبوری، دیوید وکسلر، ال. آی. هویجون و همکاران. تشکیل اسکات و وقوع دو نوع متمایز از لایه حکاکی سفید روی سطح فولاد راه آهن [J]. مجله بین‌المللی خستگی، 2017، 104: 52-60.

[2] GUO Shuai، ZHAO Xiangji، HE Chenggang و همکاران. اثرات علائم سنگ‌زنی بر آسیب خستگی ریل‌ها در شرایط آب [J]. مهندسی مکانیک چین، 2019، 30(08): 889-895.

[3]36[3] ژو کان، دینگ هائوهائو، استینبرگن مایکل و همکاران. میدان دما و پاسخ مواد به عنوان تابعی از پارامترهای سنگ‌زنی ریل [J]. مجله بین‌المللی انتقال حرارت و جرم، 2021، 175: 12366.

[4] یوان یونگجی، ژانگ وولین، ژانگ پنگفی و همکاران. چرخ‌های سنگ‌زنی متخلخل به منظور کاهش پیش‌خستگی و افزایش راندمان حذف مواد برای سنگ‌زنی ریلی [J]. Tribology International، 2021، 154: 106692

[5] وانگ رویشیانگ، ژو کان، یانگ جینیو و همکاران. اثرات مواد ساینده و سختی چرخ سنگ‌زنی بر رفتارهای سنگ‌زنی ریل [J]. Wear، 2020، 454-455: 203332.

[6]57[6] 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.

[7] شیائو بینگ، شیائو هائوژونگ، شیائو بو و همکاران. چرخ سنگ‌زنی برای سنگ‌زنی ریلی با راندمان بالا و روش ساخت آن: چین، CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8] وو هنگ‌هنگ، شیائو بینگ، شیائو هائوژونگ و همکاران. ویژگی‌های سایش ورق‌های الماس لحیم‌کاری شده با زمان‌های سنگ‌زنی مختلف [J]. سایش، 2019، 432-433: 202942.

[9] وو هنگ‌هنگ، شیائو بینگ، شیائو هائوژونگ و همکاران. مطالعه ویژگی‌های سایش ورق الماس لحیم‌کاری شده برای چرخ سنگ‌زنی کامپوزیتی ریل تحت فشارهای مختلف [J]. سایش، 2019، 424-425: 183-192.

[10] لین بین، ژو کان، گوئو جون و همکاران. تأثیر پارامترهای سنگ‌زنی بر دمای سطح و رفتارهای سوختگی ریل سنگ‌زنی [J]. تریبولوژی اینترنشنال، 2018، 122: 151-162.