Défis liés à la localisation des meules
L'examen présenté ci-dessus de l'état actuel de la recherche sur les pierres à aiguiser, abordant le moulage (matières premières et procédés), les méthodes d'évaluation des performances, les brûlures sur les rails, etc., conclut que la conception et la fabrication des pierres à aiguiser constituent un défi technique complexe, impliquant une interaction multidisciplinaire (mécanique, matériaux, etc.) et multifactorielle (composants, procédés, interfaces, conditions de travail, etc.). Par conséquent, la synthèse suivante des difficultés et des défis rencontrés dans le processus de recherche et développement des pierres à aiguiser, sous trois angles : le moulage, le comportement à l'interface pierre à aiguiser/rail et l'évaluation des performances (Figure 1), vise à fournir des éléments de référence aux chercheurs et aux praticiens concernés.
(1) Moulure de meule
Les performances d'une pierre à aiguiser sont influencées par sa formulation (résine, charge, abrasif, etc.), son procédé de fabrication (mélange, durcissement, etc.), sa structure (porosité et taille des pores, concentration d'abrasif, etc.) et la résistance de liaison aux interfaces hétérogènes (résine/abrasif, résine/charge, etc.), ainsi que par d'autres facteurs, comme illustré sur la figure 1 (a). À l'heure actuelle, le mécanisme de liaison aux interfaces hétérogènes du système abrasif reste mal compris ; le mécanisme de régulation de la ténacité, de la résistance à la chaleur et de la résistance à l'usure par les charges micro/nanométriques doit être élucidé ; enfin, l'influence de la structure complexe de la pierre abrasive sur ses propriétés physico-chimiques et ses performances en service demeure inconnue. Ces difficultés scientifiques et techniques complexifient considérablement la régulation des performances des pierres à aiguiser.
Yuan Yongjie [1] a utilisé Abaqus et Python pour établir un modèle virtuel de meule et a mené des recherches sur les meules par la méthode des éléments finis. Ses travaux constituent une source d'inspiration importante pour la conception de meules intégrant davantage de variables et des processus complexes. Par conséquent, à l'avenir, nous pourrons utiliser la méthode des éléments finis et d'autres techniques pour construire rapidement et efficacement le modèle de meule et établir une compréhension plus fine des interactions synergiques entre les différents facteurs, afin d'orienter la conception des meules. Ce modèle est validé par un grand nombre de données expérimentales fondamentales.
(2) Comportement de l'interface pierre abrasive/rail
La géométrie et l'orientation spatiale aléatoires des abrasifs entraînent d'importantes variations de l'angle d'attaque lors du meulage (glissement, labourage, coupe). Par conséquent, l'influence de chaque abrasif sur le comportement du matériau du rail (force mécanique, température de meulage, etc.) est également aléatoire, ce qui induit des différences dans le mécanisme de défaillance de la pierre et, de ce fait, dans la qualité de surface du rail. Idéalement, après de nombreux cycles d'abrasion, l'abrasif s'auto-affûte, exploitant pleinement son pouvoir de coupe. L'usure et le détachement du liant permettent à l'abrasif passivé de se détacher et à la pierre de s'auto-affûter. Cependant, une usure excessive du liant entraîne un détachement prématuré de l'abrasif, réduisant ainsi son taux d'utilisation, sa résistance à l'usure et sa durée de vie. Il est donc essentiel d'atteindre un équilibre entre l'usure et l'auto-affûtage de la pierre afin de garantir à la fois une performance de coupe optimale et une longue durée de vie. Parallèlement, l'usure de la meule influe directement sur l'état du tranchant et l'angle de coupe, ce qui, à son tour, affecte la chaleur générée par le processus de rectification et la qualité de la surface du rail. Ainsi, il apparaît que lors de la rectification des rails, sous l'effet du couplage thermomécanique à l'interface meule/rail, l'enlèvement de matière et la défaillance de la meule sont étroitement liés et ont une incidence directe sur la qualité de surface du rail après rectification.
À l'heure actuelle, le mécanisme d'interaction entre l'enlèvement de matière et la défaillance de la meule lors du meulage des rails, ainsi que son influence sur la qualité de surface de ces derniers, restent mal compris, ce qui complexifie la conception des meules, comme illustré sur la figure 1(b). Il est donc essentiel d'étudier le mécanisme d'enlèvement de matière durant le meulage des rails, le mécanisme d'usure de la meule, l'évolution de la qualité de surface des rails, et de construire un modèle de relation physique entre la structure de la meule, ses propriétés mécaniques, ses performances de meulage, son mécanisme de défaillance et la qualité de surface des rails. Ce modèle revêt une grande importance pour la conception et la fabrication des meules.
(3) Évaluation des performances des meules
L'évaluation scientifique et exhaustive des performances des meules (notamment leur capacité de broyage), de leur composition et de la conception des procédés de fabrication constitue une référence essentielle. Actuellement, diverses méthodes d'évaluation des performances des meules existent, mais l'absence de normes d'évaluation uniformes complique la diffusion des résultats de recherche, comme illustré sur la figure 1(c). Par ailleurs, de nombreux chercheurs utilisent des meules grandeur nature, ce qui nuit à leur caractérisation et analyse macro/micro ultérieures et empêche l'obtention de données expérimentales précises. Les résultats obtenus offrent ainsi des indications limitées quant à l'optimisation des performances des meules, réduisant l'efficacité de la recherche et du développement, augmentant les coûts et engendrant un gaspillage d'énergie et de matières premières. C'est pourquoi une approche d'évaluation multidimensionnelle peut être adoptée pour concevoir scientifiquement les équipements d'évaluation des meules et établir des lignes directrices d'évaluation de leurs performances selon différents critères, jetant ainsi les bases de leur utilisation dans le transport ferroviaire.
Figue.1 Les principaux problèmes liés au développement de GS
(a) Formation de la meule [2,3,1] ; (b) Relations entre les mécanismes d'enlèvement de matière, les mécanismes d'usure de la meule et la qualité de la surface du rail [4,5,6,7,8] ; (c) Méthodes d'évaluation des performances de la meule [9,2,10].
[1] YUAN Yongjie. Les mécanismes de régulation des performances des meules de broyage de rails à structure poreuse [J]. Chengdu : Université Jiaotong du Sud-Ouest, 2021.
[2] ZHANG Wulin. Étude sur les mécanismes de régulation des performances des meules de broyage pour les voies ferrées à grande vitesse utilisant des abrasifs de corindon [D]. Chengdu : Université Jiaotong du Sud-Ouest, 2021.
[3] ZHANG Pengfei, ZHANG Wulin, YUAN Yongjie, et al. Sondage de l'effet de la chaleur de rectification sur le mécanisme d'enlèvement de matière lors de la rectification des rails[J]. Tribology International, 2020, 147:105942.
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