Les abrasifs de la pierre à aiguiser

Les meules utilisent couramment des abrasifs de type corindon (corindon de zirconium, corindon brun, corindon blanc, etc., comme illustré sur la figure 11)[1,2], certains abrasifs super-durs (CBN)[3] et SiC, WC, etc. En raison de la forte affinité entre le diamant et le fer (élément de transition), la rectification à haute température entraîne une transformation de l'hybridation sp3 des atomes de carbone de la couche superficielle du diamant en un état sp2+ 2P1z, c'est-à-dire une graphitisation du diamant, ce qui réduit les performances de rectification de l'abrasif[4,5]. Par conséquent, le diamant n'est pas adapté à la rectification des rails. Bien que les abrasifs CBN présentent une forte ténacité, une bonne résistance aux hautes températures et à l'usure, une bonne conductivité thermique et un fort pouvoir de rectification [6,7], leur granulométrie fine (la plus grande particule étant inférieure à 500 μm) et leur prix élevé limitent leur potentiel pour la rectification de rails dans des conditions de rectification grossière et sous forte charge, et rendent leur utilisation peu rentable. Les abrasifs en corindon, quant à eux, offrent une bonne résistance à l'usure, une forte ténacité et un bon pouvoir de coupe, pour un coût réduit. Ils présentent ainsi des avantages significatifs pour la rectification de rails dans des conditions extrêmes de vitesse, de charge élevée, de rectification à sec et de granulométrie grossière. Zhang Wulin[8] Les résistances à la compression du corindon de zirconium, du corindon brun calciné et du corindon blanc ainsi que les performances de broyage des meules correspondantes de F16 ont été examinées à l'aide d'un dispositif d'essai de compression uniaxiale, et les résultats ont montré que : la résistance du corindon de zirconium était la plus élevée (308,0 MPa), suivie du corindon brun calciné (124,0 MPa), et la plus faible était celle du corindon blanc (103,2 MPa) ; et les rapports de broyage des meules abrasives de zirconium, de corindon brun calciné et de corindon blanc, par ordre de grandeur, étaient de 41,0, 22,4 et 11,9 ; Par conséquent, les abrasifs de corindon résistants, tenaces et chimiquement stables, notamment le corindon zirconiérisé et le corindon brun, sont couramment utilisés dans la fabrication des meules pour l'affûtage des rails [9,10,2]. Ainsi, la fabrication de ces meules repose généralement sur l'utilisation d'abrasifs de type corindon résistants, tenaces et chimiquement stables, en particulier le corindon zirconiérisé et le corindon brun. Actuellement, la technologie de fusion des abrasifs de corindon zirconiérisé haute performance est maîtrisée à l'échelle mondiale par le groupe français Saint-Gobain et d'autres entreprises. Par conséquent, surmonter les principaux obstacles technologiques liés à la fusion du corindon zirconiérisé et développer des abrasifs de corindon zirconiérisé haute performance (haute ténacité, résistance à l'usure et à la chaleur, bon auto-affûtage, etc.) est crucial pour l'amélioration des performances des meules.

Fig. 1.Abrasifs en corindon de zirconium[1]

Fig. 2. Abrasifs en corindon blanc[1]

Fig. 3. Abrasifs en corindon brun[1]

Actuellement, les meules pour le meulage des rails sont fabriquées à partir d'un mélange d'abrasifs de différentes granulométries et types. Wang et al. [50] ont étudié les performances de meulage de meules présentant différents ratios de corindon de zirconium et de corindon brun. Leurs résultats ont montré qu'avec l'augmentation de la teneur en corindon brun (0 % à 100 %), le volume de meulage des meules diminuait. Des résultats comparatifs complets indiquent que l'ajout de 10 % à 30 % de corindon brun à la meule permet d'obtenir une efficacité de meulage plus satisfaisante et de réduire son coût de fabrication. Zhang et al. [11] ont étudié le comportement de meulage de meules présentant différentes granulométries (F10 à F30). Leurs résultats ont montré que, sous une charge donnée, la réduction de la granulométrie de l'abrasif entraînait une évolution du mécanisme de meulage principal, passant du frottement par glissement et du labourage à la coupe. Les performances de meulage et la qualité de surface des rails polis étaient ainsi améliorées. Dans une étude ultérieure, Zhang et al. [1] Wang et al. [12] ont poursuivi l'étude des propriétés mécaniques des abrasifs en corindon de zirconium, en corindon brun et en corindon blanc, ainsi que du comportement de rectification des meules correspondantes. Leurs résultats ont démontré que les propriétés mécaniques des abrasifs constituaient l'un des facteurs fondamentaux influençant les performances de rectification des meules. Ils ont également constaté que les vibrations de rectification augmentaient avec la diminution de la granulométrie de l'abrasif. Malgré l'abondance des recherches menées sur les abrasifs pour meules, le mécanisme de régulation de la structure abrasive (géométrie, type, granulométrie, proportion, etc.) sur les propriétés physico-chimiques des meules (ténacité, résistance, résistance à la chaleur, résistance à l'usure, etc.) et sur leurs performances (quantité de rectification, rapport de rectification, durée de vie, kilométrage, mécanisme de défaillance et qualité de la surface du rail après rectification) demeure encore mal compris.

[1] ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie, et al. Étude de l'effet de l'usure abrasive sur les performances de meulage des meules de rails [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64 : 493-507.

[2] WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Effets du matériau abrasif et de la dureté de la meule sur les comportements de rectification des rails[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[3] HUNAG Guigang. Conception et étude expérimentale d'un banc d'essai de rectification à grande vitesse pour meule de rectification CBN pour rails [J]. Manufacturing Automation, , 2020, 42(05): 88-91+122.

[4] PENG Jin, ZOU Wenjun. Outils abrasifs organiques[M]. Zhengzhou : Presse universitaire de Zhengzhou, 102-244.

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. Abrasifs, outils abrasifs et technologie de rectification [M]. Deuxième édition. Pékin : Chemical Industry Press, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen, et al. Conception de la structure des pores et performances de meulage des meules abrasives CBN poreuses liées au métal fabriquées par frittage sous vide[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2019, 44: 125-132.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Probing the Effect of Abrasive Grit Size on Rail Grinding Behaviors[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[8] 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.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei et al. Meules poreuses pour atténuer la pré-fatigue et augmenter l'efficacité d'enlèvement de matière lors du meulage des rails [J]. Tribology International, 2021, 154 : 106692

[10] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang, et al. Investigation expérimentale sur le mécanisme d'enlèvement de matière lors du meulage des rails à différentes vitesses d'avancement [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[11] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Probing the Effect of Abrasive Grit Size on Rail Grinding Behaviors[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun, et al. Influence de la granularité de la meule sur la force de meulage et l'enlèvement de matière lors du processus de meulage des rails[JJ]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2019, 233(2): 355-365.