Conception structurelle de la meule

L'un des principaux inconvénients des meules produites localement est leur tendance à brûler les rails en acier [1]. Lors du meulage des rails, l'effet abrasif (glissement, labourage, coupe) et le frottement entre le liant et le rail sont les principales sources de chaleur [3]. Sous l'effet combiné de la chaleur (chaleur de meulage) et de la force (force mécanique), la perlite présente dans le matériau du rail subit une transformation austénitique, puis forme de la martensite et de la ferrite lors du refroidissement, ce qui engendre une structure en couche blanche très dure et fragile. Des fissures partielles se propagent à l'interface entre la couche blanche et la perlite, provoquant une rupture prématurée du rail [1], comme illustré sur la figure 1 (a). Lors du polissage, la surface du rail en acier subit différents degrés d'oxydation, ce qui explique les différentes couleurs du rail poli. Les teintes jaunes, bleues et violettes sont communément appelées « brûlures ». Lin et al. [9] ont placé un thermocouple semi-artificiel dans le rail en acier afin de surveiller en temps réel la température de l'interface de polissage sous différents paramètres. Ils ont comparé la température de polissage au degré de brûlure en surface du rail en acier et établi un modèle de relation entre ce degré de brûlure (changement de couleur) et la température de polissage, comme illustré sur la figure 1 (b). Sur cette base, Zhou et al. [3] ont établi un modèle de relation entre la température, l'épaisseur et le degré de brûlure de la couche blanche lors du polissage des rails, proposant ainsi une nouvelle méthode d'optimisation des paramètres de polissage, comme illustré sur la figure 1 (c). Ces résultats indiquent que l'optimisation des paramètres de rectification et la réduction de la chaleur générée sont des méthodes importantes pour améliorer la qualité des brûlures sur les rails.

Figure 1. Couche de brûlure des rails et de gravure blanche induite par meulage (WEL)

De nombreux chercheurs étudient le mécanisme de brûlure lors du meulage des rails, en s'intéressant notamment à la conception des meules. Les travaux de Zhang et al. [2] indiquent que la meule en corindon blanc présente le meilleur auto-affûtage et l'effet de meulage le plus important, ce qui se traduit par la température de meulage la plus élevée et l'épaisseur de la couche blanche la plus importante. Yuan et al. [4] ont préfabriqué une structure poreuse dans la meule, ce qui favorise l'évacuation des débris de meulage, réduit le colmatage, abaisse la température de meulage et améliore la qualité de surface du rail en acier poli. Wang et al. [5] ont mené une étude sur l'influence de la dureté de la meule (N, R, P, T) sur la qualité de surface des rails en acier. Leurs résultats ont montré que l'épaisseur de la couche blanche augmentait avec la dureté de la meule. Par conséquent, un réglage judicieux de la structure de la meule (porosité, composition abrasive), de sa dureté, etc., contribue à améliorer la qualité des rails.

Les résultats de recherche mentionnés ci-dessus indiquent que les paramètres de rectification et les performances des meules sont les deux principaux facteurs influençant les brûlures de rectification des rails. Pour les polisseuses déjà en service, il est difficile d'ajuster significativement les paramètres de fonctionnement de leur structure afin de garantir l'efficacité du polissage. Par conséquent, la conception et le contrôle des performances de la structure des meules constituent un moyen efficace d'améliorer les brûlures de rectification des rails. Wu et al. [7, 8] ont implanté des blocs préfabriqués en diamant brasé selon une disposition spécifique dans la meule, comme illustré sur la figure 2 (a). Les résultats de polissage montrent que la meule composite permet d'améliorer efficacement l'efficacité du polissage des rails, de réduire la rugosité de surface du rail poli et d'atténuer les brûlures. Zhao Jinbo et al. [9] ont lié du CaF₂ à du polyétheréthercétone pour former des blocs de joint autolubrifiants et ont préparé des meules autolubrifiantes en les plaçant dans l'ébauche de la meule, comme illustré sur la figure 2 (b). Les résultats de rectification montrent que le bloc de joint autolubrifiant peut se libérer en continu à l'interface entre la meule et le rail à mesure que la meule s'use, réduisant ainsi la chaleur de rectification et améliorant la qualité du rail. L'implantation de blocs préfabriqués brasés, de blocs de joint autolubrifiants, etc., dans la matrice de la meule engendre une structure irrégulière et crée une interface de faible résistance (interface matrice de la meule/bloc d'implantation). Garantir les propriétés mécaniques (résistance à la rotation, équilibre dynamique, etc.) de la meule composite représente donc un défi majeur. Wu et al. [10] ont conçu une meule abrasive CBN brasée avec une fente, comme illustré sur la figure 2 (c), améliorant ainsi la qualité du rail. Cependant, la couche de brasage utilisée présente une faible résistance à l'usure lors de la rectification du rail, et la durée de vie de la meule est extrêmement courte. Par conséquent, une conception/régulation raisonnable de la structure de la meule a un effet positif sur la réduction de la chaleur de meulage et l'amélioration des brûlures de rail, mais c'est une condition préalable qui doit être pleinement prise en compte pour garantir que la meule possède de bonnes propriétés physiques et chimiques et une bonne maniabilité.

(a)Meule à diamant pré-réglée [7,8]

(b) Meule à bloc autolubrifiante préréglée[9](c) Meule à structure fendue [10]

Figure 2. Conception structurelle de la meule

Référence

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Formation de Squat et apparition de deux classes distinctes de couche de gravure blanche sur la surface de l'acier de rail[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104 : 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Effets des marques de meulage sur les dommages de fatigue des rails dans des conditions aquatiques[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Champ de température et réponse du matériau en fonction des paramètres de rectification des rails[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]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

[5]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.

[6]57[6] 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.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Meule pour le meulage de rails à haute efficacité et sa méthode de fabrication : Chine, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Caractéristiques d'usure des feuilles de diamant brasées avec différents temps de meulage[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Étude des caractéristiques d'usure d'une feuille de diamant brasée pour meule composite de rail sous différentes pressions[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Influence des paramètres de rectification sur la température de surface et les comportements de combustion du rail de rectification[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.