Desain struktur batu gerinda

Salah satu kelemahan utama batu gerinda produksi dalam negeri saat ini adalah kecenderungan untuk membakar rel baja [1]. Selama proses penggilingan rel, efek penggilingan dari bahan abrasif (geseran, pembajakan, pemotongan) dan gesekan antara perekat dan antarmuka rel merupakan sumber utama panas penggilingan [3]. Di bawah efek kopling panas (panas penggilingan) dan gaya (gaya mekanis), perlit dalam material rel mengalami transformasi austenit dan selanjutnya membentuk martensit dan ferit selama pendinginan, menghasilkan struktur lapisan putih yang sangat keras dan rapuh. Retakan parsial akan menjalar di batas antara lapisan putih dan perlit, menyebabkan kegagalan rel sebelum waktunya [1], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 (a). Selama proses pemolesan, permukaan rel baja mengalami berbagai tingkat oksidasi, menghasilkan warna rel yang dipoles yang berbeda-beda. Kuning, biru, dan ungu umumnya disebut sebagai "luka bakar". Lin dkk. [9] menempatkan termokopel semi buatan di rel baja untuk memantau suhu antarmuka pemolesan secara real time di bawah parameter pemolesan yang berbeda. Mereka membandingkan suhu pemolesan dengan derajat pembakaran pada permukaan rel baja dan membuat model hubungan antara derajat pembakaran (perubahan warna) dan suhu pemolesan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 (b). Atas dasar ini, Zhou et al. [3] membuat model hubungan antara suhu dan ketebalan dan derajat pembakaran lapisan putih selama pemolesan rel, menyediakan metode baru untuk mengoptimalkan parameter pemolesan rel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 (c). Hasil penelitian di atas menunjukkan bahwa mengoptimalkan parameter penggilingan dan mengurangi panas penggilingan adalah metode penting untuk meningkatkan pembakaran rel.

Gambar 1. Rel yang terbakar akibat penggilingan dan lapisan etsa putih (WEL)

Banyak sarjana mengeksplorasi mekanisme pembakaran gerinda rel dari perspektif desain batu gerinda. Hasil penelitian Zhang et al. [2] menunjukkan bahwa batu gerinda korundum putih memiliki ketajaman diri terbaik dan efek gerinda paling signifikan, menghasilkan suhu gerinda tertinggi dan ketebalan lapisan putih terbesar. Yuan et al. [4] membuat struktur pori di batu gerinda, yang bermanfaat untuk pembuangan serpihan gerinda, mengurangi penyumbatan batu gerinda, menurunkan suhu gerinda, dan meningkatkan kualitas permukaan rel baja yang dipoles. Wang et al. [5] melakukan penelitian tentang pengaruh kekerasan batu gerinda (N, R, P, T) pada kualitas permukaan rel baja, dan hasilnya menunjukkan bahwa ketebalan lapisan putih meningkat dengan peningkatan kekerasan batu gerinda. Oleh karena itu, pengaturan yang wajar dari struktur batu gerinda (pori-pori, komposisi abrasif), kekerasan, dll. memiliki efek positif pada peningkatan luka bakar rel.

Hasil penelitian di atas menunjukkan bahwa parameter penggerindaan dan kinerja batu gerinda merupakan dua faktor utama yang memengaruhi pembakaran penggerindaan rel. Untuk kendaraan pemoles yang ada pada rute tersebut, sulit untuk melakukan penyesuaian signifikan pada parameter pengoperasian pada struktur kendaraan yang ada guna memastikan efisiensi pemolesan. Oleh karena itu, desain dan kontrol kinerja struktur batu gerinda merupakan salah satu cara efektif untuk memperbaiki pembakaran rel. Wu dkk. [7, 8] menanamkan blok prefabrikasi berlian brazing dalam susunan tertentu ke dalam batu gerinda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 (a). Hasil pemolesan menunjukkan bahwa batu gerinda komposit dapat secara efektif meningkatkan efisiensi pemolesan rel, mengurangi kekasaran permukaan rel yang dipoles, dan memperbaiki pembakaran rel. Zhao Jinbo dkk. [9] mengikat CaF2 dengan polietereterketon untuk membentuk blok sambungan pelumas sendiri, dan menyiapkan batu gerinda pelumas sendiri dengan menempatkannya dalam embrio batu gerinda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 (b). Hasil penggilingan menunjukkan bahwa blok sambungan pelumas sendiri dapat terus menerus terlepas di antarmuka antara batu gerinda dan rel saat batu gerinda aus, mengurangi panas penggilingan dan memperbaiki luka bakar rel. Menanamkan blok prafabrikasi yang dibrazing, blok sambungan pelumas sendiri, dll. ke dalam matriks batu gerinda menghasilkan struktur batu gerinda yang tidak rata dan memperkenalkan antarmuka kekuatan rendah (antarmuka matriks batu gerinda/blok implan), sehingga memastikan sifat mekanis (kekuatan rotasi, keseimbangan dinamis, dll.) dari batu gerinda struktur komposit merupakan tantangan utama. Wu et al. [10] merancang roda gerinda abrasif CBN yang dibrazing dengan celah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 (c), yang meningkatkan luka bakar benda kerja rel. Namun, lapisan brazing yang digunakan dalam batu gerinda memiliki ketahanan aus yang buruk selama proses penggilingan rel, dan masa pakai batu gerinda sangat pendek. Oleh karena itu, desain/pengaturan yang wajar terhadap struktur batu gerinda memiliki efek positif dalam mengurangi panas penggilingan dan memperbaiki pembakaran rel, tetapi ini merupakan prasyarat yang harus dipertimbangkan sepenuhnya untuk memastikan bahwa batu gerinda memiliki sifat fisik dan kimia serta kemampuan kerja yang baik.

(a) Batu gerinda blok berlian yang telah diatur sebelumnya [7,8]

(b) Pra set batu gerinda blok pelumas otomatis[9](c) Batu gerinda berstruktur celah [10]

Gambar 2. Desain struktur batu gerinda

Referensi

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, dkk. Pembentukan Squat dan Terjadinya Dua Kelas Lapisan Etsa Putih yang Berbeda pada Permukaan Baja Rel[J]. Jurnal Internasional Kelelahan, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, dkk. Efek Tanda Penggilingan pada Kerusakan Kelelahan Rel dalam Kondisi Air[J]. Teknik Mesin Tiongkok, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, dkk. Medan Temperatur dan Respon Material sebagai Fungsi Parameter Penggilingan Rel[J]. Jurnal Internasional Perpindahan Panas dan Massa, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, dkk. Roda Gerinda Berpori untuk Mengurangi Kelelahan Awal dan Meningkatkan Efisiensi Pemindahan Material untuk Penggilingan Rel[J]. Tribologi Internasional, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, dkk. Pengaruh Bahan Abrasif dan Kekerasan Roda Gerinda terhadap Perilaku Gerinda Rel[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, dkk. Menyelidiki Pengaruh Ukuran Grit Abrasif pada Perilaku Penggilingan Rel[J]. Jurnal Proses Manufaktur, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, dkk. Roda Gerinda untuk Penggilingan Rel Efisiensi Tinggi dan Metode Pembuatannya: Tiongkok, CN 108453638 A[P]. 28-08-2018.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, dkk. Karakteristik Keausan Lembaran Berlian Brazing dengan Waktu Penggilingan Berbeda[J]. Keausan, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, dkk. Studi Karakteristik Keausan Lembaran Berlian Brazing untuk Roda Gerinda Komposit Rel pada Tekanan Berbeda[J]. Keausan, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, dkk. Pengaruh Parameter Penggilingan pada Suhu Permukaan dan Perilaku Pembakaran Rel Penggilingan[J]. Tribologi Internasional, 2018, 122: 151-162.