La progettazione della struttura della mola

Uno dei principali svantaggi delle attuali mole di produzione nazionale è la tendenza a bruciare le rotaie in acciaio [1]. Durante il processo di rettifica delle rotaie, l'effetto di rettifica degli abrasivi (scorrimento, aratura, taglio) e l'attrito tra il legante e l'interfaccia della rotaia sono le principali fonti di calore di rettifica [3]. Sotto l'effetto combinato di calore (calore di rettifica) e forza (forza meccanica), la perlite nel materiale della rotaia subisce una trasformazione in austenite e successivamente forma martensite e ferrite durante il raffreddamento, con conseguente elevata durezza e fragile struttura a strato bianco. Al confine tra lo strato bianco e la perlite si propagano crepe parziali, causando un cedimento prematuro della rotaia [1], come mostrato in Figura 1 (a). Durante il processo di lucidatura, la superficie della rotaia in acciaio subisce diversi gradi di ossidazione, con conseguenti diverse colorazioni della rotaia lucidata. Giallo, blu e viola sono comunemente chiamati "bruciature". Lin et al. [9] hanno posizionato una termocoppia semiartificiale nella rotaia in acciaio per monitorare la temperatura dell'interfaccia di lucidatura in tempo reale in base a diversi parametri di lucidatura. Hanno confrontato la temperatura di lucidatura con il grado di bruciatura sulla superficie della rotaia in acciaio e hanno stabilito un modello di relazione tra il grado di bruciatura (cambiamento di colore) e la temperatura di lucidatura, come mostrato nella Figura 1 (b). Su questa base, Zhou et al. [3] hanno stabilito un modello di relazione tra la temperatura e lo spessore e il grado di cottura dello strato bianco durante la lucidatura della rotaia, fornendo un nuovo metodo per ottimizzare i parametri di lucidatura della rotaia, come mostrato nella Figura 1 (c). I risultati della ricerca di cui sopra indicano che l'ottimizzazione dei parametri di rettifica e la riduzione del calore di rettifica sono metodi importanti per migliorare le bruciature delle rotaie.

Figura 1 Lo strato di bruciatura della rotaia indotto dalla macinazione e l'incisione bianca (WEL)

Molti studiosi esplorano il meccanismo di bruciatura delle rotaie dal punto di vista della progettazione della mola. I risultati della ricerca di Zhang et al. [2] indicano che la mola in corindone bianco ha la migliore autoaffilatura e l'effetto di macinazione più significativo, con conseguente temperatura di macinazione più elevata e il maggiore spessore dello strato bianco. Yuan et al. [4] hanno prefabbricato una struttura porosa nella mola, che favorisce lo scarico dei detriti di macinazione, riduce l'intasamento della mola, abbassa la temperatura di macinazione e migliora la qualità superficiale delle rotaie in acciaio lucidato. Wang et al. [5] hanno condotto uno studio sull'influenza della durezza della mola (N, R, P, T) sulla qualità superficiale delle rotaie in acciaio, e i risultati hanno mostrato che lo spessore dello strato bianco aumentava con l'aumentare della durezza della mola. Pertanto, una ragionevole regolazione della struttura della mola (pori, composizione abrasiva), della durezza, ecc. ha un effetto positivo sul miglioramento della bruciatura delle rotaie.

I risultati della ricerca sopra riportati indicano che i parametri di rettifica e le prestazioni della mola sono i due principali fattori che influenzano le bruciature delle rotaie. Per i veicoli di lucidatura esistenti sul percorso, è difficile apportare modifiche significative ai parametri operativi sulla struttura del veicolo esistente al fine di garantire l'efficienza della lucidatura. Pertanto, la progettazione e il controllo delle prestazioni della struttura della mola rappresentano uno dei modi efficaci per migliorare le bruciature delle rotaie. Wu et al. [7, 8] hanno impiantato blocchi prefabbricati di diamante brasati in una determinata disposizione nella mola, come mostrato in Figura 2 (a). I risultati della lucidatura mostrano che la mola composita può migliorare efficacemente l'efficienza della lucidatura delle rotaie, ridurre la rugosità superficiale della rotaia lucidata e migliorare le bruciature delle rotaie. Zhao Jinbo et al. [9] hanno legato CaF2 con polietereterchetone per formare blocchi di giunzione autolubrificanti e hanno preparato mole autolubrificanti inserendole nell'embrione della mola, come mostrato in Figura 2 (b). I risultati della rettifica mostrano che il blocco di giunzione autolubrificante può rilasciarsi continuamente all'interfaccia tra la mola e la rotaia man mano che la mola si usura, riducendo il calore di rettifica e migliorando la bruciatura delle rotaie. L'impianto di blocchi prefabbricati brasati, blocchi di giunzione autolubrificanti, ecc. nella matrice della mola determina una struttura irregolare della mola e introduce un'interfaccia a bassa resistenza (interfaccia matrice della mola/blocco di impianto), garantendo così le proprietà meccaniche (resistenza alla rotazione, equilibrio dinamico, ecc.) della mola abrasiva con struttura composita, rappresentando una sfida fondamentale. Wu et al. [10] hanno progettato una mola abrasiva CBN brasata con una fessura, come mostrato in Figura 2 (c), che ha migliorato la bruciatura dei pezzi ferroviari. Tuttavia, lo strato di brasatura utilizzato nella mola abrasiva presenta una scarsa resistenza all'usura durante il processo di rettifica delle rotaie e la durata utile della mola abrasiva è estremamente breve. Pertanto, una progettazione/regolazione ragionevole della struttura della mola ha un effetto positivo sulla riduzione del calore di macinazione e sul miglioramento delle bruciature delle rotaie, ma è un prerequisito che deve essere pienamente considerato per garantire che la mola abbia buone proprietà fisiche e chimiche e lavorabilità.

(a)Mola abrasiva pre-incastonata con blocco diamantato [7,8]

(b) Pietra di macinazione autolubrificante preimpostata[9](c)Pietra per rettifica strutturata a fessura [10]

Figura 2. Progettazione della struttura della mola

Riferimento

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Formazione di squat e presenza di due distinte classi di strato di incisione bianco sulla superficie dell'acciaio ferroviario[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Effetti dei segni di rettifica sui danni da fatica delle rotaie in condizioni di acqua[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Campo di temperatura e risposta del materiale in funzione dei parametri di rettifica delle rotaie[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Mole porose per alleviare la pre-fatica e aumentare l'efficienza di rimozione del materiale per la rettifica delle rotaie[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Effetti del materiale abrasivo e della durezza della mola sui comportamenti di rettifica delle rotaie[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Indagine sull'effetto della dimensione della grana abrasiva sui comportamenti di rettifica delle rotaie[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Mola per rettifica di rotaie ad alta efficienza e relativo metodo di produzione: Cina, CN 108453638 A[P]. 28-08-2018.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Caratteristiche di usura dei fogli di diamante brasati con diversi tempi di rettifica[J]. Usura, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Studio sulle caratteristiche di usura del foglio diamantato brasato per mola composita per rotaie sotto diverse pressioni[J]. Usura, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Influenza dei parametri di rettifica sulla temperatura superficiale e sui comportamenti di combustione della rotaia di rettifica[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.