연삭석 현지화의 과제

숫돌 성형(원료 및 공정), 숫돌 성능 평가 방법, 레일 연소 등 숫돌 연구 현황을 위에서 검토한 결과, 숫돌의 설계 및 제조는 다학제적(역학, 재료, 역학 등), 다인자적(구성요소, 공정, 인터페이스, 작업 조건 등)이며, 복잡한 기술적 과제의 상호작용임을 알 수 있었습니다. 따라서 숫돌 연구 개발 과정에서 직면한 어려움과 과제를 숫돌 성형, 숫돌/레일 인터페이스 거동, 그리고 숫돌 성능 평가(그림 1)의 세 가지 측면에서 요약하여 관련 과학자와 실무자들에게 참고 자료를 제공하고자 합니다.

(1) 밀스톤 몰딩

숫돌의 성능은 그림 1(a)와 같이 조성(수지, 필러, 연마재 등), 성형 공정(혼합, 경화 등), 구조(기공률 및 기공 크기, 연마재 농도 등), 그리고 이종 계면(수지/연마재, 수지/필러 등)의 결합 강도 및 기타 요인에 의해 영향을 받습니다. 현재 연마 시스템의 이종 계면 결합 메커니즘은 명확하지 않습니다. 마이크로/나노 필러가 결합 인성, 내열성, 내마모성에 미치는 조절 메커니즘을 밝혀야 합니다. 복잡한 연마석 구조와 연마석의 물리적 및 화학적 특성, 그리고 서비스 성능에 미치는 영향 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 이러한 과학적 및 기술적 어려움은 연삭석의 성능 조절에 큰 어려움을 초래합니다.

Yuan Yongjie [1]는 Abaqus와 Python을 활용하여 가상 밀스톤 모델을 구축하고 유한 요소 계산법을 통해 밀스톤 관련 연구를 수행했습니다. 이는 변수가 많고 공정이 복잡한 밀스톤 설계에 중요한 영감을 주었습니다. 따라서 앞으로 유한 요소 및 기타 방법을 사용하여 밀스톤 모델을 빠르고 효율적으로 구축하고 다양한 요인 간의 시너지 반응 관계에 대한 더욱 정교한 스펙트럼을 확립하여 밀스톤 설계를 안내할 수 있습니다. 또한 이 모델은 방대한 기초 실험 데이터를 통해 입증되었습니다.

(2) 연마석/레일 계면 거동

연마재의 형상과 공간적 배향은 무작위성을 가지며, 이는 연마재 연삭(슬라이딩, 쟁기질, 절삭) 공정의 전면 각도에 ​​큰 차이를 초래합니다. 따라서 각 연마재가 레일 재료 거동(기계적 힘, 연삭 온도 등)에 미치는 영향 또한 무작위적이며, 이로 인해 연삭석의 파손 메커니즘과 레일 표면 품질에 미치는 영향에도 차이가 발생합니다. 이상적으로는 여러 번의 연마 사이클 후 연마재가 자체 연삭 과정을 거쳐 절삭 기능을 최대한 발휘하도록 합니다. 본드 마모 및 탈락을 통해 부동태화된 연마재가 떨어져 연삭석이 자체 연삭됩니다. 하지만 본드의 과도한 마모는 연마재의 조기 탈락을 초래하여 연삭석의 사용률을 감소시키고, 연삭석의 내마모성을 저하시켜 수명을 단축시킵니다. 따라서 연삭석의 강력한 절삭 성능과 긴 수명을 보장하기 위해서는 연삭석의 마모 및 자체 연삭이 균형 잡힌 상태에 도달해야 합니다. 동시에, 연삭숫돌의 마모는 연삭날 상태와 절삭각에 직접적인 영향을 미치며, 이는 연삭 공정의 연삭열과 레일 표면 품질에 영향을 미칩니다. 따라서 레일 연삭 공정에서 연삭숫돌/레일 계면의 열-기계적 결합 하에 재료의 제거와 연삭숫돌의 파손은 서로 영향을 미치며 밀접한 관계를 가지며, 궁극적으로 연삭 후 레일의 표면 품질에 영향을 미칩니다.

현재 레일 연삭 공정에서 재료 제거와 숫돌 파손 간의 상호작용 메커니즘과 레일 표면 품질에 미치는 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 이는 그림 1(b)에서 볼 수 있듯이 숫돌의 설계 난이도를 높입니다. 따라서 레일 연삭 공정 중 재료 제거 메커니즘, 숫돌의 마모 메커니즘, 레일 표면 품질의 변화, 그리고 숫돌 구조 - 숫돌의 기계적 특성 - 연삭 성능 - 숫돌 파손 메커니즘 - 레일 표면 품질의 물리적 관계 모델을 구축하는 것이 중요합니다. 이는 숫돌의 설계 및 제조에 매우 중요한 가치를 지닙니다.

(3) 연삭석 성능 평가

연삭석 성능(특히 연삭 용량), 연삭석 배합, 공정 설계에 대한 과학적이고 포괄적인 평가는 중요한 참고 자료를 제공합니다. 현재 숫돌의 성능을 평가하는 다양한 방법이 있지만, 숫돌 성능에 대한 통일된 평가 기준이 부족하여 그림 1(c)에서 볼 수 있듯이 숫돌 관련 연구 결과를 공유하기가 어렵습니다. 한편, 현재 많은 연구자들이 실제 크기의 밀스톤을 제작하여 관련 연구를 수행하고 있는데, 이 밀스톤은 크기가 커서 이후 거시/미시 특성 분석에 적합하지 않고, 더 정밀한 실험 데이터를 얻을 수 없습니다. 결과적으로 밀스톤의 실험 결과는 밀스톤 성능 규정에 대한 지침이 제한되어 밀스톤의 연구 개발 효율성을 저하시키고 연구 비용을 증가시키며 에너지와 원자재의 낭비를 초래합니다. 따라서 다차원 평가 기술 경로를 채택하여 연삭석 평가 장비를 과학적으로 설계하고 다양한 차원에서 연삭석 성능에 대한 평가 지침을 구축함으로써 철도 교통 노선에서 연삭석을 보급하는 토대를 마련할 수 있다.

무화과.1 GS 개발의 핵심 문제

(a) 연삭석 형성 [2,3,1]; (b) 재료 제거 메커니즘, 연삭석 마모 메커니즘 및 레일 표면 품질 간의 관계 [4,5,6,7,8]; (c) 연삭석 성능 평가 방법 [9,2,10].

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