연마석 위치 파악의 어려움

위에서 살펴본 바와 같이 숫돌의 제조 현황은 숫돌 성형(원료 및 공정), 숫돌 성능 평가 방법, 레일 마모 등 다양한 측면에서 분석되었으며, 이를 통해 숫돌의 설계 및 제조는 역학, 재료, 역학 등 여러 학문 분야와 구성 요소, 공정, 인터페이스, 작업 조건 등 다양한 요인이 복합적으로 작용하는 복잡한 기술적 과제임을 알 수 있습니다. 따라서, 관련 학자 및 실무자들에게 참고 자료를 제공하기 위해 숫돌 성형, 숫돌/레일 인터페이스 거동, 숫돌 성능 평가의 세 가지 측면에서 숫돌 연구 개발 과정에서 직면하는 어려움과 과제를 정리하여 제시하고자 합니다(그림 1).

(1) 밀스톤 몰딩

숫돌의 성능은 조성(수지, 충전제, 연마재 등), 성형 공정(혼합, 경화 등), 구조(다공성 및 기공 크기, 연마재 농도 등), 그리고 이종 계면(수지/연마재, 수지/충전제 등)의 결합 강도 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다(그림 1(a) 참조). 현재 연마재 시스템의 이종 계면 결합 메커니즘은 명확히 밝혀지지 않았으며, 미세/나노 충전제가 결합 인성, 내열성, 내마모성에 미치는 영향 메커니즘 또한 규명되어야 합니다. 또한, 복잡한 숫돌 구조와 숫돌의 물리화학적 특성, 그리고 이러한 특성이 사용 성능에 미치는 영향 메커니즘도 아직 명확하지 않습니다. 이러한 과학적, 기술적 어려움은 숫돌 성능 조절에 큰 어려움을 초래합니다.

Yuan Yongjie[1]는 Abaqus와 Python을 이용하여 가상 맷돌 모델을 구축하고 유한 요소 계산법을 통해 맷돌 관련 연구를 수행했는데, 이는 변수가 많고 과정이 복잡한 맷돌 설계에 중요한 영감을 주었습니다. 따라서 앞으로 유한 요소법 등을 이용하여 맷돌 모델을 빠르고 효율적으로 구축하고, 다양한 요인 간의 시너지 반응 관계를 더욱 세밀하게 파악하여 맷돌 설계에 활용할 수 있을 것입니다. 또한, 이 모델은 방대한 기초 실험 데이터를 통해 검증되었습니다.

(2) 연마석/레일 계면 거동

연마재의 기하학적 형상과 공간적 방향은 무작위성을 띠므로 연마 연삭(미끄러짐, 긁힘, 절삭) 과정의 전면 각도에 ​​큰 차이가 발생합니다. 따라서 레일 재료의 거동(기계적 힘, 연삭 온도 등)에 대한 각 연마재의 역할 또한 무작위적이며, 결과적으로 연삭석의 파손 메커니즘과 레일 표면 품질에 미치는 영향에도 차이가 생깁니다. 이상적인 경우, 연마재는 여러 번의 마모 및 자가 연마 과정을 거친 후 절삭 기능을 최대한 발휘합니다. 결합재의 마모와 탈락으로 인해 부동태화된 연마재가 떨어져 나가면서 연삭석이 자가 연마됩니다. 그러나 결합재의 과도한 마모는 연마재의 조기 탈락을 초래하고 연마재 이용률을 감소시키며 연삭석의 내마모성을 저하시켜 수명을 단축시킵니다. 따라서 연삭석의 마모와 자가 연마는 균형 상태에 도달해야 연삭석의 강력한 절삭 성능과 긴 수명을 모두 확보할 수 있습니다. 동시에, 연삭석의 마모는 연마날 상태와 절삭각에 직접적인 영향을 미치며, 이는 다시 연삭 공정의 연삭열과 레일 표면 품질에 영향을 줍니다. 따라서 레일 연삭 과정에서 연삭석/레일 계면의 열-기계적 결합 하에서 재료 제거와 연삭석의 파손은 서로 영향을 미치고 밀접한 관계를 가지며, 궁극적으로 연삭 후 레일 표면 품질에 영향을 준다는 것을 알 수 있습니다.

현재 레일 연삭 공정에서 재료 제거와 숫돌 파손 사이의 상호 작용 메커니즘 및 이것이 레일 표면 품질에 미치는 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않아 숫돌 설계의 난이도를 높이고 있습니다(그림 1(b) 참조). 따라서 레일 연삭 공정 중 재료 제거 메커니즘, 숫돌 마모 메커니즘, 레일 표면 품질의 변화를 연구하고, 숫돌 구조 - 숫돌 기계적 특성 - 연삭 성능 - 숫돌 파손 메커니즘 - 레일 표면 품질 간의 물리적 관계 모델을 구축하는 것은 숫돌 설계 및 제조에 매우 중요한 의미를 갖습니다.

(3) 연삭석 성능 평가

숫돌 성능(특히 분쇄 능력), 숫돌 배합, 공정 설계에 대한 과학적이고 종합적인 평가는 중요한 참고 자료를 제공합니다. 현재 숫돌 성능 평가 방법은 다양하지만, 통일된 평가 기준이 부족하여 숫돌 관련 연구 결과를 공유하기 어렵습니다(그림 1(c) 참조). 또한, 현재 많은 연구자들이 실물 크기의 숫돌을 제작하여 연구를 진행하고 있는데, 이는 크기가 커서 후속적인 거시/미시적 특성 분석에 어려움이 있고, 정밀한 실험 데이터를 얻기 어렵습니다. 결과적으로 숫돌 성능 조절에 대한 실질적인 지침을 제공하지 못하여 숫돌 연구 개발 효율을 저하시키고, 연구 비용을 증가시키며, 에너지와 원자재 낭비를 초래합니다. 따라서, 다차원적 평가 기술을 활용하여 연삭석 평가 장비를 과학적으로 설계하고 다양한 차원에서 연삭석 성능 평가 지침을 구축함으로써 철도 운송 노선에서 연삭석의 활용을 촉진하는 토대를 마련할 수 있다.

무화과.1. GS 개발의 주요 문제점

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

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