맷돌의 연마재

연삭석에는 일반적으로 코런덤 ​​계열 연마재(지르코늄 코런덤, 갈색 코런덤, 흰색 코런덤 등 그림 11과 같음)[1,2], 일부 초경질 연마재(CBN)[3] 및 SiC, WC 등이 사용됩니다. 다이아몬드는 전이 금속 원소인 Fe와 강한 친화력을 가지고 있기 때문에 고온 연삭 시 다이아몬드 표면층의 탄소 원자 sp3 혼성 상태가 sp2+ 2P1z 상태로 변하는, 즉 다이아몬드 흑연화가 일어나 연마재의 연삭 성능이 저하됩니다[4,5]. 이로 인해 연마재의 연삭 성능이 저하되어 다이아몬드는 레일 연삭에 적합하지 않습니다. CBN 연마재는 강성/인성, 고온 저항성, 내마모성, 우수한 열전도율, 강력한 연삭 능력을 가지고 있지만[6,7] 입자 크기가 작고(최대 입자 크기가 500μm 미만), 가격이 높아 이러한 거친 연삭 및 고부하 조건의 레일 연삭에서 연삭 성능의 장점을 제대로 발휘하기 어렵고 연삭석 경제성이 떨어집니다. 반면, 커런덤 연마재는 내마모성, 강성/인성, 절삭 능력이 우수하고 가격이 저렴하여 고속, 고부하, 건식 연삭, 거친 입자 크기 등 극한 작업 조건의 레일 연삭에서 상당한 이점을 제공합니다. Zhang Wulin[8]은 단축 압축 시험 장치를 사용하여 지르코늄 코런덤, 소성 갈색 코런덤 및 백색 코런덤의 압축 강도와 해당 F16 연마석의 연삭 성능을 조사했으며 결과는 다음과 같습니다. 지르코늄 코런덤의 강도가 가장 높았고(308.0 MPa), 그 다음으로 소성 갈색 코런덤(124.0 MPa)이었으며 백색 코런덤(103.2 MPa)이 가장 낮았습니다. 지르코늄, 소성 갈색 코런덤 및 백색 코런덤 연마석의 연삭비는 크기 순서대로 41.0, 22.4 및 11.9였습니다. 따라서 강하고 질기며 화학적으로 안정적인 커런덤 연마재, 특히 지르코늄 커런덤과 갈색 커런덤이 철도 연삭석 제조에 일반적으로 사용됩니다.[9,10,2] 현재 고성능 지르코늄 커런덤 연마재 제련 기술은 프랑스의 생고뱅(Saint-Gobain)을 비롯한 여러 기업이 전 세계적으로 보유하고 있습니다. 따라서 지르코늄 커런덤 제련의 핵심 기술적 난관을 극복하고 고성능(높은 인성, 내마모성, 내열성, 우수한 자체 연마성 등) 지르코늄 커런덤 연마재를 개발하는 것은 연삭석 성능 향상에 매우 중요합니다.

그림 1.지르코늄 코런덤 연마제[1]

그림 2. 백색 코런덤 연마제[1]

그림 3. 갈색 코런덤 연마제[1]

현재 철도 레일 연삭용 연삭석은 다양한 입자 크기와 종류의 연마재를 혼합하여 제조됩니다. Wang 등[50]은 지르코늄 코런덤과 갈색 코런덤의 비율이 다른 연삭석의 연삭 성능을 연구했으며, 갈색 코런덤 함량이 증가함에 따라(0%~100%) 연삭석의 연삭량이 감소하는 것을 보여주었습니다. 종합적인 비교 결과에 따르면, 연삭석에 갈색 코런덤을 10%~30% 첨가하면 연삭 효율이 향상되고 제조 비용도 절감할 수 있습니다. Zhang 등[11]은 연마재 입자 크기가 다른(F10~F30) 연삭석의 연삭 거동을 조사했으며, 특정 하중 조건에서 연마재 입자 크기가 감소함에 따라 연삭석의 주요 연삭 메커니즘이 슬라이딩 마찰과 쟁기질에서 절삭으로 점차 변화하고, 연삭석의 연삭 성능과 연마된 레일의 표면 품질이 모두 향상되는 것을 보여주었습니다. 후속 연구에서 Zhang 등[1]은 지르코늄 코런덤, 갈색 코런덤, 흰색 코런덤 연마재의 기계적 특성과 해당 숫돌의 연삭 거동을 계속 연구했으며, 그 결과 연마재의 기계적 특성이 숫돌의 연삭 성능에 영향을 미치는 근본적인 요인 중 하나임을 보여주었습니다. Wang 등[12]의 연구 결과는 연삭석 연마재의 입자 크기가 감소함에 따라 연삭 진동이 증가함을 보여주었습니다. 연삭석 연마재에 대한 많은 연구가 진행되었음에도 불구하고, 연마재 구조(기하학적 형태, 종류, 입자 크기, 비율 등)가 연삭석의 물리화학적 특성(인성/강도, 내열성, 내마모성 등) 및 사용 성능(연삭량, 연삭 비율, 사용 수명, 주행 거리, 고장 메커니즘, 연삭 후 레일 표면 품질 등)에 미치는 영향의 조절 메커니즘은 여전히 ​​불분명합니다.

[1] ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie 등. 레일 연삭석의 연삭 성능에 대한 마모의 영향 조사[J]. 제조 공정 저널, 2021, 64: 493-507.

[2] WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu 등. 연삭 휠의 연마재 및 경도가 레일 연삭 거동에 미치는 영향[J]. 마모, 2020, 454-455: 203332.

[3] HUNAG Guigang. 레일 CBN 연삭 휠용 고속 연삭 시험대 설계 및 실험 연구[J]. 제조 자동화, 2020, 42(05): 88-91+122.

[4] PENG Jin, ZOU Wenjun. 유기 연마 도구[M]. 정저우: 정저우 대학 출판부, 102-244.

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. 연마재, 연마공구 및 연삭 기술[M]. 제2판. 베이징: 화학공업출판사, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen 등. 진공 소결로 제조된 다공성 금속 결합 CBN 연마 휠의 기공 구조 설계 및 연삭 성능[J]. 제조 공정 저널, 2019, 44: 125-132.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun 등. 레일 연삭 동작에 대한 연마 입자 크기의 영향 조사[J]. 제조 공정 저널, 2020, 53: 388-395.

[8] ZHANG Wulin. 고속철도 연삭석의 성능 조절 메커니즘에 관한 연구 (코런덤 연마재 사용)[D]. 청두: 서남교통대학교, 2021.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei 등. 레일 연삭 시 피로를 완화하고 재료 제거 효율을 높이기 위한 다공성 연삭 휠[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[10] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang 등. 다양한 전진 속도에서의 레일 연삭 중 재료 제거 메커니즘에 대한 실험적 조사 [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[11] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun 등. 레일 연삭 동작에 대한 연마 입자 크기의 영향 조사[J]. 제조 공정 저널, 2020, 53: 388-395.

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun 등. 레일 연삭 공정에서 연삭석의 입자 크기가 연삭력 및 재료 제거에 미치는 영향[JJ]. 기계공학회 논문집, J부: 공학 마찰학 저널, 2019, 233(2): 355-365.