연삭석의 연마제

일반적으로 사용되는 연마석은 코런덤계 연마재(지르코늄 코런덤, 브라운 코런덤, 화이트 코런덤 등, 그림 11 참조)[1,2], 일부 초경 연마재(CBN)[3] 및 SiC, WC 등이다. 다이아몬드와 전이금속 원소인 Fe는 강한 친화력을 가지고 있어 고온에서 연마할 경우 다이아몬드 표면층의 탄소원자가 sp3 혼성화 상태에서 sp2+ 2P1z 상태로 변하는 즉 다이아몬드 흑연화 현상이 발생하여 연마재의 연삭성능이 저하된다[4,5]. 이로 인해 연마재의 연삭성능이 저하되어 다이아몬드는 레일 연삭에 적합하지 않다. CBN 연마재는 강인성/인성, 고온 저항성, 내마모성, 우수한 열전도도, 강력한 연삭 능력을 가지고 있지만[6,7] CBN 연마재는 강인성/인성, 고온 저항성, 내마모성, 우수한 열전도도, 강력한 연삭 능력을 가지고 있지만, 입자 크기가 작고(최대 입자 크기가 500μm 미만) 가격이 비싸 이러한 거친 연삭 및 고하중 조건의 레일 연삭에서 연삭 성능의 장점을 반영하기 어렵고 연삭석 경제성이 좋지 않습니다. 코런덤 연마재는 우수한 내마모성, 강인성/인성, 절삭 능력, 저렴한 가격을 가지고 있으며, 고속, 고하중, 건식 연삭, 거친 입자 크기 및 기타 극한 작업 조건의 레일 연삭 등급에서 상당한 장점을 가지고 있습니다. 장우리[8] F16의 지르코늄 코런덤, 소성 갈색 코런덤, 백색 코런덤의 압축강도와 해당 연삭석의 연삭성능을 단축압축시험기를 이용하여 조사한 결과, 지르코늄 코런덤의 강도가 가장 높았고(308.0MPa), 다음으로 소성 갈색 코런덤(124.0MPa)이었으며 백색 코런덤(103.2MPa)이 가장 낮았고, 지르코늄, 소성 갈색 코런덤, 백색 코런덤 연삭석의 연삭비는 크기순으로 41.0, 22.4, 11.9였다. 따라서, 강하고/견고하며 화학적으로 안정한 코런덤 연마재, 특히 지르코늄 코런덤과 브라운 코런덤이 레일 연삭석 제조에 일반적으로 사용됩니다.[9,10,2] 따라서 레일 연삭 숫돌 제조에는 일반적으로 강하고/견고하며 화학적으로 안정한 코런덤 계열 연마재, 특히 지르코늄 코런덤과 브라운 코런덤이 사용됩니다. 현재 세계적인 고성능 지르코늄 코런덤 연마재 제련 기술은 프랑스 생고뱅(Saint-Gobain)을 비롯한 여러 기업이 선도하고 있습니다. 따라서 지르코늄 코런덤 제련의 핵심 기술 병목 현상을 극복하고 고성능(고인성, 내마모성, 내열성, 우수한 자체 예리도 등) 지르코늄 코런덤 연마재를 개발하는 것은 연삭석 성능 향상에 매우 중요합니다.

그림 1.지르코늄 코런덤 연마재[1]

그림 2. 백색 코런덤 연마재[1]

그림 3. 갈색 코런덤 연마재[1]

현재, 라인 레일 연삭용 연삭석은 다양한 입자 크기와 유형의 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 것으로 나타났습니다.종합적인 비교 결과에 따르면, 숫돌에 갈색 코런덤을 10%~30% 첨가하면 숫돌의 연삭 효율이 더욱 향상되고 숫돌 제조 비용도 절감되는 것으로 나타났습니다.Zhang 등[11]은 다양한 연삭 입자 크기(F10~F30)를 갖는 연삭석의 연삭 거동을 연구했으며, 특정 하중 하에서 연삭 입자 크기가 감소함에 따라 연삭석의 주요 연삭 메커니즘이 점차 미끄럼 마찰 및 쟁기질에서 절삭으로 바뀌고 연삭석의 연삭 성능과 연마된 레일의 표면 품질이 모두 향상되는 것으로 나타났습니다. 이후 연구에서 Zhang 등[1]은 지르코늄 코런덤, 갈색 코런덤 및 백색 코런덤 연마재의 기계적 특성과 해당 숫돌의 연삭 거동을 계속 연구했으며, 결과는 연마재의 기계적 특성이 숫돌의 연삭 성능에 영향을 미치는 근본적인 원인 중 하나임을 보여주었습니다.Wang 등[12] 연구 결과는 연삭석 연마재의 입자 크기가 감소함에 따라 연삭 진동이 증가함을 보여주었습니다.연삭석 연마재를 중심으로 많은 연구가 진행되었지만, 연마재 구조(형상, 종류, 입자 크기, 비율 등)가 연삭석의 물리적 및 화학적 특성(인성/인성, 강도, 내열성, 내마모성 등)과 서비스 성능(연삭량, 연삭 비율, 서비스 수명, 서비스 마일리지, 파손 메커니즘 및 연삭 후 레일 표면 품질)에 미치는 조절 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다.

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

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

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[4] 팽진(PENG Jin), 주원준(ZOU Wenjun). 유기연마도구[M]. 정저우: 정저우 대학 출판부, 102-244.

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. 연마재, 연마 도구 및 연삭 기술[M]. 2판. 베이징: 화학 산업 출판사, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen 등. 진공 소결로 제작된 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 거동에 대한 연마 입자 크기의 영향 조사[J]. 제조 공정 저널, 2020, 53: 388-395.

[8] ZHANG Wulin. 코런덤 연마재를 통한 고속철도 연삭석의 성능 조절 메커니즘에 관한 연구[D]. 청두: 서남교통대학교, 2021.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei 외. 레일 연삭의 사전 피로 완화 및 재료 제거 효율 향상을 위한 다공성 연삭 휠[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

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

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

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun 외. 레일 연삭 공정에서 연삭석의 입도가 연삭력 및 재료 제거에 미치는 영향[JJ]. 기계공학회 논문집, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2019, 233(2): 355-365.