Materiały ścierne kamienia szlifierskiego

Do szlifowania kamieni powszechnie stosuje się materiały ścierne z klasy korundu (korund cyrkonowy, korund brązowy, korund biały itp., jak na rysunku 11)[1,2], niektóre supertwarde materiały ścierne (CBN)[3] oraz SiC, WC itp. Ponieważ diament i pierwiastek metalu przejściowego Fe mają silne powinowactwo, więc podczas szlifowania wysokotemperaturowej warstwy powierzchniowej diamentu atom węgla ulega hybrydyzacji sp3 do stanu sp2+ 2P1z, czyli dochodzi do grafityzacji diamentu, co zmniejsza wydajność szlifowania ściernego[4,5]. Zmniejsza to wydajność szlifowania materiału ściernego, a zatem diament nie nadaje się do szlifowania szyn. Chociaż materiały ścierne CBN są mocne/wytrzymałe, odporne na wysoką temperaturę, zużycie, mają dobrą przewodność cieplną i silne zdolności szlifowania [6,7] Chociaż materiały ścierne CBN są mocne/wytrzymałe, odporne na wysoką temperaturę, zużycie, mają dobrą przewodność cieplną i silne zdolności szlifowania, ale ich rozmiar cząstek jest mały (największy rozmiar cząstki mniejszy niż 500 μm), wysoka cena, trudno jest odzwierciedlić zalety ich wydajności szlifowania w szlifowaniu szyn w tego rodzaju warunkach zgrubnego szlifowania i dużego obciążenia, a ekonomia kamienia szlifierskiego jest słaba. Materiały ścierne korundowe mają dobrą odporność na zużycie, wytrzymałość/wytrzymałość i zdolność cięcia, niski koszt, w klasie szlifowania szyn o dużej prędkości, dużym obciążeniu, szlifowaniu na sucho, grubym uziarnieniu i innych ekstremalnych warunkach pracy mają znaczące zalety. Zhang Wulin[8] Wytrzymałość na ściskanie korundu cyrkonowego, kalcynowanego korundu brązowego i korundu białego oraz wydajność szlifowania odpowiadających im kamieni szlifierskich F16 zostały zbadane przy użyciu jednoosiowego urządzenia testowego ściskania, a wyniki pokazały, że: wytrzymałość korundu cyrkonowego była najwyższa (308,0 MPa), następnie kalcynowanego korundu brązowego (124,0 MPa), a najniższa była korundu białego (103,2 MPa); a współczynniki szlifowania kamieni ściernych z cyrkonu, kalcynowanego korundu brązowego i korundu białego, w kolejności wielkości, wynosiły 41,0, 22,4 i 11,9; Dlatego też, mocne/wytrzymałe i chemicznie stabilne materiały ścierne korundowe, zwłaszcza korund cyrkonowy i korund brązowy, są powszechnie stosowane w produkcji kamieni szlifierskich do szyn.[9,10,2] Dlatego też, produkcja osełek do szlifowania szyn zazwyczaj wykorzystuje mocne/wytrzymałe i chemicznie stabilne materiały ścierne typu korundowego, zwłaszcza korund cyrkonowy i korund brązowy. Obecnie, globalna, wysokowydajna technologia wytopu korundu cyrkonowego jest opanowana przez francuski Saint-Gobain i inne przedsiębiorstwa. Dlatego też, przełamanie kluczowego wąskiego gardła technologicznego w wytopie korundu cyrkonowego i opracowanie wysokowydajnych (wysoka wytrzymałość, odporność na zużycie, odporność na ciepło, dobra samoostrzenie itp.) materiałów ściernych korundu cyrkonowego ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności kamienia szlifierskiego.

Rys. 1.Materiały ścierne korund cyrkonowy[1]

Rys. 2. Materiały ścierne korundowe białe[1]

Rys. 3. Materiały ścierne korundowe brązowe [1]

Obecnie kamienie szlifierskie do szlifowania szyn liniowych są produkowane z mieszanki materiałów ściernych o różnych rozmiarach i rodzajach ziaren. Wang i in. [50] badali wydajność szlifowania kamieni szlifierskich o różnych proporcjach korundu cyrkonowego i korundu brunatnego, a wyniki wykazały, że wraz ze wzrostem zawartości korundu brunatnego (0%~100%), objętość szlifowania kamieni szlifierskich zmniejszała się. Kompleksowe wyniki porównawcze wskazują, że dodanie 10%~30% korundu brunatnego do osełki może zapewnić, że osełka ma bardziej pożądaną wydajność szlifowania, a także zmniejszyć koszt produkcji osełki. Zhang i in. [11] badali zachowanie szlifowania kamieni szlifierskich o różnych rozmiarach ziarna ściernego (F10~F30), a wyniki wykazały, że pod pewnym obciążeniem, wraz ze zmniejszeniem rozmiaru ziarna ściernego, główny mechanizm szlifowania kamienia szlifierskiego stopniowo zmieniał się z tarcia ślizgowego i orania na cięcie, a wydajność szlifowania kamienia szlifierskiego i jakość powierzchni polerowanych szyn uległy poprawie. W kolejnych badaniach Zhang i in. [1] kontynuowali badanie właściwości mechanicznych materiałów ściernych z korundu cyrkonowego, korundu brązowego i korundu białego oraz zachowania szlifierskiego odpowiadającego im kamienia szlifierskiego, a wyniki wykazały, że właściwości mechaniczne materiałów ściernych były jednym z podstawowych powodów wpływających na wydajność szlifowania kamienia szlifierskiego. Wang i in. [12] Wyniki badań wykazały, że wibracje szlifowania wzrosły wraz ze zmniejszeniem wielkości ziarna materiału ściernego kamienia szlifierskiego. Chociaż przeprowadzono wiele prac badawczych dotyczących materiałów ściernych kamienia szlifierskiego, mechanizm regulacji struktury materiału ściernego (geometrii, typu, wielkości ziarna, stosunku itp.) na właściwości fizyczne i chemiczne kamienia szlifierskiego (wytrzymałość/udarność, wytrzymałość, odporność na ciepło, odporność na zużycie itp.) oraz wydajność eksploatacyjną (ilość szlifowania, stosunek szlifowania, żywotność, przebieg w trakcie eksploatacji, mechanizm awarii i jakość powierzchni szyny po szlifowaniu) jest nadal niejasny.

[1] ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie i in. Badanie wpływu zużycia ściernego na wydajność szlifowania kamieni szlifierskich do szyn [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64: 493-507.

[2] WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu i in. Wpływ materiału ściernego i twardości ściernicy na zachowanie się szyn podczas szlifowania [J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[3] HUNAG Guigang. Projekt i badanie eksperymentalne stanowiska testowego do szlifowania z dużą prędkością dla ściernicy CBN do szyn [J]. Automatyzacja produkcji, , 2020, 42(05): 88-91+122.

[4] PENG Jin, ZOU Wenjun. Organiczne narzędzia ścierne [M]. Zhengzhou: Zhengzhou University Press, 102-244.

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. Materiały ścierne, narzędzia ścierne i technologia szlifowania [M]. Wydanie drugie. Pekin: Chemical Industry Press, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen i in. Projektowanie struktury porów i wydajność szlifowania porowatych ściernic CBN wiązanych metalem, wytwarzanych metodą spiekania próżniowego [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2019, 44: 125-132.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun i in. Badanie wpływu wielkości ziarna ściernego na zachowanie się szyn podczas szlifowania [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[8] ZHANG Wulin. Badanie mechanizmów regulacji wydajności kamienia szlifierskiego w szybkich pociągach za pomocą materiałów ściernych korundowych [D]. Chengdu: Uniwersytet Południowo-Zachodniego Jiaotong, 2021.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei i in. Porowate ściernice w celu złagodzenia zmęczenia wstępnego i zwiększenia wydajności usuwania materiału podczas szlifowania szyn [J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[10] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang i in. Badania eksperymentalne mechanizmu usuwania materiału podczas szlifowania szyn przy różnych prędkościach do przodu [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[11] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun i in. Badanie wpływu wielkości ziarna ściernego na zachowanie się szyn podczas szlifowania [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun i in. Wpływ granulacji kamienia szlifierskiego na siłę szlifowania i usuwanie materiału w procesie szlifowania szyn [JJ]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, część J: Journal of Engineering Tribology, 2019, 233(2): 355-365.