A retificação de trilhos é um processo de remoção de material por meio da rotação de rebolos. A quilometragem de retificação é bastante longa, e o uso de fluido de corte não só aumenta o custo de manutenção, como também causa poluição generalizada. Sem resfriamento e lubrificação, o calor gerado no processo de retificação não pode ser liberado a tempo, portanto, queimaduras nos trilhos são frequentemente observadas após os processos de retificação devido às condições secas, à alta velocidade de rotação dos rebolos (~3600 rpm) e à carga de retificação (~2000 N) [1-4], conforme mostrado na Fig. 1. Para melhorar ainda mais a eficiência da retificação e obter boa integridade da superfície, projetar e fabricar poros nos rebolos é uma maneira econômica e eficaz [5].
Figura 1.A trituração causou queimaduras e camadas de corrosão branca no cabeçote do trilho.
Acadêmicos chineses prepararam rebolos porosos e caracterizaram seu desempenho de retificação em um equipamento autoprojetado [5]. Pode-se notar que, uma vez gerados os poros nos rebolos, a resistência à compressão máxima foi reduzida em 35%, de 83,74 MPa para 54,53 MPa. Os resultados dos experimentos de retificação mostraram que, com o aumento da porosidade dos rebolos, o volume de retificação foi ligeiramente melhorado, a temperatura de retificação diminuiu e a carga da roda foi reduzida. Os resultados indicam que o rebolo com maior porosidade possui uma melhor capacidade de autoendurecimento, o que beneficia a prevenção da carga da roda.
Figura 2.Morfologia da superfície de rebolos antes e depois do teste com diferentes porosidades: 8,12%(a) e (e), 15,81%(b) e (f), 18,60%(c) e (g) e 21,18%(d) e(h).
A camada de corrosão branca, dura e quebradiça, foi observada em todos os cabeçotes de trilho retificados devido ao calor de retificação, e as camadas de perlita mais espessas foram causadas pela menor porosidade das rodas de retificação, conforme mostrado nas Figuras 3 e 4. Abaixo da camada de perlita, há uma camada de perlita deformada formada pela deformação sob tensão de cisalhamento de grãos abrasivos. A dureza da camada de perlita é de 5,77 GPa, cerca de 2 a 3 vezes mais dura que a matriz de perlita. Muitos estudiosos concluíram que a camada de perlita tem uma relação próxima com a fratura do trilho [6-8]. Causadas por tensões mistas de tração e cisalhamento das rodas durante o serviço dos trilhos, rachaduras podem aparecer na superfície. A rachadura formada se propagaria rapidamente pela camada de perlita devido à sua natureza frágil, estenderia-se na interface da camada de perlita e perlita ou até mesmo se propagaria para dentro da matriz de perlita, formando defeitos mais severos no trilho [9]. Portanto, a dureza e a fragilidade causariam a falha prematura do trilho retificado e poderiam ser controladas de forma eficaz pela porosidade das rodas de retificação.
Figura 3.Dureza do WEL e da camada deformada.
Figura 4.OM das seções transversais do trilho retificado por diferentes porosidades das rodas de retificação: 8,12%(a), 15,81%(b), 18,60%(c) e 21,18%(d).
O mecanismo de retificação de um rebolo com estruturas porosas pode ser ilustrado na Figura 5. Devido ao alto ângulo de ataque negativo e à densidade de grãos ativos relativamente alta, os cavacos de retificação primeiro derretem sob uma temperatura tão alta e, em seguida, ficam presos na superfície do rebolo, deteriorando sua capacidade de retificação e aumentando o calor de retificação. Em contrapartida, o rebolo poroso possui uma melhor capacidade de autoendurecimento e contribui para danos mais brandos na superfície do trilho [8]. Por um lado, as estruturas porosas aumentam o espaço entre os grãos abrasivos, o que fornece espaço suficiente para armazenar os cavacos e liberar o calor. Os cavacos podem ser enrolados no poro e eliminados pela interação subsequente dos abrasivos, e também podem transferir uma parte do calor da zona de contato. Por outro lado, a tensão e a altura de protrusão para cada grão ativo são maiores do que em rebolos comuns, o que aumenta a espessura do cavaco não cortado e reduz o efeito de atrito entre o grão abrasivo e a superfície do trilho, reduzindo a pré-fadiga causada pela retificação do trilho, conforme discutido. Portanto, dependendo do excelente desempenho de retificação e, consequentemente, do menor efeito de dano na superfície do trilho, a roda de retificação com estrutura porosa tem grande potencial para ser aplicada na tecnologia de retificação de trilhos em sua condição de retificação a seco e de alta velocidade.
Figura 5.Mecanismo de moagem de rebolo com estruturas porosas.
Referências
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[3] Zhou K, Ding HH, Wang WJ, Wang RX, Guo J, Liu QY. Influência da pressão de retificação nos comportamentos de remoção de material ferroviário. Tribol Int 2019;134:417–26.
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[8] Agarwal S. Sobre o mecanismo e a mecânica da carga da roda na retificação. J Manuf Process 2019;41:36–47.
[9] Zhang ZY, Shang W, Ding HH, Guo J, Wang HY, Liu QY, et al. Modelo térmico e campo de temperatura no processo de retificação de trilhos com base em uma fonte de calor móvel. Appl Therm Eng 2016;106:855–64.
