Desafios da localização de pedras de moagem

A revisão acima sobre o estado atual da pesquisa em pedras de afiar, abordando aspectos como moldagem (matéria-prima e processo), métodos de avaliação de desempenho, queimaduras em trilhos, etc., resume que o projeto e a fabricação de pedras de afiar envolvem uma interação multidisciplinar (mecânica, materiais, etc.) e multifatorial (componentes, processos, interfaces, condições de trabalho, etc.), apresentando desafios técnicos complexos. Portanto, o texto a seguir resume as dificuldades e os desafios enfrentados no processo de pesquisa e desenvolvimento de pedras de afiar sob três aspectos: moldagem, comportamento da interface pedra/trilho e avaliação de desempenho (Figura 1), com o objetivo de fornecer algumas referências para cientistas e profissionais da área.

(1) Moldagem de pedra de moinho

O desempenho das pedras de afiar é afetado pela formulação (resina, carga, abrasivo, etc.), pelo processo de moldagem (mistura, cura, etc.), pela estrutura (porosidade e tamanho dos poros, concentração do abrasivo, etc.) e pela resistência de ligação das interfaces heterogêneas (resina/abrasivo, resina/carga, etc.), entre outros fatores, conforme ilustrado na Figura 1(a). Atualmente, o mecanismo de ligação da interface heterogênea do sistema abrasivo não está totalmente esclarecido; o mecanismo de regulação da tenacidade de ligação, da resistência térmica e da resistência ao desgaste proporcionado pelas cargas micro/nano ainda precisa ser elucidado; a complexidade da estrutura das pedras abrasivas e suas propriedades físico-químicas, bem como o mecanismo de impacto no desempenho em serviço, ainda não estão totalmente esclarecidos. As dificuldades científicas e técnicas acima mencionadas representam grandes obstáculos para a regulação do desempenho das pedras de afiar.

Yuan Yongjie [1] utilizou Abaqus e Python para estabelecer um modelo virtual de mó de moinho e realizou pesquisas relacionadas a mós de moinho por meio do método de cálculo de elementos finitos, o que representa uma importante inspiração para o projeto de mós de moinho com mais variáveis ​​e processos complexos. Portanto, no futuro, podemos utilizar elementos finitos e outros métodos para construir o modelo de mó de moinho de forma rápida e eficiente, e estabelecer um espectro mais preciso da relação de resposta sinérgica entre vários fatores para orientar o projeto de mós de moinho. Além disso, o modelo é justificado por uma grande quantidade de dados experimentais básicos.

(2) Comportamento da interface pedra abrasiva/trilho

A geometria e a orientação espacial do abrasivo são aleatórias, resultando em grandes diferenças no ângulo frontal do processo de retificação abrasiva (deslizamento, sulcamento, corte). Consequentemente, o papel de cada abrasivo no comportamento do material do trilho (força mecânica, temperatura de retificação, etc.) também é aleatório, o que gera diferenças no mecanismo de falha da pedra e no impacto sobre a qualidade da superfície do trilho. Idealmente, após muitos ciclos de abrasão, o abrasivo passa por um processo de autoafiação, permitindo o pleno desempenho de corte. O desgaste e o desprendimento da liga permitem que o abrasivo passivado se desprenda, promovendo a autoafiação da pedra de retificação. No entanto, o desgaste excessivo da liga resulta no desprendimento prematuro do abrasivo, reduzindo a taxa de utilização, a resistência ao desgaste e, consequentemente, a vida útil da pedra de retificação. Portanto, o desgaste e a autoafiação da pedra de retificação devem atingir um estado de equilíbrio para que ela apresente tanto um alto desempenho de corte quanto uma longa vida útil. Ao mesmo tempo, o desgaste da pedra de esmeril afeta diretamente a condição da aresta abrasiva e o ângulo de corte, o que, por sua vez, afeta o calor gerado pelo processo de esmerilhamento e a qualidade da superfície do trilho. Assim, observa-se que, no processo de esmerilhamento de trilhos, sob o acoplamento termomecânico da interface pedra de esmeril/trilho, a remoção de material e a falha da pedra de esmeril influenciam-se mutuamente e possuem uma relação estreita, o que, em última análise, afeta a qualidade da superfície do trilho após o esmerilhamento.

Atualmente, o mecanismo de interação entre a remoção de material e a falha da pedra de afiar no processo de retificação de trilhos, bem como sua influência na qualidade da superfície do trilho, ainda não estão claros, o que aumenta a dificuldade de projeto da pedra de afiar, conforme mostrado na Figura 1(b). Portanto, é importante estudar o mecanismo de remoção de material durante o processo de retificação de trilhos, o mecanismo de desgaste da pedra de afiar, a evolução da qualidade da superfície do trilho e construir o modelo de relação física entre a estrutura da pedra de afiar, suas propriedades mecânicas, seu desempenho de retificação, seu mecanismo de falha e a qualidade da superfície do trilho, o que é de grande valor para o projeto e fabricação de pedras de afiar.

(3) Avaliação do desempenho da pedra de moagem

A avaliação científica e abrangente do desempenho das pedras de afiar (especialmente a capacidade de moagem), da fórmula das pedras de afiar e do projeto do processo fornece uma referência importante. Atualmente, existem vários métodos para avaliar o desempenho das pedras de afiar, e há uma falta de padrões uniformes de avaliação para o desempenho dessas pedras, o que dificulta o compartilhamento dos resultados de pesquisas relacionadas a elas, como mostrado na Figura 1(c). Além disso, muitos pesquisadores realizam pesquisas relacionadas preparando mós de tamanho real, que possuem grandes dimensões, o que não é propício para a posterior caracterização e análise macro/microscópica, e não permite a obtenção de dados experimentais mais precisos. Isso resulta em resultados experimentais com orientações limitadas para a regulação do desempenho das pedras de afiar, reduzindo a eficiência da pesquisa e desenvolvimento, aumentando o custo da pesquisa e resultando em desperdício de energia e matéria-prima. Portanto, uma rota tecnológica de avaliação multidimensional pode ser adotada para projetar cientificamente o equipamento de avaliação de pedras de afiar e construir diretrizes de avaliação para o desempenho das pedras de afiar em várias dimensões, de modo a estabelecer as bases para a promoção do uso de pedras de afiar em linhas de transporte ferroviário.

Figo.1. Os principais problemas para o desenvolvimento de GS

(a) Formação de pedra de amolar [2,3,1]; (b) Relações entre mecanismos de remoção de material, mecanismos de desgaste da pedra de amolar e qualidade da superfície do trilho [4,5,6,7,8]; (c) Métodos de avaliação do desempenho da pedra de amolar [9,2,10].

[1] YUAN Yongjie. Os mecanismos regulatórios de desempenho da pedra de retificação de trilhos com estrutura porosa[J]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2021.

[2] ZHANG Wulin. Estudo sobre os mecanismos de regulação de desempenho de pedra de retificação de trilho de alta velocidade por meio de abrasivos de coríndon[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2021.

[3] ZHANG Pengfei, ZHANG Wulin, YUAN Yongjie, et al. Investigando o efeito do calor de retificação no mecanismo de remoção de material da retificação de trilhos[J]. Tribology International, 2020, 147:105942.

[4] JI Yuan, TIAN Changhai, PEI Dingfeng. Análise comparativa dos padrões chineses de rebolos ferroviários e padrões internacionais estrangeiros[J]. Controle de qualidade ferroviária, 2018, 46(9): 5-8.

[5] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Wenjian, et al. Influência da pressão de moagem no comportamento de remoção do material do trilho[J]. Tribology International, 2019, 134: 417-426.

[6] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang, et al. Investigação experimental sobre o mecanismo de remoção de material durante a retificação de trilhos em diferentes velocidades de avanço[J]. Tribology International, 2020, 143: 106040.

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun, et al. Investigando o efeito do tamanho do grão abrasivo no comportamento de retificação de trilhos[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[8] JOACHIM Mayer, ROBERT Engelhorn, ROSEMARIE Rot, et al. Características de desgaste de abrasivos de coríndon sol-gel reforçados com segunda fase[J]. Acta Materialia, 2006, 54(13): 3605-3615.

[9] XU Xiaotang. Estudo sobre o mecanismo de retificação de trilhos de alta velocidade[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2016.

[10] XU Xiaotang, WANG Hengyu, WU Lei, et al. Um estudo experimental sobre a retificação de trilhos de alta velocidade em condições úmidas[J]. Engenharia de Lubrificação, 2016, 41(11): 41-44.