Projeto estrutural da pedra de moagem

Uma das principais desvantagens das pedras de esmeril produzidas internamente atualmente é a tendência de queimar os trilhos de aço [1]. Durante o processo de esmerilhamento dos trilhos, o efeito abrasivo (deslizamento, sulcamento, corte) e o atrito entre o aglomerante e a interface do trilho são as principais fontes de calor de esmerilhamento [3]. Sob o efeito combinado de calor (calor de esmerilhamento) e força (força mecânica), a perlita no material do trilho sofre transformação austenítica e, subsequentemente, forma martensita e ferrita durante o resfriamento, resultando em uma estrutura de camada branca quebradiça e de alta dureza. Trincas parciais se propagam na interface entre a camada branca e a perlita, causando falha prematura do trilho [1], como mostrado na Figura 1 (a). Durante o processo de polimento, a superfície do trilho de aço sofre diferentes graus de oxidação, resultando em diferentes cores no trilho polido. Amarelo, azul e roxo são comumente referidos como "queimados". Lin et al. [9] colocaram um termopar semi-artificial no trilho de aço para monitorar a temperatura da interface de polimento em tempo real sob diferentes parâmetros de polimento. Eles compararam a temperatura de polimento com o grau de queimadura na superfície do trilho de aço e estabeleceram um modelo de relação entre o grau de queimadura (mudança de cor) e a temperatura de polimento, conforme mostrado na Figura 1 (b). Com base nisso, Zhou et al. [3] estabeleceram um modelo de relação entre a temperatura e a espessura e o grau de queima da camada branca durante o polimento do trilho, fornecendo um novo método para otimizar os parâmetros de polimento do trilho, conforme mostrado na Figura 1 (c). Os resultados da pesquisa acima indicam que a otimização dos parâmetros de retificação e a redução do calor de retificação são métodos importantes para melhorar as queimaduras do trilho.

Figura 1. Camada de corrosão branca induzida por retificação (WEL)

Muitos pesquisadores exploram o mecanismo de queimaduras por retificação de trilhos a partir da perspectiva do projeto da pedra de retificação. Os resultados da pesquisa de Zhang et al. [2] indicam que a pedra de retificação de coríndon branco possui a melhor autoafiação e o efeito de retificação mais significativo, resultando na maior temperatura de retificação e na maior espessura da camada branca. Yuan et al. [4] pré-fabricaram uma estrutura porosa na pedra de retificação, o que é benéfico para a remoção de detritos de retificação, reduz o bloqueio da pedra de retificação, diminui a temperatura de retificação e melhora a qualidade da superfície do trilho de aço polido. Wang et al. [5] conduziram um estudo sobre a influência da dureza da pedra de retificação (N, R, P, T) na qualidade da superfície dos trilhos de aço, e os resultados mostraram que a espessura da camada branca aumentou com o aumento da dureza da pedra de retificação. Portanto, a regulação adequada da estrutura da pedra de retificação (poros, composição abrasiva), dureza, etc., tem um efeito positivo na redução das queimaduras em trilhos.

Os resultados da pesquisa acima indicam que os parâmetros de retificação e o desempenho da pedra de retificação são os dois principais fatores que afetam as queimaduras de retificação dos trilhos. Para os veículos de polimento existentes na linha, é difícil fazer ajustes significativos nos parâmetros operacionais da estrutura existente do veículo para garantir a eficiência do polimento. Portanto, o projeto e o controle de desempenho da estrutura da pedra de retificação são uma das maneiras eficazes de melhorar as queimaduras dos trilhos. Wu et al. [7, 8] implantaram blocos pré-fabricados de diamante brasados ​​em um determinado arranjo na pedra de retificação, conforme mostrado na Figura 2 (a). Os resultados do polimento mostram que a pedra de retificação composta pode melhorar efetivamente a eficiência do polimento do trilho, reduzir a rugosidade da superfície do trilho polido e melhorar as queimaduras do trilho. Zhao Jinbo et al. [9] uniram CaF2 com poliéterétercetona para formar blocos de junta autolubrificantes e prepararam pedras de retificação autolubrificantes colocando-as no embrião da pedra de retificação, conforme mostrado na Figura 2 (b). Os resultados da retificação mostram que o bloco de junta autolubrificante pode liberar continuamente lubrificação na interface entre a pedra de retificação e o trilho à medida que a pedra se desgasta, reduzindo o calor da retificação e melhorando a resistência ao desgaste do trilho. A implantação de blocos pré-fabricados brasados, blocos de junta autolubrificantes, etc., na matriz da pedra de retificação resulta em uma estrutura irregular da pedra e introduz uma interface de baixa resistência (interface matriz da pedra de retificação/bloco implantado), sendo assim, garantir as propriedades mecânicas (resistência rotacional, equilíbrio dinâmico, etc.) da pedra de retificação com estrutura composta é um desafio fundamental. Wu et al. [10] projetaram uma roda de retificação abrasiva de CBN brasada com uma fenda, conforme mostrado na Figura 2 (c), que melhorou a resistência ao desgaste das peças do trilho. No entanto, a camada de brasagem usada na pedra de retificação apresenta baixa resistência ao desgaste durante o processo de retificação do trilho, e a vida útil da pedra de retificação é extremamente curta. Portanto, um projeto/regulamentação adequados da estrutura da pedra de moagem têm um efeito positivo na redução do calor da moagem e na melhoria das queimaduras nos trilhos, mas é um pré-requisito que deve ser totalmente considerado para garantir que a pedra de moagem tenha boas propriedades físicas e químicas e trabalhabilidade.

(a) Bloco de diamante pré-ajustado para moagem [7,8]

(b) Bloco de pedra de moagem autolubrificante pré-ajustado[9](c) Pedra de moagem com estrutura de fenda [10]

Figura 2. Projeto estrutural da pedra de moagem

Referência

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun, et al. Formação de Squat e ocorrência de duas classes distintas de camada de corrosão branca na superfície do aço do trilho[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang, et al. Efeitos das marcas de retificação no dano por fadiga de trilhos em condições de água[J]. Engenharia Mecânica da China, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël, et al. Campo de temperatura e resposta do material em função dos parâmetros de retificação de trilhos[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, et al. Rebolos porosos para aliviar a pré-fadiga e aumentar a eficiência de remoção de material na retificação de trilhos[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu, et al. Efeitos do material abrasivo e da dureza da rebolo no comportamento de retificação de trilhos[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] 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.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo, et al. Rebolo para retificação de trilhos de alta eficiência e seu método de fabricação: China, CN 108453638 A[P]. 2018-08-28.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Características de desgaste de chapas de diamante brasadas com diferentes tempos de retificação[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong, et al. Estudo sobre as características de desgaste da folha de diamante brasada para rebolo composto de trilho sob diferentes pressões[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun, et al. Influência dos parâmetros de retificação na temperatura da superfície e comportamentos de queima de trilhos de retificação[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.