Slefuirea șinei este un proces de îndepărtare a materialului prin rotirea discurilor de șlefuit. Kilometrajul de măcinare este destul de lung, utilizarea fluidului de tăiere nu numai că va crește costul de întreținere, dar va provoca și o poluare larg răspândită. Fără răcire și lubrifiere, căldura generată în procesul de șlefuire nu poate fi eliberată în timp, astfel încât arsurile șinei sunt adesea observate după procesele de șlefuire a șinei din cauza condițiilor uscate, a vitezei mari de rotație a roților de șlefuire (~3600 rpm) și a sarcinii de șlefuire (~2000 N) [1-4], așa cum este prezentat în Fig. Pentru a îmbunătăți în continuare eficiența de șlefuire și pentru a obține o bună integritate a suprafeței, proiectarea și fabricarea porilor în discurile de șlefuit este o modalitate economică și eficientă [5].
Fig.1.Măcinarea a provocat arsuri și straturi de gravare albă pe capul șinei.
Savanții chinezi au pregătit roți de șlefuire poroase și și-au caracterizat performanța de șlefuire pe o platformă proiectată de sine [5]. Se poate observa că odată ce porii au fost generați în discurile de șlefuire, rezistența maximă la compresiune s-a redus cu 35% de la 83,74 MPa la 54,53 MPa. Rezultatele experimentelor de șlefuire au prezentat că odată cu creșterea porozității discurilor de șlefuire, volumul de măcinare a fost ușor îmbunătățit, temperatura de șlefuire a scăzut și sarcina roții a fost redusă. Rezultatele indică faptul că discul de șlefuit cu porozitate mai mare deține o capacitate de auto-vestire mai bună, care beneficiază de a preveni încărcarea roții.
Fig. 2.Morfologia suprafeței roților de șlefuit înainte și după testare cu porozitate diferită: 8,12% (a) și (e), 15,81% (b) și (f), 18,60% (c) și (g) și 21,18% (d) și (h).
Stratul de gravare alb dur și casant s-a observat pe tot capul șinei de sol din cauza căldurii de măcinare, iar cel mai gros WEL a fost dat de cea mai mică porozitate a discurilor de șlefuit, așa cum este prezentat în Fig.3 și Fig.4. Sub WEL se află un strat de perlit deformat format prin deformarea sub forfecarea granulelor abrazive. Duritatea WEL este de 5,77 GPa, de aproximativ 2 ~ 3 ori mai dură decât matricea perlitei. Mulți cercetători au ajuns la concluzia că WEL are o relație strânsă cu fractura șinei [6-8]. Cauzate de tensiunile mixte de tracțiune și forfecare ale roților în timpul exploatării șinelor, pot apărea fisuri pe suprafață. Fisura formată s-ar propaga rapid prin stratul WEL datorită naturii sale fragile, se va extinde la interfața WEL și perlit sau chiar s-ar propaga în jos în matricea perlită formând defecte mai severe ale șinei[9]. Prin urmare, dur și fragil ar cauza defectarea prematură a șinei de sol și poate fi controlat eficient de porozitatea roților de șlefuit.
Fig. 3.Duritatea WEL și stratul deformat.
Fig. 4.OM a secțiunilor transversale ale terenului șinei prin diferite porozități ale roților de șlefuit: 8,12%(a), 15,81%(b), 18,60%(c) și 21,18%(d).
Mecanismul de șlefuire al discului de șlefuire cu structuri poroase poate fi ilustrat în Fig. 5. Datorită unghiului negativ mare de greblare și a unei densități relativ ridicate a granulației active, așchiile de măcinare se topesc mai întâi la o temperatură atât de ridicată și apoi se blochează pe suprafața roții, deteriorând capacitatea de șlefuire a discului de șlefuire și crescând căldura de măcinare. În contract, discul de șlefuit poros deține o capacitate mai bună de autoaderență și contribuie la o deteriorare mai ușoară a suprafeței șinei[8]. Pe de o parte, structurile porilor măresc spațiul dintre granulele abrazive care oferă spațiu suficient pentru depozitarea așchiilor și eliberarea căldurii. Așchiile pot fi ondulate în por și eliminate prin interacțiunea ulterioară a abrazivilor și pot transfera, de asemenea, o porțiune de căldură din zona de contact. Pe de altă parte, stresul și înălțimea proeminenței pentru fiecare granulație activă sunt mai mari decât roata de șlefuit obișnuită, ceea ce mărește grosimea așchiilor netăiate și reduc efectul de frecare între nisipul abraziv și suprafața șinei pentru a reduce oboseala prealabilă cauzată de șlefuirea șinei, așa cum sa discutat. Prin urmare, în funcție de performanța remarcabilă de șlefuire și, respectiv, de efectul de deteriorare mai mic asupra suprafeței șinei, roata de șlefuire cu structură poroasă are un potențial mare de a fi aplicată în tehnologia de șlefuire a șinei în condițiile sale de șlefuire de mare viteză și uscată.
Fig. 5.Mecanismul de șlefuire al discului de șlefuire cu structuri poroase.
Referințe
[1] Zhang W, Zhang P, Zhang J, Fan X, Zhu M. Sondarea efectului mărimii granulației abrazive asupra comportamentelor de șlefuire a șinei. J Manuf Process 2020;53:388–95.
[2] Lin B, Zhou K, Guo J, Liu QY, Wang WJ. Influența parametrilor de șlefuire asupra temperaturii suprafeței și a comportamentului de ardere a șinei de șlefuire. Tribol Int 2018;122:151–62.
[3] Zhou K, Ding HH, Wang WJ, Wang RX, Guo J, Liu QY. Influența presiunii de șlefuire asupra comportamentului de îndepărtare a materialului șinelor. Tribol Int 2019;134:417–26.
[4] Tawakoli T, Westkaemper E, Rabiey M. Măcinare uscată prin condiționare specială. Int J Adv Manuf Technol 2007;33:419–24.
[5] Yuan Y, Zhang W, Zhang P, Fan X, Zhu M. Roți de șlefuire poroase pentru atenuarea oboselii prealabile și creșterea eficienței de îndepărtare a materialului pentru șlefuirea șinei. Tribol Int 2021; 154: 106692.
[6] Magel E, Roney M, Kalousek J, Sroba P. Amestecarea teoriei și practicii în șlefuirea șinei moderne. Fatigue Fract Eng Mater Struct 2003;26:921–9.
[7] Cuervo PA, Santa JF, Toro A. Corelații între mecanismele de uzură și operațiunile de șlefuire a șinei într-o cale ferată comercială. Tribol Int 2015;82:265–73.
[8] Agarwal S. Despre mecanismul și mecanica încărcării pe roți în șlefuire. J Manuf Process 2019;41:36–47.
[9] Zhang ZY, Shang W, Ding HH, Guo J, Wang HY, Liu QY și colab. Model termic și câmp de temperatură în procesul de măcinare a șinei bazat pe o sursă de căldură în mișcare. Appl Therm Eng 2016;106:855–64.
