Proiectarea structurii pietrei de șlefuit

Unul dintre principalele dezavantaje ale pietrelor de șlefuit produse pe plan intern în prezent este tendința de a arde șinele de oțel [1]. În timpul procesului de șlefuire a șinei, efectul de șlefuire al abrazivelor (alunecare, arat, tăiere) și frecarea dintre liant și interfața șinei sunt principalele surse de căldură de măcinare [3]. Sub efectul de cuplare al căldurii (căldura de măcinare) și al forței (forța mecanică), perlita din materialul șinei suferă o transformare a austenitei și ulterior formează martensită și ferită în timpul răcirii, rezultând o duritate mare și o structură de strat alb fragil. Fisurile parțiale se vor propaga la limita dintre stratul alb și perlită, cauzând defectarea prematură a șinei [1], așa cum se arată în Figura 1 (a). În timpul procesului de lustruire, suprafața șinei de oțel suferă diferite grade de oxidare, rezultând diferite culori ale șinei lustruite. Galbenul, albastrul și violetul sunt denumite în mod obișnuit „arsuri”. Lin şi colab. [9] a plasat un termocuplu semi artificial în șina de oțel pentru a monitoriza temperatura interfeței de lustruire în timp real sub diferiți parametri de lustruire. Ei au comparat temperatura de lustruire cu gradul de ardere pe suprafața șinei de oțel și au stabilit un model de relație între gradul de ardere (schimbarea culorii) și temperatura de lustruire, așa cum se arată în Figura 1 (b). Pe această bază, Zhou et al. [3] a stabilit un model de relație între temperatură și grosimea și gradul de ardere al stratului alb în timpul lustruirii șinei, oferind o nouă metodă de optimizare a parametrilor de lustruire a șinei, așa cum se arată în Figura 1 (c). Rezultatele cercetării de mai sus indică faptul că optimizarea parametrilor de măcinare și reducerea căldurii de măcinare sunt metode importante pentru îmbunătățirea arsurilor șinelor.

Figura.1 Stratul de ardere a șinei indusă de măcinare și de gravare albă （WEL）

Mulți oameni de știință explorează mecanismul arderii de măcinare a șinei din perspectiva designului pietrei de șlefuit. Rezultatele cercetării lui Zhang și colab. [2] indică faptul că piatra de șlefuit cu corindon alb are cea mai bună auto-ascuțire și cel mai semnificativ efect de șlefuire, rezultând cea mai ridicată temperatură de șlefuire și cea mai mare grosime a stratului alb. Yuan și colab. [4] a prefabricat o structură de pori în piatra de șlefuit, care este benefică pentru evacuarea resturilor de șlefuire, reduce blocarea pietrei de șlefuit, scade temperatura de șlefuire și îmbunătățește calitatea suprafeței șinei de oțel lustruit. Wang şi colab. [5] a realizat un studiu privind influența durității pietrei de șlefuit (N, R, P, T) asupra calității suprafeței șinelor de oțel, iar rezultatele au arătat că grosimea stratului alb a crescut odată cu creșterea durității pietrei de șlefuit. Prin urmare, o reglementare rezonabilă a structurii pietrei de șlefuit (pori, compoziție abrazivă), duritate etc. are un efect pozitiv asupra îmbunătățirii arsurilor șinei.

Rezultatele cercetării de mai sus indică faptul că parametrii de șlefuire și performanța pietrei de șlefuit sunt cei doi factori principali care afectează arsurile de șlefuire a șinei. Pentru vehiculele de lustruire existente pe traseu, este dificil să se facă ajustări semnificative ale parametrilor de funcționare pe structura vehiculului existent pentru a asigura eficiența lustruirii. Prin urmare, proiectarea și controlul performanței structurii pietrei de șlefuit este una dintre modalitățile eficiente de a îmbunătăți arsurile șinei. Wu şi colab. [7, 8] au implantat blocuri prefabricate de diamant lipite într-un anumit aranjament în piatra de șlefuit, așa cum se arată în Figura 2 (a). Rezultatele lustruirii arată că piatra de șlefuit compozită poate îmbunătăți eficient eficiența lustruirii șinei, poate reduce rugozitatea suprafeței șinei lustruite și poate îmbunătăți arsurile șinei. Zhao Jinbo și colab. [9] a lipit CaF2 cu polieteretercetonă pentru a forma blocuri de articulații auto-lubrifiante și a pregătit pietre de șlefuit auto-lubrifiante prin plasarea lor în embrionul de piatră de șlefuit, așa cum se arată în Figura 2 (b). Rezultatele șlefuirii arată că blocul de îmbinare auto-lubrifiant se poate elibera continuu la interfața dintre piatra de șlefuit și șină pe măsură ce piatra de șlefuit se uzează, reducând căldura de șlefuire și îmbunătățind arsurile șinei. Implantarea blocurilor prefabricate brazate, blocurilor de îmbinare auto-lubrifiante etc. în matricea pietrei de șlefuit are ca rezultat o structură neuniformă a pietrei de șlefuit și introduce o interfață de rezistență scăzută (interfață matrice de piatră de șlefuit/bloc de implant), asigurând astfel proprietățile mecanice (rezistența la rotație, echilibrul dinamic etc.) ale structurii compozite este o provocare cheie a pietrei de șlefuit. Wu şi colab. [10] a proiectat o roată abrazivă de șlefuit CBN lipită cu o fantă, așa cum se arată în Figura 2 (c), care a îmbunătățit arderea pieselor de șine. Cu toate acestea, stratul de lipire utilizat în piatra de șlefuit are o rezistență slabă la uzură în timpul procesului de șlefuire a șinei, iar durata de viață a pietrei de șlefuit este extrem de scurtă. Prin urmare, proiectarea/reglementarea rezonabilă a structurii pietrei de șlefuit are un efect pozitiv asupra reducerii căldurii de măcinare și îmbunătățirea arsurilor șinei, dar este o condiție prealabilă care trebuie luată în considerare pe deplin pentru a se asigura că piatra de șlefuit are proprietăți fizice și chimice bune și lucrabilitate.

(a) Piatră de șlefuit bloc de diamant prestabilită [7,8]

(b) Piatră de șlefuit bloc auto-lubrifiantă prestabilită[9](c) Piatră de șlefuit structurată cu fante [10]

Figura 2. Proiectarea structurii pietrei de șlefuit

Referinţă

[1]A Al-Juboori, DAVID Wexler, LI Huijun și colab. Formarea ghemuitului și apariția a două clase distincte de strat de gravare albă pe suprafața oțelului șinelor[J]. International Journal of Fatigue, 2017, 104: 52-60.

[2]GUO Shuai, ZHAO Xiangji, HE Chenggang și colab. Efectele semnelor de șlefuire asupra deteriorării prin oboseală a șinelor în condiții de apă[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(08): 889-895.

[3]36[3] ZHOU Kun, DING Haohao, Steenbergen Michaël și colab. Câmpul de temperatură și răspunsul materialului ca funcție a parametrilor de șlefuire a șinei[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 175: 12366.

[4]YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei și colab. Roți de șlefuit poroase pentru atenuarea oboselii prealabile și pentru creșterea eficienței de îndepărtare a materialului pentru șlefuirea șinei[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[5]WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu și colab. Efectele materialului abraziv și duritatea discului abraziv asupra comportamentelor de șlefuire a șinelor[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332.

[6]57[6] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun și colab. Sondarea efectului mărimii granulației abrazive asupra comportamentelor de șlefuire a șinelor[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 53: 388-395.

[7]XIAO Bing, XIAO Haozhong, XIAO Bo și colab. Disc abraziv pentru șlefuirea șinei de înaltă eficiență și metoda sa de fabricație: China, CN 108453638 A[P]. 28-08-2018.

[8]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong și colab. Caracteristicile de uzură ale foilor de diamant brazate cu timp de șlefuire diferit[J]. Wear, 2019, 432-433: 202942.

[9]WU Hengheng, XIAO Bing, XIAO Haozhong și colab. Studiu privind caracteristicile de uzură ale foii de diamant lipite pentru discul de șlefuit compozit al șinei sub diferite presiuni[J]. Wear, 2019, 424-425: 183-192.

[10]LIN Bin, ZHOU Kun, GUO Jun și colab. Influența parametrilor de șlefuire asupra temperaturii suprafeței și a comportamentului de ardere a șinei de șlefuire[J]. Tribology International, 2018, 122: 151-162.