Spojivo brúsnych kotúčov

Spojivo hrá kľúčovú úlohu pri bezpečnom spájaní brúsnych častíc, čím zabezpečuje, že brúsny kameň má kľúčové mechanické vlastnosti, ako je pevnosť, húževnatosť, odolnosť proti opotrebovaniu a tepelná odolnosť. Poskytuje tiež potrebnú prídržnú silu brusivu počas procesu brúsenia. Existujú tri základné typy spojov brúsnych kameňov: na báze keramiky, kovu a živice. Keramické spoje sú známe svojimi stabilnými chemickými vlastnosťami a výnimočnou tepelnou odolnosťou. Avšak ich krehkosť a zlá tepelná vodivosť ich robí nevhodnými pre prísne podmienky brúsenia koľajníc, ktoré zahŕňajú vysoké rýchlosti, veľké zaťaženie, zvýšené teploty a intenzívne vibrácie. V súčasnosti nie sú hlásené žiadne prípady použitia brúsnych kameňov s keramickým spojivom pri brúsení koľajníc.

Materiály spájané kovom môžu brúsnym kameňom dodať vysokú pevnosť, vysokú tepelnú vodivosť a vysokú odolnosť proti opotrebovaniu. Jiang a kol. pripravené brúsne kamene na báze medi [1] a na báze železa [2] spájané kovom pomocou práškovej metalurgie. Experimenty s brúsením odhalili, že pomer brúsenia brúsneho kameňa na báze železa bol približne 15-krát vyšší ako pomer brúsneho kameňa na báze živice, dosahujúci až 686. Vysoká pevnosť kovového spojiva však sťažuje opotrebovanie spoja počas procesu brúsenia, čím sa obnažuje brusivo a má za následok slabé samoostrenie brúsneho kameňa. Okrem toho, keďže vagóny na brúsenie koľajníc nemajú podmienky na pasivačné brúsenie brúsnych kameňov, brúsne kamene na báze kovu nemajú výhodu pri operáciách brúsenia na linke. Okrem toho je teplota spekania brúsnych kameňov spájaných kovom vysoká, proces je zložitý, výrobné náklady sú vysoké a hospodárnosť brúsneho kameňa je nízka. V súčasnosti neexistujú žiadne prípady použitia brúsnych kameňov spájaných kovom pri linkovom brúsení. V budúcnosti sa výskum zameria na vyváženie sily a samoostrenie brúsnych kameňov na báze kovu, hľadanie nízkonákladových výrobných surovín a zefektívnenie výrobného procesu. Živicové spojivá, ktoré majú vysokú pevnosť, húževnatosť a nízke ceny surovín, spolu s jednoduchým lisovacím procesom, sú široko používané pri výrobe brúsnych materiálov. V súčasnosti sú mlecie kamene (aktívne brúsenie a vysokorýchlostné pasívne brúsenie) vybavené na koľajových brúsnych vozidlách pre železničné tranzitné trate v tuzemsku aj v zahraničí všetky brúsne kamene na báze živice [3,4]. Podmienky brúsenia koľajníc sú drsné a teplota brúsenia je v suchom stave brúsenia vysoká. Preto sa v mlecích kameňoch vo všeobecnosti používajú fenolové živice s vysokou teplotnou odolnosťou, dobrou priľnavosťou a ľahkým tvarovaním, ako aj novo modifikované odrody, ako sú epoxidové, polyvinylchloridové, polyamidové, polyvinyléterové, bismaleimidové a iné modifikované fenolové živice [5]. Bežne sa používajú aj polyfenoléterové živice a polyimidové živice s vyššou tepelnou odolnosťou a mechanickými vlastnosťami [6]. Zhang a kol. [4] študovali mlecie vlastnosti štyroch mlecích kameňov na báze fenolovej živice a zistili, že zabezpečenie pevnosti, húževnatosti a tepelnej odolnosti živice pri vysokých teplotách boli rozhodujúce faktory pre prípravu vysokovýkonných mlecích kameňov. Výsledky Zhang a kol. [7] ukázali, že brúsne kamene s nízkou pevnosťou (nízky obsah spojiva) mali dobré samoostrenie a veľký úber materiálu, ale boli náchylné na prepálenie koľajnice a mali slabú odolnosť proti opotrebovaniu. Naopak, brúsne kamene s vysokou pevnosťou (vysoký obsah spojiva) vykazovali dobrú odolnosť proti opotrebeniu a vysoký pomer brúsenia, ale slabú samoostriteľnosť. Zhang a kol. [8] navrhli, že rozpojenie rozhrania brusivo/spojivo bolo primárnym dôvodom predčasného odlupovania brusiva z hnedého taveného oxidu hlinitého, čo viedlo k nízkemu množstvu mletia a pomeru mletia. Tieto zistenia naznačujú, že pevnosť, húževnatosť, tepelná odolnosť a zmáčavosť živice na povrchu heterogénnych materiálov (brúsivá, plnivá atď.) priamo ovplyvňujú komplexné vlastnosti brúsneho kameňa. Preto má veľký vedecký význam vybrať živice s vysokou pevnosťou, húževnatosťou, odolnosťou proti tepelnému rozpadu a silnou zmáčavosťou a objasniť mechanizmus spájania živica/brúsivo, živica/plnivo a iné heterogénne rozhrania v systéme brúsnych kameňov.

[1]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang a kol. Mikroštruktúra a mechanické vlastnosti Cu-ZTA cermetu pripraveného vákuovým lisovaním za horúca [J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26530.

[2]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang a kol. Mikroštruktúra a mechanické vlastnosti cermetu Fe-ZTA pripraveného vákuovým spekaním lisovaným za tepla[J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26518.

[3]China Railways Corporation. Q/CR 1-2014. Podnikový štandard China Railway Corporation: Technické špecifikácie na obstaranie brúsneho kotúča pre brúsny vlak[S]. Peking: China Railway Publishing House Co, LTD, 2014: 1-13.

[4]JI Yuan. Systematická štúdia technológie hodnotenia brúsneho kotúča na brúsenie koľajníc[D]. Peking: Čínska akadémia železníc, 2019.

[5]ZHANG Guowen, JE Chunjiang, PEI Dingfeng. Štúdia o vplyve fenolovej živice na brúsny výkon koľajnicového brúsneho kotúča[J]. Kontrola kvality železníc, 2015, 43(02): 21-24.

[6]WU Leitao. Štúdia o vplyve prášku zo zliatiny medi a cínu na mechanické vlastnosti a brúsny výkon supertvrdých produktov živicového spojiva[D]. Zhengzhou: Henan University of Technology, 2011.

[7]ZHANG Wulin, FAN Xiaoqiang, ZHANG Pengfei a kol. Skúmanie účinku sily brúsenia kameňa na správanie pri brúsení koľajníc[J]. Tribology, 40(03): 385-394

[8]ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie a kol. Skúmanie vplyvu abrazívneho opotrebenia na brúsny výkon koľajnicových brúsnych kameňov[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64: 493-507.