สารขัดถูของหินเจียร

โดยทั่วไปแล้วหินเจียรจะใช้สารขัดถูในกลุ่มคอรันดัม (เช่น เซอร์โคเนียมคอรันดัม คอรันดัมสีน้ำตาล คอรันดัมสีขาว เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 11)[1,2] รวมถึงสารขัดถูที่แข็งมากบางชนิด (CBN)[3] และ SiC, WC เป็นต้น เนื่องจากเพชรและธาตุเหล็ก (Fe) มีความสัมพันธ์กันอย่างมาก ดังนั้นในการเจียรที่อุณหภูมิสูง อะตอมคาร์บอนในชั้นผิวของเพชรจะเปลี่ยนสถานะการผสมแบบ sp3 เป็น sp2+ 2P1z ซึ่งก็คือการเกิดกราไฟต์ในเพชร ทำให้ประสิทธิภาพการเจียรลดลง[4,5] ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเจียรลดลง และเพชรจึงไม่เหมาะสำหรับการเจียรรางรถไฟ แม้ว่าสารขัดถู CBN จะแข็งแรง/เหนียว ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ มีการนำความร้อนที่ดี และมีความสามารถในการบดสูง[6,7] แต่ขนาดอนุภาคเล็ก (ขนาดอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดน้อยกว่า 500 μm) ราคาสูง ทำให้ยากที่จะสะท้อนข้อดีของประสิทธิภาพการบดในงานบดรางรถไฟประเภทที่มีการบดหยาบและรับน้ำหนักมาก และความคุ้มค่าของหินบดก็ไม่สูง ในทางกลับกัน สารขัดถูคอรันดัมมีความทนทานต่อการสึกหรอดี แข็งแรง/เหนียว และมีความสามารถในการตัดสูง ต้นทุนต่ำ จึงมีข้อได้เปรียบอย่างมากในงานบดรางรถไฟประเภทความเร็วสูง รับน้ำหนักมาก การบดแห้ง ขนาดเม็ดหยาบ และสภาวะการทำงานที่รุนแรงอื่นๆ Zhang Wulin[8] ได้ทำการตรวจสอบความแข็งแรงในการรับแรงอัดของเซอร์โคเนียมคอรันดัม คอรันดัมสีน้ำตาลเผา และคอรันดัมสีขาว รวมถึงประสิทธิภาพการบดของหินบด F16 ที่เกี่ยวข้อง โดยใช้อุปกรณ์ทดสอบแรงอัดแบบแกนเดียว และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า: ความแข็งแรงของเซอร์โคเนียมคอรันดัมสูงที่สุด (308.0 MPa) รองลงมาคือคอรันดัมสีน้ำตาลเผา (124.0 MPa) และต่ำที่สุดคือคอรันดัมสีขาว (103.2 MPa); และอัตราส่วนการบดของหินบดเซอร์โคเนียม คอรันดัมสีน้ำตาลเผา และคอรันดัมสีขาว เรียงตามลำดับขนาด คือ 41.0, 22.4 และ 11.9 ตามลำดับ ดังนั้น สารขัดถูคอรันดัมที่แข็งแรง/ทนทานและมีเสถียรภาพทางเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซอร์โคเนียมคอรันดัมและคอรันดัมสีน้ำตาล จึงนิยมใช้ในการผลิตหินลับคมรางรถไฟ[9,10,2] ด้วยเหตุนี้ การผลิตหินลับคมรางรถไฟจึงมักใช้สารขัดถูประเภทคอรันดัมที่แข็งแรง/ทนทานและมีเสถียรภาพทางเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซอร์โคเนียมคอรันดัมและคอรันดัมสีน้ำตาล ปัจจุบัน เทคโนโลยีการถลุงเซอร์โคเนียมคอรันดัมประสิทธิภาพสูงระดับโลกนั้นถูกควบคุมโดยบริษัท Saint-Gobain ของฝรั่งเศสและบริษัทอื่นๆ ดังนั้น การก้าวข้ามอุปสรรคทางเทคโนโลยีที่สำคัญของการถลุงเซอร์โคเนียมคอรันดัมและการพัฒนาสารขัดถูเซอร์โคเนียมคอรันดัมที่มีประสิทธิภาพสูง (ความเหนียวสูง ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานความร้อน ความคมในตัวที่ดี ฯลฯ) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของหินลับคม

รูปที่ 1.สารขัดถูเซอร์โครันดัม[1]

รูปที่ 2. สารขัดถูคอรันดัมสีขาว[1]

รูปที่ 3. สารขัดถูคอรันดัมสีน้ำตาล[1]

ปัจจุบัน หินลับคมสำหรับรางรถไฟผลิตขึ้นโดยใช้ส่วนผสมของสารขัดถูที่มีขนาดและชนิดของเม็ดแตกต่างกัน Wang et al.[50] ศึกษาประสิทธิภาพการลับคมของหินลับคมที่มีอัตราส่วนของเซอร์โคเนียมคอรันดัมและคอรันดัมสีน้ำตาลแตกต่างกัน และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณคอรันดัมสีน้ำตาลเพิ่มขึ้น (0%~100%) ปริมาณการลับคมของหินลับคมจะลดลง ผลการเปรียบเทียบโดยรวมแสดงให้เห็นว่าการเติมคอรันดัมสีน้ำตาล 10%~30% ลงในหินลับคมสามารถทำให้หินลับคมมีประสิทธิภาพการลับคมที่ดีขึ้นและยังช่วยลดต้นทุนการผลิตของหินลับคมอีกด้วย Zhang et al.[11] ได้ทำการตรวจสอบพฤติกรรมการเจียรของหินเจียรที่มีขนาดเม็ดขัดต่างกัน (F10~F30) และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าภายใต้ภาระที่กำหนด เมื่อขนาดเม็ดขัดลดลง กลไกการเจียรหลักของหินเจียรจะค่อยๆ เปลี่ยนจากแรงเสียดทานแบบเลื่อนและการไถไปเป็นการตัด และประสิทธิภาพการเจียรของหินเจียรและคุณภาพพื้นผิวของรางที่ขัดเงาก็ดีขึ้นทั้งคู่ ในการศึกษาต่อมา Zhang et al.[1] ได้ศึกษาคุณสมบัติทางกลของสารขัดถูเซอร์โคเนียมคอรันดัม คอรันดัมสีน้ำตาล และคอรันดัมสีขาว และพฤติกรรมการเจียรของหินลับมีดที่เกี่ยวข้อง และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกลของสารขัดถูเป็นหนึ่งในเหตุผลพื้นฐานที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเจียรของหินลับมีด Wang et al.[12] ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนของการเจียรเพิ่มขึ้นเมื่อขนาดเม็ดขัดของหินเจียรลดลง แม้ว่าจะมีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับสารขัดถูในหินเจียร แต่กลไกการควบคุมโครงสร้างของสารขัดถู (รูปทรง ประเภท ขนาดเม็ด อัตราส่วน ฯลฯ) ที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของหินเจียร (ความเหนียว/ความทนทาน ความแข็งแรง ความทนทานต่อความร้อน ความทนทานต่อการสึกหรอ ฯลฯ) และประสิทธิภาพการใช้งาน (ปริมาณการเจียร อัตราส่วนการเจียร อายุการใช้งาน ระยะทางในการใช้งาน กลไกการชำรุด และคุณภาพของพื้นผิวรางหลังการเจียร) ยังคงไม่ชัดเจน

[1] ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie และคณะ การตรวจสอบผลกระทบของการสึกหรอของสารขัดถูต่อประสิทธิภาพการเจียรของหินเจียรราง[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2021, 64: 493-507

[2] WANG Ruixiang, ZHOU Kun, YANG Jinyu และคณะ ผลกระทบของวัสดุขัดและความแข็งของล้อเจียรต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. Wear, 2020, 454-455: 203332

[3] HUNAG Guigang. การออกแบบและการศึกษาเชิงทดลองของแท่นทดสอบการเจียรความเร็วสูงสำหรับล้อเจียร CBN ราง[J]. ระบบอัตโนมัติการผลิต, 2020, 42(05): 88-91+122.

[4] เผิง จิน, ซู เหวินจุน เครื่องมือขัดถูออร์แกนิก[M] เจิ้งโจว: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเจิ้งโจว, 102-244

[5] LI Boming, ZHAO Bo, LI Qing. วัสดุขัด, เครื่องมือขัด และเทคโนโลยีการเจียร[M]. ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง. ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์อุตสาหกรรมเคมี, 2016, 45-270.

[6] ZHAO Biao, DING Wenfeng, CHEN Zhenzhen และคณะ การออกแบบโครงสร้างรูพรุนและประสิทธิภาพการเจียรของล้อขัด CBN ที่ยึดด้วยโลหะพรุนที่ผลิตโดยการเผาผนึกสุญญากาศ[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2019, 44: 125-132

[7] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun และคณะ การตรวจสอบผลกระทบของขนาดเม็ดขัดต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2020, 53: 388-395

[8] ZHANG Wulin. การศึกษาเกี่ยวกับกลไกการควบคุมประสิทธิภาพของหินเจียรรางรถไฟความเร็วสูงโดยใช้สารกัดกร่อนคอรันดัม[D]. เฉิงตู: มหาวิทยาลัย Southwest Jiaotong, 2021.

[9] YUAN Yongjie, ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei และคณะ ล้อเจียรพรุนเพื่อบรรเทาความล้าก่อนและเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดวัสดุสำหรับการเจียรราง[J]. Tribology International, 2021, 154: 106692

[10] ZHOU Kun, DING Haohao, WANG Ruixiang และคณะ การตรวจสอบเชิงทดลองเกี่ยวกับกลไกการกำจัดวัสดุระหว่างการเจียรรางรถไฟที่ความเร็วเดินหน้าต่างกัน [J]. Tribology International, 2020, 143: 106040

[11] ZHANG Wulin, ZHANG Pengfei, ZHANG Jun และคณะ การตรวจสอบผลกระทบของขนาดเม็ดขัดต่อพฤติกรรมการเจียรราง[J]. วารสารกระบวนการผลิต, 2020, 53: 388-395

[12] WANG Wenjian, GU Kaikai, ZHOU Kun และคณะ อิทธิพลของขนาดเม็ดหินเจียรต่อแรงเจียรและการกำจัดวัสดุในกระบวนการเจียรราง[JJ] วารสารของสถาบันวิศวกรเครื่องกล ส่วนที่ J: วารสารวิศวกรรมไตรโบโลยี 2019, 233(2): 355-365