列车轮轨摩擦和重载相互作用使钢轨造成损伤,常见的损伤形式有波磨、裂纹、肥边等。去除这些损伤的有效手段是利用砂轮打磨钢轨,目前我国钢轨打磨存在的两大难题:一是钢轨打磨用砂轮耐磨性差寿命短;二是打磨后的钢轨表面易出现烧伤。本文首次将钎焊金刚石工艺与现有的钢轨打磨用锆刚玉树脂砂轮制造工艺集成,开发新一代高性能复合砂轮,并进行钢轨打磨温度场仿真预测,减少钢轨打磨烧伤。本文完成的主要工作包括:(1)复合砂轮的研制。在树脂锆刚玉砂轮内部嵌入钎焊金刚石插片,制作一款钢轨打磨用新型复合砂轮。选择304不锈钢片为基体,采用Ni-Cr合金钎料和40/45目金刚石在真空炉中钎焊,制作的钎焊金刚石插片磨粒出露高度合理,钎料浸润爬升效果好。通过SEM和EDS对插片结合界面进行分析,发现结合面存在元素扩散现象,形成了牢固的冶金结合。(2)插片摆放角度与数量的确定。运用Workbench和matlab进行动力学仿真和金刚石磨粒轨迹分析,结果显示插片摆放角度与中心线呈45°时,钢轨打磨表面的磨粒轨迹均匀性更好。根据打磨试验,插片数量为8时在满足打磨性能要求的同时能减小砂轮高速旋转时内部应力,防止砂轮开裂。(3)复合砂轮性能试验。根据钢轨打磨现场多次试验发现,新型复合砂轮有效解决了钢轨打磨后表面烧伤的问题,单个砂轮可打磨钢轨130km,较国产树脂锆刚玉砂轮提高约44.4%。在钢轨打磨试验机上进行磨削温度试验,3.6bar气压下新型复合砂轮的磨削温度较国产砂轮下降8.2%,通过端面磨削工艺的特殊性解释了钢轨烧伤减少的原因。(4)温度场仿真研究。利用ANSYS软件对磨削试验温度进行仿真,得到不同磨削压力下,仿真结果与试验结果相比误差在10%左右,验证了有限元法仿真的可靠性。采用均匀热源模型和三角形热源模型,对树脂砂轮和新型复合砂轮打磨钢轨道岔温度场进行有限元仿真,仿真结果表明:两种热源模型下,新型复合砂轮打磨温度较树脂砂轮温度下降约10%;两种热源下进行仿真钢轨表面最高温度基本一致,但三角形热源模型的温升速度大于均匀热源模型的温升速度,且钢轨打磨时温度梯度均超过600℃/mm。