钢轨经过长期反复的碾压,表面会出现各种损伤。如果不能得到预防或及时清除,将会给列车运行带来很大的安全隐患。“铣磨”是目前最常用的钢轨修复方式。然而,铣刀盘价格十分昂贵以及普通刚玉砂轮在干磨削条件下容易造成钢轨表面烧伤。所以一种新的高效低成本的钢轨修复方法亟待开发。本课题旨在提出一种新的修复方法,以代替铣刀盘和普通刚玉砂轮修复钢轨,同时满足铣刀盘的大切深以及普通刚玉砂轮磨削精度的要求。本文首先设计开发了一种开槽单层钎焊CBN砂轮,并采用与非开槽单层钎焊CBN砂轮对比的方式,系统开展了钢轨材料磨削工艺试验,揭示了开槽砂轮干式磨削机理,进而开发了一套钢轨材料开槽砂轮干式磨削工艺。具体研究内容及结论如下:1)提出一种采用开槽单层钎焊CBN砂轮修复钢轨的高效低成本的方法;同时,设计开发出此开槽砂轮,包括对砂轮槽的形状和尺寸大小进行合理的设计以及对基体材质、钎料和磨料的选型;最后通过有限元模态分析,验证了此开槽砂轮的设计是安全、合理的。2)对开槽砂轮磨削钢轨材料进行了系统的试验研究,首先通过初步探索试验确定了此开槽砂轮磨削参数范围。其次,开展了两个对比试验:一是在干磨削条件下,探究开槽砂轮相对于普通砂轮的降温效果以及不同的磨削参数对磨削温度与磨削力的影响规律;二是探究冷气冷却方式相对于干磨削的降温效果。研究表明:开槽砂轮相对于普通砂轮具有一定的降温效果,降温幅度在15%-20%左右,而冷气冷却方式效果不明显,平均下降30℃左右。3)开展了钢轨材料磨削表面完整性的研究,探究了不同的磨削参数对表面粗糙度、表面微观形貌、表面层显微硬度和表面变质层的影响规律。研究发现:虽然不同的磨削参数下钢轨表面都出现了沟痕和凹坑,但表面粗糙度都满足钢轨修复的要求(R_a≤6μm);随着磨削深度的增加,加工硬化现象越来越严重,表面变质层越来越厚。当磨削深度为最大值a_p=0.35mm时,加工硬化程度达到40%,硬化层深度为100μm。综上所述,开槽单层钎焊CBN砂轮在降温方面取得了一定的效果,实现了大切深、快进给的高效率磨削过程,且磨削后钢轨表面质量符合钢轨修复的要求。