钢轨打磨是近几十年快速发展的一种钢轨维护技术,可以有效消除因滚动接触疲劳导致的波磨、剥落和裂纹等缺陷,也是目前公认的最有效的钢轨维护方式之一。特别是近年来高速、重载列车和城市轨道交通的快速发展,钢轨打磨成为轨道车辆安全运行的重要保障,其带来的经济效益也被世界各国所认可。钢轨打磨的本质为钢轨轨面的磨削加工,由于磨粒和钢轨的相互作用不可避免的会导致磨削热的产生,过量的磨削热会导致钢轨表面烧伤缺陷的产生并影响打磨效率。因而研究磨削热对钢轨材料去除行为的影响及调控机理有助于减少钢轨表面烧伤缺陷的产生并提高打磨效率。本文设计了基于现场工况的钢轨打磨模拟实验装置,在实验室条件下实现了对现场工况的还原和模拟。基于不同的参数组合研究了打磨参数对磨削热、打磨界面温升及钢轨表面烧伤的影响。基于对钢轨打磨界面行为及表面状态的表征分析,进一步研究了磨削热对钢轨材料去除行为的影响。通过ABAQUS软件使用有限元的方法对试验进行了数值模拟分析,研究了钢轨打磨温升、温度场分布及磨削热的来源和去向。最后通过在磨石中加入纤维的方法,研究了三种不同的纤维对磨石耐/导热性能、磨削热及打磨效率的影响。论文研究得出的主要结论如下:(1)钢轨打磨参数对打磨行为具有明显影响。随着钢轨打磨压力和打磨速度的增加,磨损量、磨削热明显增加,钢轨表面压缩残余应力减小,同时对钢轨表面粗糙度、磨屑形态及其表面氧化状况产生影响。打磨压力的增加对打磨界面温升影响更显著。(2)过量的磨削热会对钢轨打磨产生不利影响,过量磨削热会导致打磨界面温度迅速上升,使钢轨表面发生严重的塑性变形并形成深而宽的犁沟,同时导致钢轨表面白层的产生,白层会阻碍磨削的进行并降低打磨效率。当打磨界面整体温度接近400°C时钢轨表面发生烧伤(变黄/蓝),此时钢轨表面发生较严重的氧化反应,钢轨表面颜色变化归因于有色金属氧化物的累积。(3)数值模拟分析明确了磨削热的产生机制及去向。磨削热主要来源于磨削的三大行为:滑擦、耕犁和切削,切削和耕犁行为产生较大量的热,滑擦行为产热温和。钢轨打磨消耗的能量大部分以热的形式传导入钢轨和磨石并转化为其温升,有少部分以热的形式传入磨屑并随磨屑带走,其余能量通过辐射耗散于空气中和转化为切削过程中磨粒对钢轨材料所做的功。(4)钢轨打磨石中纤维的加入可明显提高其打磨性能。玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维都能增加磨石的耐热和抗冲击性能,硅烷化的碳纤维可明显提升其与树脂基体的结合强度,并有效改善打磨界面温升,提升打磨效率。