CN103128676B - 难加工材料干磨削用热管砂轮及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种难加工材料干磨削用热管砂轮及其制作方法，其中热管砂轮包括基体以及设置在基体上的磨粒，其特征在于：所述的基体包括底座和端盖，所述的磨粒设置在所述的端盖上，所述磨粒上涂敷有固体润滑剂，在所述端盖与底座的之间还形成有一热管管腔，在所述的底座上还设置有一抽气孔，该抽气孔内部与所述的热管管腔连通，在抽气孔的外部设置有一堵头孔，在该堵头孔内设置有同轴设置的内堵头和外堵头；在所述的热管官腔内设置有工质；在所述端盖位于热管管腔冷凝段的外表两面间隔设置有冷凝槽。本发明结构简单、成本低、在加工难加工材料时能够有效疏导磨削弧区热量，能解决以往冷却液难以进入磨削弧区进行有效换热的瓶颈问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种难加工材料干磨削用热管砂轮的结构改进，属于难加工材料高效磨削磨具加工领域。
背景技术：
在磨削难加工材料时，产生的大部分热量积聚在磨削弧区，由于难加工材料本身的导热性差，造成磨削弧区温度急剧升高，如果不能及时有效地控制磨削弧区的温度，就有可能导致零件表面发生如氧化、烧伤、产生残余应力和微裂纹等热损伤。传统的冷却方法是向磨削弧区浇注大量冷却液，而冷却液的大量使用不但增加加工成本，而且会污染环境甚至危害操作者的健康，因此如何绿色、有效地疏导磨削弧区的热量成为难加工材料磨削加工中亟待解决的问题。
目前已有人提出将热管技术运用到砂轮中，利用热管的高导热性将弧区热量疏导出去，但这一构想并未运用到实际磨削中，热管砂轮仍然停留在概念阶段。
因此如何合理设计难加工材料干磨削用热管砂轮的结构及其制作方法，是实现热管砂轮由概念型转向实用型的关键问题。
发明内容：
发明目的：
针对上述问题，本发明提供了一种难加工材料干磨削用热管砂轮及其制作方法，这种砂轮结构简单、制作方便、密封效果好、能够有效疏导磨削弧区的热量、可以实现难加工材料的干磨削，特别适合于难加工材料的高效、精密、绿色加工。
技术方案：
本发明为实现上述目的采用如下技术方案：
一种难加工材料干磨削用热管砂轮，包括基体以及设置在基体上的磨粒，其特征在于：所述的基体包括底座和端盖，所述的磨粒设置在所述的端盖上，所述磨粒上涂敷有固体润滑剂，在所述端盖与底座的之间还形成有一热管管腔，在所述的底座上还设置有一抽气孔，该抽气孔内部与所述的热管管腔连通，在抽气孔的外部设置有一堵头孔，在该堵头孔内设置有同轴设置的内堵头和外堵头；在所述的热管管腔内设置有工质；在所述端盖位于热管管腔冷凝段的外表两面间隔设置有冷凝槽。
所述基体由端盖与底座焊接而成，端盖与底座均由金属材料制成，所述磨粒用金刚石或立方氮化硼制成，具有较高的导热能力，能够有效减小磨削弧区与管壁之间的热阻。
在砂轮的磨粒上涂敷有固体润滑剂，润滑剂为二硫化钼、石墨等固体润滑剂。
所述工质为水、酒精或丙酮等，根据基体材料和具体换热需要选择。
所述热管管腔的冷凝端和蒸发端的壁厚为1-2mm。
所述的冷凝槽通过设置在中间的加强筋间隔。考虑到热管的换热性能，将冷凝槽的壁厚设定为1-2mm，因而热阻小，在外界冷却装置的作用下能够迅速控制冷凝端温度，达到冷凝端所需条件。
所述热管砂轮的蒸发端为镀有金刚石或CBN的外圆面，其蒸发端端壁厚设定为1-2mm，因而热阻小，可以在极短的时间内通过热管迅速疏导磨削弧区的热量。
由于热管砂轮工作时内部蒸汽有较大的压力，有可能造成基体失稳，因此必须按照工质的饱和蒸汽压对管壁材料的强度进行校核，防止管壳由于强度不足而发生爆裂。以45钢—水热管为例校核其强度，45钢的许用应力值[σ]=113.80MPa，热管最大容许工作压力可按公式（1-1）进行计算：
其中：[p]——最大容许工作压力，MPa；
[σ]——材料许用应力，MPa；
S——管壁厚度，mm；
di——热管内径，mm。
取热管管壁厚度为1mm，热管内径为35mm，将相关参数带入式（1-1），可得热管最大容许工作压力为：
查表可知，蒸馏水在250℃时的饱和蒸汽压为3.97MPa＜[p]，因此，本专利设计的砂轮基体在常温热管的工作温度范围内工作是安全可靠的。
所述外堵头上装有端面密封圈和径向密封圈，内堵头上装有径向密封圈。
所述底座上打有台阶孔，为堵头孔，该堵头孔与管腔腔体之间打有一个直径约2-3mm的通孔，为抽气孔，该抽气孔的中心轴距离堵头孔底面1-2个螺距.。
一种实现上述难加工材料干磨削用热管砂轮的制作步骤如下：
步骤1）制作出热管砂轮的端盖、底座以及内堵头、外堵头；
步骤2）将端盖和底座配合，使用夹具夹持固定；在堵头孔处通氩气，使热管腔体内充满氩气，防止焊接时高温氧化热管管壁，接着先进行点焊，固定端盖与底座的相对位置；然后再使用氩弧焊进行整圈焊接；对焊接完后的砂轮基体进行时效处理；
步骤3）对热管砂轮的基体进行检漏，如有气孔，可进行补焊；
步骤4）对砂轮基体精加工，将外圆加工到最终尺寸，端面留有余量；
步骤5）再次检漏，有气孔进行补焊，用砂轮机打磨；
步骤6）重复步骤5）直至无漏气点；
步骤7）装上内外堵头及其密封圈，铣冷凝槽；
步骤8）精磨砂轮基体端面，使端面跳动控制在5μm以内；
步骤9）电镀磨粒，利用一定的工艺方法在磨粒上涂敷固体润滑剂；
步骤10）取下内堵头，并将外堵头旋出2-3个螺距，使管腔通过抽气孔与外界相通，同时外堵头的径向密封圈保持密封状态；在内堵头孔处装上抽真空及注液装置开始抽真空，当真空度低于1.0×10-2Pa时，关闭真空泵机组，将砂轮稍稍倾斜，利用注液装置注入一定体积的工质，然后将外堵头旋到底将管腔与外界隔绝，此时管腔已密封，取下抽真空装置，装上内堵头，至此难加工材料干磨削用热管砂轮制作完毕。
进一步，实现本发明的难加工材料干磨削用热管砂轮的换热方法的步骤如下：砂轮在磨削时高速旋转，达到一定转速时，工作介质在离心力的作用下在蒸发段形成液膜；工件与砂轮的接触弧区产生大量的磨削热量，磨削热通过磨粒、砂轮基体传到砂轮内部，由于砂轮内部为高真空状态（低于1×10-2Pa），工质的沸点较低，所以一旦磨削热传入砂轮内部，温度升高，液膜在较低温度下便沸腾汽化形成气流，产生的气流在内部压差作用下携带热量向冷凝端流动，遇到冷凝端释放热量，冷凝为液态，液体在离心力的作用下回流至蒸发端，形成液膜，继续吸收磨削热，从而达到换热效果。
有益效果：
1、本发明中难加工材料干磨削用热管砂轮的结构简单、制作简便，将热管砂轮由概念型转向实用型；
2、本发明中在热管砂轮磨削面上均匀涂敷固体润滑剂，实现了难加工材料的干磨削，避免了使用磨削液带来的成本增加、环境污染和危害操作者健康等问题；
3、发明中难加工材料干磨削用热管砂轮的热端和冷端的壁厚小，故磨削过程中热阻较小，有利于热管快速启动，提高了热管砂轮的换热性能，可以有效疏导弧区热量，避免工件表面烧伤；
4、发明中难加工材料干磨削用热管砂轮冷端外壁面上一定直径处均匀分布着若干一定弧度的环形槽，即冷端槽，每段槽之间的加强筋不但保证了热管砂轮的强度，而且在旋转过程中可以增加风阻，有利于冷端快速冷却；
附图说明
图1为难加工材料干磨削用热管砂轮结构示意图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3图2的局部放大图；
其中包括1、磨粒；2、端盖；3、冷凝槽；4、端面密封圈；5、焊缝；6、底座；7、径向密封圈Ⅰ；8、径向密封圈Ⅱ；9、内堵头；10、外堵头；11、抽气孔；12、管腔；13、液膜。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被理解，下面结合附图详细介绍本发明的内容。
该热管砂轮包括磨粒1、端盖2、冷凝槽3、端面密封圈4、焊缝5、底座6、径向密封圈7、径向密封圈8、内堵头9、外堵头10、抽气孔11、管腔12、液膜13。
该实用型难加工材料干磨削用热管砂轮的制作过程如下：
步骤1）、制作出热管砂轮的端盖2、底座6以及内堵头9、外堵头10；
步骤2）、将端盖2和底座6配合，使用夹具夹持固定；在堵头孔处通氩气，使热管腔体内充满氩气，防止焊接时高温氧化热管管壁，接着先进行点焊，固定端盖与底座的相对位置；然后再使用氩弧焊进行整圈焊接；对焊接完后的砂轮基体进行时效处理；
步骤3）、对热管砂轮的基体进行检漏，如有气孔，可进行补焊；
步骤4）、对砂轮基体精加工，将外圆加工到最终尺寸，端面留有余量；
步骤5）、再次检漏，有气孔进行补焊，用砂轮机打磨；
步骤6）、重复步骤5直至无漏气点；
步骤7）、装上内外堵头及其密封圈，铣冷凝槽；
步骤8）、精磨砂轮基体端面，使端面跳动控制在5μm以内；
步骤9）、电镀磨粒，利用一定的工艺方法在磨粒上涂敷固体润滑剂；
步骤10）、取下内堵头9，并将外堵头旋出2-3个螺距，使管腔通过抽气孔11与外界相通，同时外堵头10的径向密封圈保持密封状态；在内堵头孔处装上抽真空及注液装置开始抽真空，当真空度低于1.0×10-2Pa时，关闭真空泵机组，将砂轮稍稍倾斜，利用注液装置注入一定体积的工质，然后将外堵头10旋到底将管腔与外界隔绝，此时管腔已密封，取下抽真空装置，装上内堵头，至此难加工材料干磨削用热管砂轮制作完毕。
如图1所示，用于难加工材料干磨削用热管砂轮在实际磨削过程中的换热方法步骤如下：
在磨削加工时砂轮高速旋转，工质由于离心力的作用在蒸发端d形成一层薄薄的液膜13，磨削时工件a与砂轮接触弧区b产生磨削热，通过磨粒、基体传导给液膜，由于砂轮工作腔内为高真空状态（低于1×10-2Pa），液膜在比较低的温度下就能沸腾汽化转变为气态，形成气流，在热管内部压差作用下携带热量向冷凝端c流动，遇到冷凝端c释放热量，冷凝为液态,液态工质在砂轮离心力作用下回流至蒸发端形成液膜，继续吸收磨削热，如此循环，达到降低弧区温度的效果。
Claims (5)
1.一种难加工材料干磨削用热管砂轮，包括基体以及设置在基体上的磨粒，其特征在于:所述的基体包括底座和端盖，所述的磨粒设置在所述的端盖上，所述磨粒上涂敷有固体润滑剂，在所述端盖与底座之间还形成有一热管管腔，在所述的底座上还设置有一抽气孔，该抽气孔内部与所述的热管管腔连通，在抽气孔的外部设置有一堵头孔，在该堵头孔内有同轴设置的内堵头和外堵头；在所述的热管管腔内设置有工质；在所述端盖位于热管管腔冷凝端的外表两面间隔设置有冷凝槽；所述基体由端盖与底座焊接而成，端盖与底座均由金属材料制成，所述磨粒为金刚石或立方氮化硼。
2.根据权利要求书1所述难加工材料干磨削用热管砂轮，其特征在于：在砂轮的磨粒上涂敷有固体润滑剂。
3.根据权利要求书1所述难加工材料干磨削用热管砂轮，其特征在于：所述的冷凝槽通过设置在中间的加强筋间隔。
4.根据权利要求书1所述难加工材料干磨削用热管砂轮，其特征在于：所述热管管腔的冷凝端和蒸发端的壁厚为1-2mm。
5.一种如权利要求1所述的难加工材料干磨削用热管砂轮的制作方法，其特征在于:方法如下：
步骤1)制作出热管砂轮的端盖、底座以及内堵头、外堵头；
步骤2)将端盖和底座配合，使用夹具夹持固定；在堵头孔处通氩气，使热管腔体内充满氩气，防止焊接时高温氧化热管管壁，接着先进行点焊，固定端盖与底座的相对位置；然后再使用氩弧焊进行整圈焊接；对焊接完后的砂轮基体进行时效处理；
步骤3)对热管砂轮的基体进行检漏，如有气孔，进行补焊；
步骤4)对砂轮基体精加工，将外圆加工到最终尺寸，端面留有余量；
步骤5)再次检漏，有气孔进行补焊，用砂轮机打磨；
步骤6)重复步骤5)直至无漏气点；
步骤7)装上内堵头、外堵头及其密封圈，铣冷凝槽；
步骤8)精磨砂轮基体端面，使端面跳动控制在5μm以内；
步骤9)电镀磨粒，并在磨粒上涂敷固体润滑剂；
步骤10)取下内堵头，并将外堵头旋出2-3个螺距，使热管管腔通过抽气孔与外界相通，同时外堵头的径向密封圈保持密封状态；在内堵头孔处装上抽真空及注液装置开始抽真空，当真空度低于1.0*10-2Pa时，停止抽气，将砂轮稍稍倾斜，利用注液装置注入工质，然后将外堵头旋到底将热管管腔与外界隔绝，此时管腔己密封，取下抽真空装置，装上内堵头，至此难加工材料干磨削用热管砂轮制作完毕。
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2013
- 2013-02-26 CN CN201310059826.0A patent/CN103128676B/zh active Active
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| CN103128676A (zh) | 2013-06-05 |
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