CN105773456B - 一种振荡热管节块砂轮及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振荡热管节块砂轮及其制作方法，其中，所述振荡热管节块砂轮包括砂轮基体以及连接在所述砂轮基体上的预设数量的振荡热管节块，其中，所述振荡热管节块包括焊接在一起的上端盖、振荡热管基体以及下端盖；在所述振荡热管基体内设置有垂直于所述振荡热管基体的上下端面的多个连通孔，以形成振荡热管管腔，在所述振荡热管管腔内填充有预设工质；在所述振荡热管基体内设置有与所述振荡热管管腔相导通的抽气孔，在所述抽气孔的外侧设置有堵头孔，所述堵头孔内设置有堵头。本发明提供的一种振荡热管节块砂轮及其制作方法，可以降低生产成本并且提高换热效率。

Description

一种振荡热管节块砂轮及其制作方法

技术领域

本发明涉及砂轮结构，尤其涉及一种振荡热管节块砂轮及其制作方法。

背景技术

在难加工材料的高效磨削过程中，产生的大部分热量积聚在磨削弧区中，造成磨削弧区的温度积聚升高，就会导致加工工件表面的烧伤、氧化、产生残余应力和微裂纹等热损伤以及砂轮的堵塞和磨粒钝化。传统的冷却方法是将大量的冷却液引入磨削弧区进行冷却，但是由于冷却液的成膜沸腾，冷却液的冷却效果较差，而且冷却液的大量使用会污染环境。因此如何绿色、有效的强化弧区散热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来强化弧区散热，但是普通的热管砂轮加工，加工成本很高，制作周期长，且在实际磨削过程中存在稳定性差的问题；而且一旦普通热管砂轮的磨削部位磨钝，热管砂轮便整体报废，势必造成资源的严重浪费，这有悖于当今机械加工绿色、低能耗的发展理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振荡热管节块砂轮及其制作方法，以降低生产成本并且提高换热效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种振荡热管节块砂轮，包括砂轮基体以及连接在所述砂轮基体上的预设数量的振荡热管节块，所述振荡热管节块包括焊接在一起的上端盖、振荡热管基体以及下端盖，所述振荡热管基体位于所述上端盖和所述下端盖之间；其中，所述下端盖的表面上设置有用于磨削工件的磨粒，所述上端盖中沿垂直于所述砂轮基体表面的方向贯穿有两个螺纹孔，所述螺纹孔中设置有紧固螺钉，使得所述振荡热管节块固定于所述砂轮基体上；在所述振荡热管基体内设置有垂直于所述振荡热管基体的上下端面的多个连通孔，以形成振荡热管管腔，所述振荡热管基体的上下端面分别与所述上端盖和所述下端盖相焊接，在所述振荡热管基体的上下端面上设置有半圆形连通槽，所述半圆形连通槽与所述连通孔组成连通的回路，在所述振荡热管管腔内填充有预设工质；在所述振荡热管基体内设置有与所述振荡热管管腔相导通的抽气孔，在所述抽气孔的外侧设置有堵头孔，所述堵头孔内设置有堵头。

进一步地，所述预设数量的振荡热管节块呈圆周状等间隔地连接于所述砂轮基体上。

进一步地，在所述堵头上还装有端面密封圈和径向密封圈。

进一步地，在所述振荡热管节块砂轮旋转时，所述连通孔内填充有由液塞和汽泡相间形成的汽液塞状流。

进一步地，所述连通孔的直径以及所述半圆形连通槽的宽度均为0.1mm。

本发明还提供一种振荡热管节块砂轮的制作方法，所述方法包括：预先制作所述砂轮基体、所述上端盖、所述振荡热管基体以及所述下端盖；在所述振荡热管基体内开设垂直于所述振荡热管基体的上下端面的多个连通孔，以形成振荡热管管腔，在所述振荡热管基体的上下端面上开设多个半圆形连通槽，以使得所述半圆形连通槽与所述连通孔组成连通的回路；将所述上端盖用夹具夹持固定于所述振荡热管基体的上端面，将所述下端盖用夹具夹持固定于所述振荡热管基体的下端面；向所述堵头孔内填充氩气，以使得所述振荡热管管腔内充满氩气；将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上；在所述堵头孔内装上所述堵头，并将所述振荡热管节块装配于所述砂轮基体上；在所述下端盖的表面上设置用于磨削工件的磨粒；将所述堵头旋出预设数量的螺距，使所述振荡热管管腔通过所述抽气孔与外界连通；利用抽真空装置通过所述堵头孔从所述振荡热管管腔内抽真空，当所述振荡热管管腔内的真空度低于预设气压值时，停止抽气；利用注液装置通过所述堵头孔向所述振荡热管管腔内注入工质，注入结束之后将所述堵头旋到底，以使得所述振荡热管管腔与外界隔绝；将所述振荡热管节块通过所述紧固螺钉连接到所述砂轮基体上。

进一步地，通过下述公式确定所述连通孔的直径：

其中，d为所述连通孔的直径，σ为所受工质的表面张力，a为所述工质的离心加速度，ρ_l为所述工质的液相密度，ρ_g为所述工质的气相密度。

进一步地，在所述堵头孔内装上所述堵头之后，所述方法还包括：在所述堵头上安装端面密封圈和径向密封圈。

进一步地，将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上具体包括：在所述上端盖和所述上端面之间以及所述下端盖和所述下端面之间先进行点焊，以固定所述上端盖和所述上端面的位置以及所述下端盖和所述下端面的位置；在固定位置之后，通过激光焊的方式对所述上端盖和所述上端面之间以及所述下端盖和所述下端面之间进行整圈焊接。

进一步地，在将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上之后，所述方法还包括：对焊接后的所述振荡热管节块进行气孔检查，如有气孔，再次进行补焊。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具备以下有益效果：

1、本发明中的振荡热管节块砂轮的结构简单、制作简便，将振荡热管与砂轮相结合,能够提高砂轮的换热性能，大量减少冷却液的使用。

2、本发明所设计的振荡热管节块砂轮，在磨削部位磨钝时，并不需要更换整个砂轮，只需更换磨削部位磨钝的振荡热管节块，从而达到降低生产成本和制作周期、节约资源的目的。

附图说明

图1为本发明提供的振荡热管节块砂轮结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本发明提供的振荡热管节块砂轮中振荡热管节块的结构示意图；

图5为图4的B-B剖面图；

图6为图4的C-C剖面图；

图7为图4的D-D剖面图；

图8为本发明提供的振荡热管节块砂轮的制作方法流程图。

图中标号名称：1、磨粒；2、下端盖；3、振荡热管基体；4、上端盖；5、紧固螺钉；6、堵头；7、径向密封圈；8、端面密封圈；9、连通孔；10、抽气孔；11、砂轮基体；12、焊缝；13、液塞；14、汽泡；15、连通孔；16、半圆形连通槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图7。本发明提供的一种振荡热管节块砂轮，包括砂轮基体11以及连接在所述砂轮基体11上的预设数量的振荡热管节块，所述振荡热管节块包括焊接在一起的上端盖4、振荡热管基体3以及下端盖2，所述振荡热管基体3位于所述上端盖4和所述下端盖2之间，所述下端盖2与所述振荡热管基体3的下端面之间以及所述上端盖4与所述振荡热管基体3的上端面之间均有焊缝12；其中，所述下端盖2的表面上设置有用于磨削工件的磨粒1，所述上端盖4中沿垂直于所述砂轮基体11表面的方向贯穿有两个螺纹孔(未示出)，所述螺纹孔中设置有紧固螺钉5，使得所述振荡热管节块固定于所述砂轮基体11上；在所述振荡热管基体3内设置有垂直于所述振荡热管基体3的上下端面的多个连通孔9、15，以形成振荡热管管腔，所述振荡热管基体3的上下端面分别与所述上端盖4和所述下端盖2相焊接，在所述振荡热管基体3的上下端面上设置有半圆形连通槽16，所述半圆形连通槽16与所述连通孔9、15组成连通的回路，在所述振荡热管管腔内填充有预设工质；在所述振荡热管基体3内设置有与所述振荡热管管腔相导通的抽气孔10，在所述抽气孔10的外侧设置有堵头孔(未示出)，所述堵头孔内设置有堵头6。

在本申请一实施方式中，所述预设数量的振荡热管节块呈圆周状等间隔地连接于所述砂轮基体11上。

在本申请一实施方式中，在所述堵头6上还装有端面密封圈8和径向密封圈7，以保证堵头6的密封性。

在本申请一实施方式中，在所述振荡热管节块砂轮旋转时，所述连通孔9、15内填充有由液塞13和汽泡14相间形成的汽液塞状流。

在本申请一实施方式中，所述连通孔9、15的直径以及所述半圆形连通槽16的宽度均为0.1mm。

在本申请中，所述工质可以为水、酒精或丙酮等，在实际应用中可以根据振荡热管材料和具体换热需要进行选择；所述磨粒1可以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；所述抽气孔10的直径也可以为0.1mm。

本发明还提供上述振荡热管节块砂轮的制作方法。请参阅图8，所述制作方法可以包括以下步骤。

步骤S1：预先制作所述砂轮基体11、所述上端盖4、所述振荡热管基体3以及所述下端盖2；

步骤S2：在所述振荡热管基体3内开设垂直于所述振荡热管基体3的上下端面的多个连通孔9、15，以形成振荡热管管腔，在所述振荡热管基体3的上下端面上开设多个半圆形连通槽16，以使得所述半圆形连通槽16与所述连通孔9、15组成连通的回路；

步骤S3：将所述上端盖4用夹具夹持固定于所述振荡热管基体3的上端面，将所述下端盖2用夹具夹持固定于所述振荡热管基体3的下端面；

步骤S4：向所述堵头孔内填充氩气，以使得所述振荡热管管腔内充满氩气，防止焊接时高温会氧化振荡热管的管壁；

步骤S5：将所述上端盖4焊接于所述振荡热管基体3的上端面上并将所述下端盖2焊接于所述振荡热管基体3的下端面上；

步骤S6：在所述堵头孔内装上所述堵头6，并将所述振荡热管节块装配于所述砂轮基体11上；

步骤S7：在所述下端盖2的表面上设置用于磨削工件的磨粒1；

步骤S8：将所述堵头6旋出预设数量的螺距(例如可以旋出2-3个螺距)，使所述振荡热管管腔通过所述抽气孔10与外界连通；利用抽真空装置通过所述堵头孔从所述振荡热管管腔内抽真空，当所述振荡热管管腔内的真空度低于预设气压值(例如1.0×10^-2Pa)时，停止抽气；利用注液装置通过所述堵头孔向所述振荡热管管腔内注入工质，注入结束之后将所述堵头6旋到底，以使得所述振荡热管管腔与外界隔绝；

步骤S9：将所述振荡热管节块通过所述紧固螺钉5连接到所述砂轮基体11上。

在本申请一实施方式中，可以通过下述公式确定所述连通孔的直径：

其中，d为所述连通孔的直径，σ为所受工质的表面张力，a为所述工质的离心加速度，ρ_l为所述工质的液相密度，ρ_g为所述工质的气相密度。

取工质为水，砂轮转速为60m/s,砂轮直径为400mm，水的表面张力为0.07N/m，水的密度为998kg·m^-3，水蒸气的密度为0.5542kg·m^-3，将相关参数带入上式便可以可得到连通孔孔径的取值范围：

0.44×10^-4≤d≤1.25×10^-4m

因此，本发明所设计的振荡热管基体中的连通孔的孔径可以在0.05mm至0.1mm之间。

在本申请一实施方式中，在所述堵头孔内装上所述堵头6之后，所述方法还包括：在所述堵头6上安装端面密封圈8和径向密封圈7，以保证堵头6的密封性。

在本申请一实施方式中，将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上具体包括：

在所述上端盖4和所述上端面之间以及所述下端盖2和所述下端面之间先进行点焊，以固定所述上端盖4和所述上端面的位置以及所述下端盖2和所述下端面的位置；

在固定位置之后，通过激光焊的方式对所述上端盖4和所述上端面之间以及所述下端盖2和所述下端面之间进行整圈焊接。

在本申请一实施方式中，在将所述上端盖4焊接于所述振荡热管基体3的上端面上并将所述下端盖2焊接于所述振荡热管基体3的下端面上之后，所述方法还包括：

对焊接后的所述振荡热管节块进行气孔检查，如有气孔，再次进行补焊。

由于振荡热管节块内真空度低于1.0×10^-2Pa时，当水注入振荡热管管腔时，部分水会瞬间蒸发，使振荡热管管腔内同时存在着水和水蒸汽。砂轮内的连通孔孔径为0.1mm，在该孔径下水与水蒸汽之间的表面张力大于离心力，所以当砂轮在磨削时高速旋转时，振荡热管管腔内的水和水蒸气会在表面张力及冷热端温差的作用下形成汽液塞状流随机地出现在回路中。一旦磨削热传入砂轮内部，液塞蒸发汽化吸收部分热量，水蒸汽增加，蒸发端汽泡内的压力增加，蒸发端与冷凝端的压差推动液塞和汽泡运动。当液塞与汽泡运动到冷凝端，遇到冷凝端释放热量，压力减小，推动液塞与汽泡由冷凝端运动回蒸发端。液塞蒸发、汽泡冷凝增加了潜热传递，液塞和汽泡的运动增加了显热的传递，加强了砂轮的导热性，从而达到强化磨削弧区换热的效果。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具备以下有益效果：

1、本发明中的振荡热管节块砂轮的结构简单、制作简便，将振荡热管与砂轮相结合,能够提高砂轮的换热性能，大量减少冷却液的使用。

2、本发明所设计的振荡热管节块砂轮，在磨削部位磨钝时，并不需要更换整个砂轮，只需更换磨削部位磨钝的振荡热管节块，从而达到降低生产成本和制作周期、节约资源的目的。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (10)

1.一种振荡热管节块砂轮，包括砂轮基体以及连接在所述砂轮基体上的预设数量的振荡热管节块，其特征在于，所述振荡热管节块包括焊接在一起的上端盖、振荡热管基体以及下端盖，所述振荡热管基体位于所述上端盖和所述下端盖之间；其中，所述下端盖的表面上设置有用于磨削工件的磨粒，所述上端盖中沿垂直于所述砂轮基体表面的方向贯穿有两个螺纹孔，所述螺纹孔中设置有紧固螺钉，使得所述振荡热管节块固定于所述砂轮基体上；在所述振荡热管基体内设置有垂直于所述振荡热管基体的上下端面的多个连通孔，以形成振荡热管管腔，所述振荡热管基体的上下端面分别与所述上端盖和所述下端盖相焊接，在所述振荡热管基体的上下端面上设置有半圆形连通槽，所述半圆形连通槽与所述连通孔组成连通的回路，在所述振荡热管管腔内填充有工质；在所述振荡热管基体内设置有与所述振荡热管管腔相导通的抽气孔，在所述抽气孔的外侧设置有堵头孔，所述堵头孔内设置有堵头。

2.根据权利要求1所述的振荡热管节块砂轮，其特征在于，所述预设数量的振荡热管节块呈圆周状等间隔地连接于所述砂轮基体上。

3.根据权利要求1所述的振荡热管节块砂轮，其特征在于，在所述堵头上还装有端面密封圈和径向密封圈。

4.根据权利要求1所述的振荡热管节块砂轮，其特征在于，在所述振荡热管节块砂轮旋转时，所述连通孔内填充有由液塞和汽泡相间形成的汽液塞状流。

5.根据权利要求1所述的振荡热管节块砂轮，其特征在于，所述连通孔的直径以及所述半圆形连通槽的宽度均为0.1mm。

6.一种根据权利要求1-5中任一所述的振荡热管节块砂轮的制作方法，其特征在于，包括：

预先制作所述砂轮基体、所述上端盖、所述振荡热管基体以及所述下端盖；

在所述振荡热管基体内开设垂直于所述振荡热管基体的上下端面的多个连通孔，以形成振荡热管管腔，在所述振荡热管基体的上下端面上开设多个半圆形连通槽，以使得所述半圆形连通槽与所述连通孔组成连通的回路；

将所述上端盖用夹具夹持固定于所述振荡热管基体的上端面，将所述下端盖用夹具夹持固定于所述振荡热管基体的下端面；

向所述堵头孔内填充氩气，以使得所述振荡热管管腔内充满氩气；

将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上；

在所述堵头孔内装上所述堵头，并将所述振荡热管节块装配于所述砂轮基体上；

在所述下端盖的表面上设置用于磨削工件的磨粒；

将所述堵头旋出预设数量的螺距，使所述振荡热管管腔通过所述抽气孔与外界连通；利用抽真空装置通过所述堵头孔从所述振荡热管管腔内抽真空，当所述振荡热管管腔内的真空度低于预设气压值时，停止抽气；利用注液装置通过所述堵头孔向所述振荡热管管腔内注入工质，注入结束之后将所述堵头旋到底，以使得所述振荡热管管腔与外界隔绝；

将所述振荡热管节块通过所述紧固螺钉连接到所述砂轮基体上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过下述公式确定所述连通孔的直径：

<mrow> <mn>0.7</mn> <msqrt> <mfrac> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>g</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>&amp;le;</mo> <mi>d</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> <msqrt> <mfrac> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>g</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </msqrt> </mrow>

其中，d为所述连通孔的直径，σ为所述工质的表面张力，a为所述工质的离心加速度，ρ_l为所述工质的液相密度，ρ_g为所述工质的气相密度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述堵头孔内装上所述堵头之后，所述方法还包括：

在所述堵头上安装端面密封圈和径向密封圈。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上具体包括：

在所述上端盖和所述上端面之间以及所述下端盖和所述下端面之间先进行点焊，以固定所述上端盖和所述上端面的位置以及所述下端盖和所述下端面的位置；

在固定位置之后，通过激光焊的方式对所述上端盖和所述上端面之间以及所述下端盖和所述下端面之间进行整圈焊接。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述上端盖焊接于所述振荡热管基体的上端面上并将所述下端盖焊接于所述振荡热管基体的下端面上之后，所述方法还包括：

对焊接后的所述振荡热管节块进行气孔检查，如有气孔，再次进行补焊。