CN109290968A - 一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械磨削工具制造技术领域，涉及一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法。该微织构砂轮的磨削工作弧面上布置有规则的表面凹坑或凹槽阵列织构。砂轮磨削加工时，磨削弧区的砂轮材料和工件材料属于紧密接触状态，规则的表面凹坑或凹槽阵列织构的存在能够增大磨削弧区的实际散热面积，有助于磨削液喷射渗入磨削弧区，同时能够因容纳硬质磨屑而减小砂轮磨损。该微织构砂轮可广泛应用于强韧性难加工材料的磨削加工，能够解决高速磨削工况下因磨削液成膜沸腾而带来的换热困难问题，实现高效磨削生产，工艺简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法，属于机械磨削工具制造技术领域。
背景技术
切削加工是一种重要的金属成型方式。在切削技术研究领域，提高切削工具使用寿命、提高工件加工质量和加工效率一直是备受关注的热点。在切削加工过程中，切削热量会导致工具的快速磨损及工件加工质量的下降。在磨削加工中，相当一部分的机床功耗会转化成磨削热，磨削的单次材料去除量较低，依靠磨屑带走的热量很少，磨具材料本身的散热性能相对较差，其中大部分热量会积聚在磨削弧区，造成弧区温度急剧升高，容易引起砂轮烧伤及工件的加工质量恶化。在磨削过程中，磨削砂轮与工件表面的接触区域相对密闭，传统浇注冷却液的方法也很难实现冷却介质真正进入磨削接触界面，冷却效果受到限制。因此，急需寻找一种改善磨削砂轮散热的新技术，避免磨削弧区的热损伤，提高磨削加工质量和加工效率。
中国专利“专利号：ZL201310059826.0”报道了难加工材料干磨削用热管砂轮及制作方法，该技术通过在砂轮基体内部组装热管来促进切削热量散失，强化难加工材料干磨削加工时的磨削散热。中国专利“申请号：201611024216.7”报道了一种振荡热管冷却砂轮及改善砂轮散热的方法，该技术设计在砂轮内部嵌入振荡热管，通过振荡热管的工质脉动实现砂轮磨削弧区的热量向砂轮中心传递并散失，从而实现砂轮磨削过程的强化散热。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，改进砂轮磨削加工时冷却液渗入状态及冷却效果，提供一种微织构砂轮及其改善磨削散热的方法。
技术方案：本发明的一种微织构砂轮的基体材料为超硬磨料，砂轮的磨削工作弧面上布置有规则的表面凹坑或凹槽阵列织构，该织构可通过高能束加工、超精密磨削或微铣削等加工方式加工获得。本发明的微织构砂轮改善磨削散热的方法是通过微织构发挥功效，微织构的存在增大了砂轮磨削接触界面的实际散热空间和散热面积，冷却液喷射情况下微织构能够增进冷却介质渗透进入磨削弧区的紧密接触界面，微织构亦能够捕捉硬质磨屑而减缓界面摩擦，从而实现改善砂轮磨削散热及减缓砂轮磨损。
有益效果：
本发明将微织构应用于磨削加工场合，通过微织构的独特功能实现磨削加工散热的改善。相对于现有常规砂轮，本发明能够增大磨削弧区接触界面的散热空间和实际散热面积，能够有助于磨削冷却介质渗透进入“砂轮-工件”紧密接触界面，能够捕捉硬质磨屑而减缓界面摩擦，从而有效改善砂轮磨削散热并减缓砂轮磨损，避免磨削弧区过热及工件烧伤，提高磨削加工效率和砂轮使用寿命。相对于现有的热管及振荡热管辅助冷却技术，本发明的微织构砂轮是通过增大散热面积和促进冷却介质渗入而直接改善砂轮的散热，并非间接辅助强化冷却，本发明改善砂轮散热的效果更显著，技术性更优越。本发明的一种微织构砂轮可有效改善砂轮的磨削散热，可广泛应用于强韧性难加工材料的高效磨削加工。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种微织构砂轮，其基体材料为氧化铝陶瓷结合剂CBN成分，砂轮的外圆弧磨削工作面被采用金刚石精密磨削的方法加工了凹槽阵列织构，凹槽与砂轮中心轴线成45°夹角布置，凹槽截面呈V字形，V字形凹槽顶部宽150μm，凹槽深200μm，凹槽阵列沿砂轮磨削弧面的周向间距为600μm。
该砂轮织构阵列的存在使得磨削弧区散热面增大超过40％，散热空间大幅增加，该砂轮可应用于航空钛合金的高速磨削加工，在100m/s的磨削速度下，喷射的冷却液能够有效地渗入磨削弧区的“砂轮—工件”接触界面，部分磨屑及砂轮破损颗粒可暂时存储在沟槽阵列中并由冷却液冲刷带走，可有效改善砂轮的高速磨削散热，避免磨削弧区过热而引起的氧化铝陶瓷结合剂CBN砂轮损坏及钛合金工件表面损伤。
实施例2：
一种微织构砂轮，其基体材料为陶瓷结合剂碳化硅(金刚砂)成分，砂轮的外圆弧磨削工作面被采用微铣削的加工方式加工了圆柱状微凹坑阵列织构，柱状凹坑的直径为500μm，凹坑深500μm，凹坑阵列整齐布置占据整个砂轮外圆弧工作面，凹坑中心间距为1000μm。
该砂轮织构阵列的存在使得磨削弧区散热面增大近80％，散热空间大幅增加，该砂轮可应用于模具钢等难加工材料的高速磨削加工，在120m/s的磨削速度下，喷射的冷却液能够有效地渗入磨削弧区的“砂轮—工件”接触界面，部分磨屑及砂轮破损颗粒可暂时存储在微凹坑内，并在非磨削接触区域因砂轮旋转而被甩出清除，此技术可有效改善砂轮的高速高效磨削散热，避免磨削弧区过热现象产生，提高金刚砂砂轮的磨削使用寿命并改善模具钢等难加工工件材料的加工质量。
Claims (2)
1.一种微织构砂轮，该砂轮基体材料为超硬磨料，其特征在于：砂轮的磨削工作弧面上布置有规则的表面凹坑或凹槽阵列织构。
2.按权利要求1所述的微织构砂轮，其改善磨削散热的特征在于：在磨削弧区的砂轮材料和工件材料紧密接触状态，规则的表面凹坑或凹槽阵列织构的存在能够增大磨削弧区的实际散热面积，帮助磨削液喷射渗入磨削弧区，同时能够因容纳硬质磨屑而减小砂轮磨损。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112757056A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-07 | 湘潭大学 | 一种镍基单晶高温合金低损伤的磨削工艺 |
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