CN111283561B - 一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及方法，砂轮本体的内部加工有若干个沿轴向布置的振荡热管流道，振荡热管流道之间通过连通流道依次首尾相接形成闭合的蛇形振荡热管结构。砂轮本体下端设置有堵头腔，振荡热管结构通过注液槽与一注液孔连通，注液孔开设于堵头腔的腔底部，一堵头能插入堵头腔中，将注液孔密封，振荡热管结构中抽真空并注入有未充满振荡热管流道的冷却工质，使得振荡热管流道下部填充冷却工质而上部为空腔，砂轮本体上部外周面加工出散热翅片。本发明具有能稳定持续地将磨削弧区中的磨削热有效迅速地疏导出，强化磨削弧区换热，降低磨削温度，提高磨削质量的优点。

Description

一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及其制作方法

技术领域

本发明属于磨削加工的技术领域，具体涉及一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及其制作方法。

背景技术

磨削加工，特别是高效磨削过程中，会产生大量热量，因为只有少量冷却液会进入磨削区域，因此很少一部分磨削热量会被冷却液和磨屑带出，而大部分热量仍积聚在磨削弧区中，造成磨削弧区的温度升高，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。因此有必要对磨削弧区进行强化换热，将磨削热即使疏导出。

振荡热管一种新型热管，可由毛细管呈蛇形弯折而成，结构简单且无需吸液芯。振荡热管与传统热管一样，在传热的过程中，分为三个部分，热量输入的蒸发段，绝热段，热量输出的冷凝段。而结构是由单通道折弯成蛇形多回路循环通道。又由于振荡热管使用毛细管作为通道，工质在通道中会构成了气泡-液塞随机分布的弹状流。当蒸发段输入热量时，局部工质蒸发形成冷热端的温度差和压力差，从而驱动气泡和液塞微观局部振荡和宏观单向循环流动。振荡热管具有体积小、结构简单、成本低；传热性能好；适应性好等优点。具有强化疏导磨削区热量的巨大潜力。

从目前公开关于的振荡热管砂轮的资料来看，都是组合式（节块式）振荡热管砂轮。其加工工艺性复杂，制备过程繁琐，加工稳定性较差，加工质量差。需要一种新形式的振荡热管砂轮。

发明内容

针对现有磨削加工中磨削弧区换热能力的不足和组合式振荡热管砂轮的问题，本发明提供一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及其制备方法，利用该整体式轴向旋转振荡热管砂轮能够稳定持续地将磨削弧区中的磨削热有效迅速地疏导出，强化磨削弧区换热，降低磨削温度，提高磨削质量。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮，包括砂轮本体，砂轮本体的上端设置有用于与刀杆连接的刀杆槽，下端的外周面上设置有用于加工物料的磨料层，其中：砂轮本体的内部在靠近外周面的位置处加工有若干个轴向的振荡热管流道，振荡热管流道之间通过连通流道依次首尾相接形成闭合的蛇形振荡热管结构，砂轮本体下端设置有堵头腔，振荡热管结构通过注液槽与一注液孔连通，注液孔开设于堵头腔的腔底部，一堵头能插入堵头腔中，将注液孔密封，振荡热管结构中抽真空并注入有未充满振荡热管流道的冷却工质，使得振荡热管流道下部填充冷却工质而上部为空腔，砂轮本体上部外周面固定安装有散热翅片，散热翅片与振荡热管流道上部热传导连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的振荡热管流道上端贯穿砂轮本体上表面，下端贯穿砂轮本体上表面，砂轮本体在振荡热管流道的上端和下端设置有流道槽，流道槽连接在相邻两个振荡热管流道，两个环形压板分别密封盖合在砂轮本体的上表面和下表面的流道槽上，将流道槽变为连通流道。

上述的堵头的上端设置有上堵头环形槽，上堵头环形槽中放入有上堵头密封圈，堵头的上端侧面开设有堵头通孔，堵头通孔下端开口于堵头下端，堵头中部侧壁开设有下堵头环形槽，下堵头环形槽中放入有下堵头密封圈，堵头的下端外表面设置有堵头螺纹，堵头腔内设置有螺纹，堵头能旋入堵头腔中，且堵头前端未抵触至堵头腔腔底时，注液孔与堵头通孔连通，堵头前端抵触至堵头腔腔底时，上堵头密封圈密封在注液孔与堵头通孔之间将二者密封隔离，下堵头环形槽使堵头侧壁与堵头腔密封配合。

上述的注液槽开设在刀杆槽的槽底，刀杆下端设置有环形的刀杆密封槽，刀杆密封槽中安放刀杆密封圈，刀杆插入刀杆槽中固定时，刀杆密封圈使刀杆与刀杆槽密封配合，同时将注液槽密封于刀杆槽中。

上述的刀杆通过过盈配合、焊接或者螺纹与刀杆槽固定连接。

一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、制作出外圆留有一定加工余量的砂轮本体和刀杆，以及达到尺寸要求的所述堵头和环形压板；

步骤二、将两个环形压板分别与砂轮本体上下端面的流道槽密封装配，使流道槽变为连通流道；

步骤三、将刀杆密封圈放入刀杆密封槽，将刀杆装配入刀杆槽中固定，使注液槽上部封闭，振荡热管结构形成仅通过堵头通孔与外界连通的蛇形振荡热管通道；

步骤四、精车装配好砂轮本体的外圆，使其达到尺寸要求，并使砂轮本体与刀杆的同轴度和圆跳动达到要求；

步骤五、在砂轮本体下端外周面磨粒，形成磨料层；

步骤六、将上堵头密封圈放入上堵头环形槽中，下堵头密封圈放入下堵头环形槽中，将堵头旋入堵头腔中；

步骤七、将堵头的堵头通孔与真空泵和注液装置连接；

步骤八、旋动堵头，使上堵头密封圈不与堵头腔腔底接触，注液孔与堵头通孔连通，利用真空泵通过堵头通孔从振荡热管结构内抽真空，当振荡热管结构内真空度低于预设值时，停止抽气；利用注液装置通过堵头通孔向振荡热管结构内注入工质，注入后将堵头旋入，上堵头密封圈与堵头腔腔底接触，隔断注液孔与堵头通孔的连接，以使振荡热管结构与外界隔绝，取下真空泵和注液装置；

步骤九、将刀杆安装在合适的刀柄上，即构成整体式轴向旋转振荡热管砂轮。

步骤二中，两个环形压板分别与砂轮本体上下端面通过激光焊焊接，确保环形压板与流道槽的密封性。

步骤三中，刀杆装配入刀杆槽中后利用激光焊焊接，确保刀杆与注液槽的密封性。

步骤五中，在砂轮本体下端外周面利用粘接或电镀或钎焊工艺连接磨粒，形成磨料层。

本发明提出的振荡热管砂轮具有整体式，多回路的特点，因此具有传热性能高，强化磨削弧区热疏导效果好，结构可靠简单等优势。此外本发明涉及的制备方法具有工艺性好，制作简单，成本低等特点。整体式砂轮，其砂轮工作面跳动小，磨削加工加工稳定性好，加工质量高。

整体式轴向旋转振荡热管砂轮可根据磨削不同的材料预设不同的工质和充液率，达到所需的均热能力，因此适用范围广，可用于各种如钢等常见金属，钛合金，高温合金等难加工金属材料以及复合材料的磨削加工；

利用整体式轴向旋转振荡热管砂轮优异的传热性能，有效疏导磨削弧区热量，控制磨削弧区温度，能够实现不用冷却液的干磨削，符合绿色加工要求。

附图说明

图1 是本发明的结构爆炸图；

图2 是本发明的砂轮本体上部结构示意图；

图3 是本发明的砂轮本体下部结构示意图；

图4 是本发明的振荡热管结构的结构示意图；

图5 是本发明的刀杆的示意图；

图6 是发明的堵头的示意图；

图7 是本发明的整体式轴向旋转振荡热管砂轮剖视图；

图8 是本发明的整体式轴向旋转振荡热管砂轮抽真空注液示意图；

附图标记为：砂轮本体1、刀杆槽11、磨料层12、振荡热管流道13、连通流道14、堵头腔15、注液槽16、注液孔17、散热翅片18、环形压板槽19、刀杆2、刀杆密封槽21、刀杆密封圈22、堵头3、上堵头环形槽31、上堵头密封圈32、堵头通孔33、下堵头环形槽34、下堵头密封圈35、堵头螺纹36、环形压板4、真空泵5、注液装置6、抽真空注液管道7、三通阀门8。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明的一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮，包括砂轮本体1，砂轮本体1的上端设置有用于与刀杆2连接的刀杆槽11，下端的外周面上设置有用于加工物料的磨料层12，其中：砂轮本体1的内部在靠近外周面的位置处加工有若干个轴向的振荡热管流道13，振荡热管流道13之间通过连通流道14依次首尾相接形成闭合的蛇形振荡热管结构，砂轮本体1下端设置有堵头腔15，振荡热管结构通过注液槽16与一注液孔17连通，注液孔17开设于堵头腔15的腔底部，一堵头3能插入堵头腔15中，将注液孔17密封，振荡热管结构中抽真空并注入有未充满振荡热管流道13的冷却工质，使得振荡热管流道13下部填充冷却工质而上部为空腔，砂轮本体1上部外周面固定安装有散热翅片18，散热翅片18与振荡热管流道13上部热传导连接。

实施例中，振荡热管流道13上端贯穿砂轮本体1上表面，下端贯穿砂轮本体1上表面，砂轮本体1在振荡热管流道13的上端和下端设置有流道槽，流道槽连接在相邻两个振荡热管流道13，两个环形压板4分别密封盖合在砂轮本体1的上表面和下表面的流道槽上，将流道槽变为连通流道14。

实施例中，堵头3的上端设置有上堵头环形槽31，上堵头环形槽31中放入有上堵头密封圈32，堵头3的上端侧面开设有堵头通孔33，堵头通孔33下端开口于堵头3下端，堵头3中部侧壁开设有下堵头环形槽34，下堵头环形槽34中放入有下堵头密封圈35，堵头3的下端外表面设置有堵头螺纹36，堵头腔15内设置有螺纹，堵头3能旋入堵头腔15中，且堵头3前端未抵触至堵头腔15腔底时，注液孔17与堵头通孔33连通，堵头3前端抵触至堵头腔15腔底时，上堵头密封圈32密封在注液孔17与堵头通孔33之间将二者密封隔离，下堵头环形槽34使堵头3侧壁与堵头腔15密封配合。

实施例中，注液槽16开设在刀杆槽11的槽底，刀杆2下端设置有环形的刀杆密封槽21，刀杆密封槽21中安放刀杆密封圈22，刀杆2插入刀杆槽11中固定时，刀杆密封圈22使刀杆2与刀杆槽11密封配合，同时将注液槽16密封于刀杆槽11中。

实施例中，刀杆2通过过盈配合、焊接或者螺纹与刀杆槽11固定连接。

请参见图1至图7。本发明提供的一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮，主要包括材质为2Cr13不锈钢的砂轮本体1，环形压板4，刀杆2，堵头3以及其他相关配件和结构。

在砂轮本体1外侧上部加工出用于强化换热的散热翅片18，翅片高度7mm，厚度1.5mm，间隔1mm，数目为8个。

砂轮本体1直径为60mm，在砂轮本体1上下端面上加工出流道槽，槽宽5mm，槽深3mm，槽中心据本体外壁面3mm。在砂轮本体1内部开有沿旋转轴线方向的纵向直通圆孔1-2，即为构成振荡热管的振荡热管流道13。该圆通孔的管径为3mm。直通孔的数目为12。在上下端面的振荡热管流道13间隔着两两通过连通流道14相连。连通流道14宽3mm，深2.3mm。且上下端面上的连通流道14错开，使得形成的振荡热管通道为单通道连续多回路（如图4所示）。

在砂轮本体1上端面加工刀杆槽11，刀杆槽11最大直径40mm，在刀杆槽11底部端面加工注液槽16，槽直径2mm。加工注液孔17，孔为通孔，直径2mm（如图2所示）。在砂轮本体1下端面加工堵头腔15，腔直径16mm，深8mm，腔内加工螺纹，螺纹为M20×1.5mm，深17mm（如图3所示）。

加工与环形压板槽19小间隙配合的环形压板4，环形压板槽19为在砂轮本体1上下端面设置的环形槽，流道槽开设在环形压板槽19中，将环形压板4装配在本体上下端面上的环形压板槽19中。利用激光焊完全焊接环形压板4与环形压板槽19之间缝隙，不得有漏焊、虚焊，保证密封性。从而使振荡热管流道形成一个仅通过注液槽16和注液孔17与外界连通的通道。

加工刀杆2，刀杆下部为与刀杆槽11过盈配合，底面端面加工有放置“O”型密封圈的刀杆密封槽21，中心直径为31mm，槽宽2.4mm，槽深1mm。刀杆2中部直径为30mm，长42mm，靠上部加工有4个M2深2mm的螺纹安装孔。刀杆2上部为直径25mm，长52mm的光杆，可通过ER40弹簧夹头安装在HSK A63刀柄上。此外，此时刀杆上部光杆应留有加工余量，待精加工用（例如单边1mm）。

将直径30mm的“O”型密封圈放入刀杆2底部刀杆密封槽21内。适当加热砂轮本体1，将刀杆2安装在砂轮本体1上部刀杆槽11内，使刀杆密封圈22与刀杆槽11的地面紧密贴合。然后使本体自然降温。

利用激光焊完全焊接刀杆2与刀杆槽11之间缝隙，不得有漏焊、虚焊，保证密封性。

精加工装配好砂轮本体1与刀杆2，使跳动和同轴度达到要求（例如跳动小与0.02mm，同轴度为0.01mm）。

加工与堵头腔15配合的堵头3。堵头侧面加工有放置下堵头密封圈35的下堵头环形槽34，内圈直径14.8mm，槽宽2.4mm。堵头底面端面上加工有放置上堵头密封圈32的上堵头密封圈32，内圈直径4mm，槽宽2.4mm。

在砂轮本体1下部工作层部位使用钎焊（或者电镀或粘接）一层（或者若干层）磨粒（如金刚石，立方氮化硼），从而形成磨料层12，如图1所示。

在堵头3的上堵头环形槽31和下堵头环形槽34内放置相应的“O”型密封圈，直径分别为15mm和4mm。将堵头3通过堵头上的堵头螺纹36旋入堵头腔15中。

至此，整体式轴向旋转振荡热管砂轮即装配完成（如图7所示）。进而可对砂轮内部振荡热管进行抽真空，注入工质。

将抽真空注液管道7通过堵头3与振荡热管流道连接（如图8所示）。开启真空泵5，通过开启三通阀门8与真空泵5连接一侧，关闭与注液装置6连接一侧。

将堵头3旋出预设数量的螺距（例如旋出2-3个螺距），上堵头密封圈32放松。真空泵5即可对振荡热管内的流道抽真空，当振荡热管流道13内的真空度低于预设值（例如1.0×10^-2Pa）时，停止抽真空。通过三通阀门8关闭与真空泵5连接一侧，开启与注液装置6连接一侧。向振荡热管流道13内注入一定量（例如：充液率50%下8mL）的预设的工质（例如：蒸馏水）。注液完成后，将堵头3向内旋入，以使得振荡热管流道13与外界隔绝。抽真空注液后的整体式轴向旋转振荡热管砂轮即为可进行磨削加工。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.整体式轴向旋转振荡热管砂轮的制作方法，应用了一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮，整体式轴向旋转振荡热管砂轮包括砂轮本体(1)，所述的砂轮本体(1)的上端设置有用于与刀杆(2)连接的刀杆槽(11)，下端的外周面上设置有用于加工物料的磨料层(12)，其特征是：所述的砂轮本体(1)的内部在靠近外周面的位置处加工有若干个轴向的振荡热管流道(13)，振荡热管流道(13)之间通过连通流道(14)依次首尾相接形成闭合的蛇形振荡热管结构，所述的砂轮本体(1)下端设置有堵头腔(15)，振荡热管结构通过注液槽(16)与一注液孔(17)连通，所述的注液孔(17)开设于堵头腔(15)的腔底部，一堵头(3)能插入堵头腔(15)中，将注液孔(17)密封，所述的振荡热管结构中抽真空并注入有未充满振荡热管流道(13)的冷却工质，使得振荡热管流道(13)下部填充冷却工质而上部为空腔，所述的砂轮本体(1)上部外周面固定安装有散热翅片(18)，所述的散热翅片(18)与振荡热管流道(13)上部热传导连接；所述的振荡热管流道(13)上端贯穿砂轮本体(1)上表面，下端贯穿砂轮本体(1)下表面，砂轮本体(1)在振荡热管流道(13)的上端和下端设置有流道槽，所述的流道槽连接相邻两个振荡热管流道(13)，两个环形压板(4)分别密封盖合在砂轮本体(1)的上表面和下表面的流道槽上，将流道槽变为连通流道(14)；所述的堵头(3)的上端设置有上堵头环形槽(31)，所述的上堵头环形槽(31)中放入有上堵头密封圈(32)，堵头(3)的上端侧面开设有堵头通孔(33)，所述的堵头通孔(33)下端开口于堵头(3)下端，所述的堵头(3)中部侧壁开设有下堵头环形槽(34)，所述的下堵头环形槽(34)中放入有下堵头密封圈(35)，所述的堵头(3)的下端外表面设置有堵头螺纹(36)，所述的堵头腔(15)内设置有螺纹，堵头(3)能旋入堵头腔(15)中，且堵头(3)前端未抵触至堵头腔(15)腔底时，注液孔(17)与堵头通孔(33)连通，堵头(3)前端抵触至堵头腔(15)腔底时，上堵头密封圈(32)密封在注液孔(17)与堵头通孔(33)之间将二者密封隔离，所述的下堵头环形槽(34)使堵头(3)侧壁与堵头腔(15)密封配合；制作整体式轴向旋转振荡热管砂轮的方法具体包括以下步骤：

步骤一、制作出外圆留有一定加工余量的砂轮本体(1)和刀杆(2)，以及达到尺寸要求的所述堵头(3)和环形压板(4)；

步骤二、将两个环形压板(4)分别与砂轮本体(1)上下端面的流道槽密封装配，使流道槽变为连通流道(14)；

步骤三、将刀杆密封圈(22)放入刀杆密封槽(21)，将刀杆(2)装配入刀杆槽(11)中固定，使注液槽(16)上部封闭，振荡热管结构形成仅通过堵头通孔(33)与外界连通的蛇形振荡热管通道；

步骤四、精车装配好砂轮本体(1)的外圆，使其达到尺寸要求，并使砂轮本体(1)与刀杆(2)的同轴度和圆跳动达到要求；

步骤五、在砂轮本体(1)下端外周面利用粘接或电镀或钎焊工艺连接磨粒，形成磨料层(12)；

步骤六、将上堵头密封圈(32)放入上堵头环形槽(31)中，下堵头密封圈(35)放入下堵头环形槽(34)中，将堵头(3)旋入堵头腔(15)中；

步骤七、将堵头(3)的堵头通孔(33)与真空泵(5)和注液装置(6)连接；

步骤八、旋动堵头(3)，使上堵头密封圈(32)不与堵头腔(15)腔底接触，注液孔(17)与堵头通孔(33)连通，利用真空泵(5)通过堵头通孔(33)从振荡热管结构内抽真空，当振荡热管结构内真空度低于预设值时，停止抽气；利用注液装置(6)通过堵头通孔(33)向振荡热管结构内注入工质，注入后将堵头(3)旋入，上堵头密封圈(32)与堵头腔(15)腔底接触，隔断注液孔(17)与堵头通孔(33)的连接，以使振荡热管结构与外界隔绝，取下真空泵(5)和注液装置(6)；

步骤九、将刀杆(2)安装在合适的刀柄上，即构成整体式轴向旋转振荡热管砂轮；

所述的注液槽(16)开设在刀杆槽(11)的槽底，所述的刀杆(2)下端设置有环形的刀杆密封槽(21)，刀杆密封槽(21)中安放刀杆密封圈(22)，所述的刀杆(2)插入刀杆槽(11)中固定时，刀杆密封圈(22)使刀杆(2)与刀杆槽(11)密封配合，同时将注液槽(16)密封于刀杆槽(11)中；

所述的刀杆(2)通过过盈配合、焊接或者螺纹与刀杆槽(11)固定连接；

步骤二中，两个环形压板(4)分别与砂轮本体(1)上下端面通过激光焊焊接，确保环形压板(4)与流道槽的密封性；

步骤三中，刀杆(2)装配入刀杆槽(11)中后利用激光焊焊接，确保刀杆(2)与注液槽(16)的密封性。

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