CN114193342A - 一种基于组合仿生思想的结构化砂轮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于组合仿生的结构化砂轮，属于结构砂轮技术领域，其目的在于通过组合仿生结构抑制气流扰动产生的气障，提高磨削液的利用率使其更均匀的进入磨削区域。从而达到降低磨削温度，加快排屑效率、改善砂轮的磨削性能，提高工件的加工质量的作用。本发明包括磨粒簇的仿生形貌和仿生排布。磨粒簇的仿生形貌为草鱼体表鱼鳞结构，借鉴了其结构优异的流体力学特征，对流体流动具有引导的作用。磨粒簇的仿生排布为叶序排布，根据其排布具有优异的均匀特性，将磨粒簇布置在砂轮表面，使得砂轮在进行磨削加工时磨削液利用率更高、散热性好、磨屑堵塞少。
Description
技术领域
本发明涉及结构砂轮技术领域，尤其涉及一种组合仿生结构化砂轮。
背景技术
磨削在机械加工尤其是精密加工中应用十分广泛。砂轮在磨削时的高速旋转使磨削区产生较高的磨削温度，需要磨削液进行冷却，但是砂轮的高速转动和砂轮上磨粒的无序排布引起了磨削区的空气扰动。这种空气扰动阻碍了冷却液进入磨削区，冷却液的低利用率使磨削过程中的高温问题无法解决，导致工件表面产生热损伤，同时无法及时排出磨屑，使磨屑堵住气孔，以上这些问题导致砂轮寿命和工件质量降低。现有的解决方法是通过增大磨削液的供给量，改变磨削液喷嘴的形状以及磨削液成分，达到改善冷却、润滑和排屑的作用。但这些方法磨削液利用率低，没有做到真正的绿色、高效加工，较差的冷却、润滑、排屑也成为制约砂轮发展的关键问题。本发明拟将仿生学理念引入到砂轮的设计中，达到提高磨削液利用率，降低磨削力和磨削温度，强化润滑性能，加快排屑效率，延长刀具的使用寿命的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色，高效的结构砂轮。
本发明技术方案如下：
本发明包括磨粒簇的仿生形貌和仿生排布，所述仿生形貌通过电镀技术加工所得。所述磨粒簇借鉴了草鱼体表鳞片优异的流体力学特征，仿生排布借鉴了叶序很好的几何互补性和均匀性的排布特点，仿生结构为基于叶序排布在砂轮表面布置鱼鳞形磨粒簇。
本发明的仿生排布的设计思想来源于叶序排布。叶序排布有很好的几何互补性和均匀性，满足有序排布砂轮对磨粒排布不能过于分散和集中的要求，服从叶序排布的磨粒簇相互之间的间隙为磨削液流入磨削区域提供了空间，从而有效地降低了磨削力和磨削温度，提升了磨削质量，同时也提升了润滑效果，降低了砂轮的磨损。
叶序排布的柱面坐标方程式：
ρ，
H为叶序点的圆柱坐标，
R为叶序的基圆半径，
n为叶序点在圆柱上的序数，
h是叶序系数，
α是发散角，既相邻两个叶序点的螺旋升角。
本发明的磨粒簇的设计思想来源于草鱼体表的鳞片形状，通过对草鱼的生活环境的观察，发现鳞片的特殊形状对流体阻力小，具有抑制流场扰动、平均对流传热系数大、抗附着等优秀的流体力学特征。将这一特点进行优化，融合到砂轮磨粒簇的设计中，使得所得砂轮在进行磨削加工时正确引导磨削液的流向，减少了磨削液的浪费，磨削液充分进入磨削区域降低了磨削温度，同时使磨屑得到了及时充分的清理，提高了加工工件的质量和砂轮的寿命。
本发明的有益效果为：将叶序排布和鱼鳞结构的组合仿生学理念引入到砂轮的设计中，有效提高磨削液的利用率，增强磨削液在磨削过程中冷却、润滑、排屑功效，提高被加工工件的加工精度，延长刀具的使用寿命，减少磨削力，减小比磨削能，提高磨削效率。
附图说明
图1为本发明组合仿生结构化砂轮立体图
图2为本发明组合仿生结构化砂轮表面展开示意图
图3磨粒簇的鱼鳞结构平面图
具体实施方式
下面结合附图给出的实例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示组合仿生结构化砂轮立体图，所述组合仿生结构化砂轮①包括磨粒簇②，所述的磨粒簇在所述组合仿生结构化砂轮表面上按柱状叶序排布布置，沿中心轴螺旋上升排布。最终的组合仿生砂轮的外径为200mm，内径为32mm，宽度为25mm。
如图2所示组合仿生结构化砂轮表面展开示意图，所述磨粒簇按叶序排布，发散角α＝2πτ2≈137.508°，叶序系数h＝0.3。
如图3所示磨粒簇放大图，所述磨粒簇的仿生形貌由草鱼鱼鳞优化所得，所述磨粒簇的结构尺寸为：4mm×8mm。出粒高度为2mm。磨粒尺寸为80#。
将砂轮进行退火处理并由数控车床车削进行加工制造，再采用带有刀具的刻字机雕刻出具有叶序排布特性的鱼鳞形状贴纸，对贴纸进行热处理使其能够粘贴在砂轮的表面。利用电镀技术在化学试剂池中进行磨粒加工。
Claims (4)
1.一种基于组合仿生思想的结构化砂轮，其特征在于磨粒簇的仿生形貌和仿生排布，所述仿生形貌通过电镀技术加工所得，所述磨粒簇借鉴了草鱼体表鳞片优异的流体力学特征，仿生排布借鉴了叶序很好的几何互补性和均匀性的排布特点，仿生形貌为基于叶序排布在砂轮表面布置鱼鳞形磨粒簇，叶序排布的柱面坐标方程式为，
ρ，
H为叶序点的圆柱坐标，
R为叶序的基圆半径，
n为叶序点在圆柱上的序数，
h是叶序系数，
α是发散角，既相邻两个叶序点的螺旋升角。
2.根据权利要求1，所述磨粒簇具有草鱼体表鳞片抑制流场扰动、平均对流传热系数大、抗附着等流体力学特点。
3.根据权利要求2，所述磨粒簇为鱼鳞形状，结构尺寸为4mm×8mm，结构砂轮的有效磨削高度为2mm。
4.根据权利要求1，所述磨粒簇的排布为叶序排布，鱼鳞状磨粒簇按照叶序的柱面排布在砂轮表面呈螺旋上升，发散角α＝2πτ2≈137.508°，叶序系数h＝0.3。
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