[發明專利]砂輪氣流場輔助注入磨削液的方法及裝置

有效

• 申請號: 201110321143.9
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102430982A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 侯亞麗;李長河
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B24B57/02
• 分類號: B24B57/02;B24B55/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于機械加工中磨削液的供給方法，即一種砂輪氣流場輔助注入磨削液的方法及裝置。

背景技術

磨削加工，去除單位材料體積所消耗的能量遠大于其它切削加工方法，在磨削區產生大量的熱，這些熱傳散在切屑、刀具和工件上。磨削熱效應對工件表面質量和使用性能影響極大。特別是當溫度在砂輪/工件界面上超過某一臨界值時，就會引起表面的熱損傷(表面的氧化、燒傷、殘余拉應力和裂紋)，其結果將會導致零件的抗磨損性能降低，抗疲勞性能變差，從而降低了零件的使用壽命和工件可靠性。此外，磨削周期中工件的累積溫升，導致工件尺寸精度、形狀精度誤差和砂輪的使用壽命降低。因此，有效控制磨削區的溫度降低工件表面熱損傷，是研究磨削機理和提高被磨零件表面完整性的重要課題。

在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因為它具有潤滑、冷卻、清洗、防銹、降低磨削力和改善工件表面質量等功效，是磨削加工過程不可缺少的生產要素之一。

為了降低磨削區的溫度，生產上廣泛采用向磨削區切向供給大流量磨削液的澆注式供液法降低磨削區溫度。但這種供液方法由于砂輪高速旋轉形成的“氣障”使磨削液進入磨削區十分困難，實際進入砂輪/工件之間的“有效流量率”僅為噴嘴流量的5％-40％，大量的磨削液根本無法進入砂輪/工件界面，磨削液只是起到冷卻工件基體的作用，造成磨削燒傷和工件表面完整性惡化。因此，采用恰當的注入方法，增加磨削液進入磨削區的有效部分，提高冷卻和潤滑效果，對于改善工件質量，減少砂輪磨損，極其重要。

目前改進的磨削液注入方法有：空氣擋板輔助截斷氣流法、高壓噴射法、砂輪內冷卻法、徑向射流沖擊強化換熱法等。空氣擋板輔助截斷氣流法是在砂輪外周面及側面設置可調節的空氣擋板，阻礙空氣向弧區快速流動。擋板與砂輪表面間隙應盡量小，隨砂輪直徑的減小能連續地調整。采用空氣擋板，砂輪表面可以更好的被潤濕，還可防止磨削液向兩旁飛濺。高壓噴射法是提高供給磨削液的壓力，把磨削液高速噴出，使其能沖破氣流屏障進入弧區，將磨削熱迅速帶走，一般使用壓力在幾MPa。砂輪內冷卻法是利用砂輪徑向孔供液或利用砂輪盤的側孔供液。利用離心力滲漏作用將磨削液通過砂輪氣孔從周邊甩出，進入磨削區。系統需配置高精度的過濾裝置，以免砂輪堵塞。徑向射流沖擊強化換熱法利用開槽CBN砂輪的徑向小孔高壓噴射磨削液，使磨削液以很高速度(可達100m/s)，接近垂直地沖擊弧區工件表面。由于高壓射流可以輕易沖破已形成汽膜的阻擋，確保磨削液與工件表面的持續接觸，因而就有條件突破成膜沸騰的障礙，使磨削弧區溫度降低，這種冷卻液注入方法不受砂輪氣障的影響，換熱效率高，缺點是工作時砂輪易產生振動，導致加工工件精度和表面質量降低，而且供液系統結構復雜，成本高。

氣流場是磨削加工存在砂輪周邊的必然現象，在砂輪高速旋轉條件下，為了實現對磨削區的冷卻，沖走切屑，磨削液的噴注必須有足夠大的能量，磨削液的供液速度、壓力均比澆注式成倍增加，以沖破砂輪周圍的高速氣流，使磨削液抵達磨削區。

以上分析均是在磨削液供給的過程中如何克服砂輪氣流場，沖破砂輪氣障層的影響，克服砂輪氣流場的能量而使磨削液有效注入磨削區。

發明內容

本發明的目的是為解決上述問題，提供一種砂輪氣流場輔助注入磨削液的方法及裝置，該方法是將供給磨削液噴嘴的位置設在楔形磨削區氣流場返回流之上，且與砂輪圓周相切，噴嘴噴出磨削液的速度和砂輪圓周速度相等，借助砂輪速度和在楔形磨削區氣流場壓力和速度的迅速增高獲得的能量，輔助磨削液注入切削區。

上述目的是由以下技術方案實現的：

一種砂輪氣流場輔助注入磨削液的方法，將供給磨削液的噴嘴出口位置設置在楔形磨削區氣流場返回流之上，且該位置與砂輪圓周相切；噴嘴噴出磨削液的速度和砂輪圓周速度相等，借助砂輪速度和在楔形磨削區氣流場壓力和速度的迅速增高獲得的能量，將輔助磨削液注入切削區。

所述噴嘴的出口位置距離砂輪1表面0.5-1mm；噴嘴出口與工件間距離為60-120mm。

所述噴嘴位于以所述砂輪中心為坐標原點的第二象限內-20至-80度圓心角區域內。

所述的楔形磨削區氣流場壓力的數學模型為：