[發明專利]熱管砂輪工作狀態監測裝置與評價熱管砂輪啟動時間和換熱性能的方法

有效

• 申請號: 201210470364.7
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102962770A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 傅玉燦;陳琛;赫青山;陳佳佳;張瑋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24B49/14
• 分類號: B24B49/14;G01K7/04;G01L9/00;G01N25/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種熱管砂輪的工作狀態監測裝置與方法，適用于評價熱管砂輪的啟動時間和換熱性能，屬于難加工材料高效磨削加工領域。

背景技術

隨著航空航天技術的飛速發展，對諸如鈦合金、高溫合金等難加工材料零件的需求日益迫切，磨削加工由于可獲得較高的零件表面質量，往往作為零件的最終加工工序。但對上述材料進行磨削加工時，由于材料本身的導熱性能差，所消耗的能量大部分都以熱能的形式積聚在磨削弧區，如果不能及時將這些熱量疏導出去，磨削弧區的溫度會急速上升，過高的磨削溫度會導致工件表面的熱損傷，此外，還造成砂輪工具磨損速度加快。因此，為保證上述難加工材料的加工質量，其磨削加工效率往往很低。為了降低弧區溫度，常用的做法是向磨削弧區噴射大流量高壓磨削液，但由于砂輪高速回轉形成的氣障有效阻礙了磨削液進入磨削弧區，實驗結果發現其冷卻效果并不理想。?

在眾多的傳熱組件中，熱管的傳熱效率極高，有熱的“超導體”美稱。目前已有人將熱管技術運用到磨削加工中的弧區強化冷卻，并研制出一種新型磨具------熱管砂輪，其核心是基于環形回轉熱管的傳熱原理，使磨削弧區的熱量直接導入熱管蒸發端并經熱管迅速疏導出去，使冷卻的重心由工件轉向砂輪，以達到強化弧區換熱效果，降低磨削溫度目的，從而極大地提高難加工材料的材料去除率。

由于熱管砂輪的啟動時間與換熱性能受到諸如砂輪轉速、弧區熱流密度、工質條件等多種因素的影響，為了準確評價熱管砂輪在不同條件下的啟動時間與換熱性能，需要建立一套熱管砂輪工作狀態監測裝置，該裝置可定量模擬弧區熱源并準確測量熱管砂輪熱端和冷端內外壁溫度及熱管工作腔內氣壓變化。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱管砂輪工作狀態監測裝置與方法，該裝置通過模擬弧區熱源，在熱管砂輪中依次布置有測溫熱電偶，特別適用于不同影響因素（砂輪轉速、弧區熱流密度、工質條件等）條件下對熱管砂輪的啟動時間和換熱性能進行評價。

為實現以上技術目的，本發明將采取以下的技術方案：

一種用于熱管砂輪的工作狀態監測裝置，包括：

一砂輪回轉試驗機，包括一電動機和經一傳動機構連接的旋轉軸，在該旋轉軸上固定有一熱管砂輪，在熱管砂輪熱端以及冷端的內外壁分別設置有測溫熱電偶；

一高頻感應加熱裝置，設置在所述的熱管砂輪熱端外壁；

一電刷集流環系統，包括集流環系統以及與之相對應的電刷系統，其中集流環系統包括與所述測溫熱電偶連接的導電環；所述的電刷系統包括軸向進給裝置和電刷裝置，該電刷裝置包括與所述的導電環接觸的石墨棒；

一壓力傳感器，設置在所述的熱管砂輪的熱管內；

一信號采集處理器，用于采集所述的熱電偶測溫點及壓力傳感器輸出的電勢信號并轉換成相應的溫度或壓力信號。

所述熱管砂輪包括砂輪基體、砂輪端蓋、內密封圈、外密封圈、轉接頭以及堵頭，且所述熱管砂輪的外圓面為光滑面；所述砂輪端蓋通過所述內密封圈、所述外密封圈以及兩圈周向均布的內六角圓柱頭螺釘與所述砂輪基體相連；所述轉接頭通過兩個徑向密封圈和一個端面密封圈安裝在砂輪基體背面；所述堵頭通過一個徑向密封圈安裝在轉接頭內。

所述高頻感應加熱裝置采用交流電源，輸入功率0~6.6KW，通過調節感應線圈電流，能夠向與熱管砂輪熱端相對的外圓壁面提供0~100W/mm²的熱流密度；所述感應線圈采用雙回路方形紫銅管，與熱管砂輪熱端外壁間距為2mm。

所述軸向進給裝置由絲杠、手動旋鈕、墊塊、固定板、螺紋套、導軌以及推桿組成，所述螺紋套與所述推桿通過螺紋連接，且推桿左側開設有一圓孔，所述絲杠直徑較大的一端裝入該圓孔內且與圓孔底面有良好的貼合；所述推桿裝入所述導軌內，所述固定板旋入所述絲杠上，并與所述導軌通過內六角圓柱頭螺釘實現連接；另外，所述絲杠直徑較小的一端銑成方形并通過所述墊塊和開槽盤頭螺釘固定在所述手動旋鈕上。

所述電刷裝置還包括膠木支架、銅導線、彈簧和定位螺釘，所述的石墨棒置于膠木支架內，所述彈簧的一端與所述定位螺釘的臺階面貼合，另一端與所述石墨棒的底面貼合；所述銅導線的兩端分別錫焊在所述定位螺釘和所述石墨棒上。銅導線在焊接時應保證銅導線處于較為松弛的狀態。

所述集流環系統還包括膠木環，所述膠木環由兩圈周向均布的內六角圓柱頭螺釘安裝在砂輪基體槽內，且膠木環與基體端面相齊或略低于基體端面；所述黃銅環為五片，五片黃銅環安裝在膠木環與之相應的五個槽內，每片黃銅環由四個周向均布的開槽盤頭螺釘鎖緊在膠木環上。