[實用新型]超聲波振動輔助磨削的納米流體微量潤滑實驗系統

有效

• 申請號: 201721161360.5
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN207431892U
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 高騰;張仙朋;李長河;張彥彬;楊敏;賈東洲;侯亞麗
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本實用新型公開了一種超聲波振動輔助磨削的納米流體微量潤滑實驗系統，包括：磁力工作臺，工件夾具，測力儀和超聲波振動裝置；超聲波振動裝置包括：切向超聲波振動裝置、軸向超聲波振動裝置、可振動底座和固定在可振動底座上的徑向壓電陶瓷片；切向超聲波振動裝置和軸向超聲波振動裝置分別固定在可振動底座上；同時分別通過支架固定在磁力工作臺上，所述測力儀固定在可振動底座上，工件夾具固定于測力儀上；本實用新型有益效果：實現了磨削力和磨削溫度的同時在線檢測，即節省了時間，又避免了因多次裝配而引起的加工誤差。

技術領域

本實用新型涉及磨削加工領域，具體涉及一種超聲波振動輔助磨削的納米流體微量潤滑實驗系統。

背景技術

隨著機械、汽車、光學、航空航天等領域高端裝備的不斷發展，出現了一大批性能要求越來越高的零部件，精密和超精密加工技術占有越來越重要的地位。這些零部件對硬脆性材料、難加工材料和新型先進材料的需求日益增多，對關鍵零件的加工效率、加工質量和加工精度提出了更高的要求。傳統的磨削加工不可避免產生嚴重的加工變質層和表面裂紋，磨削過程中產生較大的磨削力以及較高的磨削溫度，加劇了砂輪的磨損和加工表面的損傷；嚴重制約著零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工藝來解決此類問題。超聲波振動輔助磨削的納米流體潤滑是解決此類問題的方法之一。

超聲振動磨削是建立在振動理論和切削理論等基礎上的復合加工方法，這種磨削方法與以往的磨削根本區別在于磨削過程中由超聲波發生器產生的高頻電振蕩信號經超聲換能器轉換成超聲頻機械振動，超聲振動振幅由變幅桿放大后驅動工具砂輪產生相應頻率的振動，使刀具對工件進行周期性的切削，即工具砂輪在高速旋轉磨削的同時也對其產生高頻振動。當給工藝系統加上超聲波振動以后，磨粒與工件各接觸表面的相互作用條件都與普通磨削有很大區別。超聲振動磨削的特殊機理使磨削效率顯著提高、磨削溫度降低、砂輪的使用壽命延長，同時超聲振動磨削改善了對難加工材料的磨削能力。而且超聲波振動促使磨粒產生斷續切削作用，而沖擊載荷促使工件材料更容易卷積，在切削區生成較多的微觀裂紋擴展促使磨削力以及摩擦系數減小。磨削過程中材料的塑性變形主要發生在滑擦和耕犁作用階段，由于超聲波振動磨削是一種脈沖式的斷續磨削，促使滑擦和耕犁比例相對減小，從而比磨削能減小，表面熱損傷也顯著降低。

納米流體微量潤滑磨削加工繼承了微量潤滑磨削加工的所有優點，又解決了微量潤滑磨削的換熱問題，是一種綠色環保、高效低耗的磨削加工技術。基于固體換熱能力大于液體，液體換熱能力大于氣體的強化換熱理論，將一定量的納米級固體顆粒加入到可降解的微量潤滑油中生成納米流體，通過高壓空氣將納米流體進行霧化，并以射流的方式送入磨削區。高壓空氣主要起冷卻、除屑和輸送流體的作用；微量潤滑油主要起潤滑作用；納米粒子增加了磨削區流體的換熱能力，起到了冷卻作用，同時，納米粒子具有良好的抗磨減摩性能特性和高的承載能力，因而，進一步提高了磨削區的潤滑效果，使工件表面質量和燒傷現象得到顯著改善，提高了砂輪的使用壽命，改善了工作環境。

現有技術中公開了一種超聲振動三維螺線磨削方法，其砂輪軸向的超聲振動使磨粒在工件表面上的軌跡相互干涉，從而實現了粗糙度的降低；同時砂輪徑向的超聲振動導致磨粒的最大切削深度增加，磨粒發生斷續性切削作用，從而實現磨削力的降低以及材料去除率的提高。該方法可提高加工表面質量，減少表面損傷，提高生產效率，因此適用于難加工材料的高效精密加工。但是此方法并沒有冷卻與潤滑的輔助磨削裝置，將會有大量磨削熱，而并沒有很好的冷卻效果。也不能方便準確的測量各個方向的磨削力和磨削溫度的在線檢測，沒有對磨削狀態進行實時監控。磨削力和磨削溫度是評價磨削效果的關鍵因素，通過對磨削力和磨削溫度的精確測量以及對實驗數據的分析，可為磨削加工提供指導。

現有技術公開了一種多角度二維超聲波振動輔助納米流體微量潤滑磨削裝置，該裝置將可變角度的二維超聲波振動技術應用于磨削加工中，通過調節兩個超聲波振子的角度產生不同的合振方向，以此來改變磨粒與工件的相對運動軌跡。但是此超聲波振動輔助磨削裝置結構較復雜，測力儀和工件安裝定位不方便，工藝系統剛度和定位穩定性不高；并且，該裝置既能夠提供軸向與切向這一種軌跡合成方式，限制了裝置的磨削效果。