[實用新型]一種可調節超聲波振子空間位置的超聲振動機構及裝置

有效

• 申請號: 201721681379.2
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN207915123U
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 高騰;李長河;張仙朋;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;B24B55/02;B24B55/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

本實用新型公開了一種可調節超聲波振子空間位置的超聲振動機構及裝置，它解決了現有技術中未變形磨屑厚度對磨削過程有較大影響的問題，具有從微觀角度上充分考慮了單顆磨粒在磨削過程中去除材料時的潤滑狀態，有效地實現了超聲振動輔助磨削對提高納米流體微量潤滑冷卻潤滑效果的作用的有益效果，其方案如下：裝置包括一種可調節超聲波振子空間位置的超聲振動機構，該機構設于工作臺；納米流體微量潤滑磨削機構，設于所述工件固定臺上方；磨削力測量機構，包括測力儀和與測力儀連接的磨削力控制器，測力儀設于超聲振動機構的底部。

技術領域

本實用新型涉及磨削加工領域，特別是涉及一種可調節超聲波振子空間位置的超聲振動機構及裝置。

背景技術

隨著機械、汽車、航空航天、光學器件等廣闊的機械加工領域的不斷發展，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。傳統的磨削加工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。

微量潤滑(Minimum quantity lubrication,MQL)是使用噴嘴將極少量的潤滑液和壓縮氣體混合霧化后噴射到磨削區，起冷卻潤滑作用的一種磨削加工環保技術。當微量潤滑液被噴射進入磨削區時，高壓氣體可以實現冷卻和排屑作用，潤滑液帶走磨削加工產生的熱量，降低磨削區的溫度。而通過高壓氣體運輸到砂輪工件界面的潤滑液會黏附到工件和磨粒的表面，可以形成具有一定減摩抗磨效果的潤滑油膜，可以起到良好的潤滑效果，降低摩擦系數和比磨削能，從而降低磨削力。MQL加工技術可以說是結合了干式切削和澆注式磨削兩者的優點。一方面，磨削液的用量極少，MQL單位砂輪寬度磨削液流量為30～100ml/h。這不僅磨削液的用量只有傳統加工方法的千分之幾甚至萬分之幾，而且潤滑效果還有所提高。而且MQL磨削加工中采用的潤滑液可以為自然降解性較好的合成酯或植物油，潤滑液的處理的成本幾乎為零，以及對環境的污染和人體的傷害極低。另一方面，與干磨削相比，由于加入了潤滑介質，顯著改善了磨削區的潤滑狀態，降低了砂輪與工件間的摩擦，有效的提高了加工效率。

納米流體微量潤滑是對微量潤滑的一個升級與強化，其主要突出點為：在微量潤滑的基礎上，在可降解的基礎油中添加適量的納米粒子，從而配制成納米流體，然后與高壓氣體混合霧化后由噴嘴以小液滴的形式噴射到磨削區，進行冷卻潤滑作用。納米流體微量潤滑磨削便是根據上述理論，提出的一種新型高效、環保、清潔、低碳的潤滑方式。噴射到磨削區的納米流體和壓縮氣體的混合物，其中壓縮氣體起到冷卻、排屑和攜帶潤滑液的作用；而納米流體扮演潤滑和減摩抗磨的作用。納米流體MQL不僅解決了磨削區潤滑液冷卻性能的不足，更對潤滑性能有著顯著的提升。雖然納米流體微量潤滑有如此好的冷卻潤滑效果，但是與澆注式潤滑方式相比較，納米流體很難對工作中的磨粒形成全方位的潤滑，具體來說，納米流體很難進入到磨粒與工件之間的間隙以及磨粒與磨屑之間的間隙，而產生大量磨削熱，進而在工件表面產生嚴重的表面燒傷，也加劇磨屑對磨粒的粘附和砂輪的堵塞。