[發明專利]一種熱電制冷砂輪及其自冷凝微量水潤滑精密磨削系統

有效

• 申請號: 201811341002.1
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109249315B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 姚鵬;閆勇敢;黃傳真;劉含蓮;朱洪濤;郭立杰;岳義
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B24B49/14
• 分類號: B24B49/14;B24B55/02;B24B41/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種熱電制冷砂輪及其自冷凝微量水潤滑精密磨削系統，包括環形砂輪磨削層、制冷裝置和循環散熱裝置；工作時砂輪的磨削層對工件進行磨削產生熱量；本發明制冷部分采用熱電制冷片，通電后的熱電制冷片利用熱泵原理將磨削時產生的熱量傳遞到熱面，熱面上聚集的熱量通過循環散熱系統帶走。同時利用砂輪表面的低溫冷凝作用，將微量的冷凝水攜帶到磨削區，起到微量潤滑作用，實現自冷凝微量水潤滑磨削。本砂輪和磨削系統可安裝應用于包括平面磨床、外圓磨床和曲面磨床等在內各種類型的磨床。

技術領域

本發明屬于精密磨削領域，涉及一種利用熱電制冷片進行內部制冷的砂輪以及包括該砂輪的自冷凝微量水潤滑精密磨削系統。

背景技術

在砂輪磨削過程中，砂輪表面的磨粒與結合劑在磨削區對工件材料的劃擦和耕犁作用產生大量的磨削熱，磨削熱會改變被加工材料的表面質量與力學性質，甚至造成材料表面的燒傷；加速砂輪磨損，影響砂輪的壽命；使砂輪和工件產生熱變形，影響平面或各種曲面精密零件的幾寸精度或形狀精度，因此需要對磨削區進行降溫。目前最常用的降溫方法是利用磨削液直接噴射到磨削區附近，利用磨削液帶走熱量已到達為砂輪和工件降溫的目的。然而這種由于砂輪高速旋轉時地氣流場對磨削液的阻礙作用，磨削液并不能有效地對磨削區冷卻，難以精密地控制砂輪磨削時的溫度，流體動壓作用還會影響砂輪的半徑切深。隨著社會的不斷進步和人類對環境保護的意識逐漸提高，磨削液對環境的污染也逐漸引起了人們的注意。綠色磨削是一種綜合考慮資源優化利用和環境影響最小的磨削加工方式，目前存在的綠色磨削方式有全干式磨削技術、微量潤滑磨削技術、液氮冷卻磨削技術、氣體射流冷卻技術和固體潤滑技術。其中，全干式磨削技術由于不使用磨削液，所以可以完全消除磨削液帶來的負面影響，但是磨削過程中的冷卻、潤滑和排屑問題難以解決。微量潤滑磨削技術能夠對砂輪與磨屑和砂輪與工件的接觸面進行有效的潤滑，以減少摩擦和防止磨屑粘到砂輪上，有利于提高砂輪的磨削能力，延長使用壽命，改善磨削表面質量，但是目前微量潤滑主要采用各種無機冷卻潤滑油，彌散在空氣中對操作者的健康不利。液氮冷卻磨削技術采用液氮作為磨削液直接噴射到加工區，有利于提高砂輪的加工性能,并且可以顯著降低磨削區溫度,但是需配套的液氮冷卻循環系統，系統結構較復雜。氣體射流冷卻技術具有干磨削的優點，但是氣體壓力大切屑難以收集，并且氣體射流噪音難以解決。固體潤滑技術能有效減小磨削表面的摩擦系數,減少磨粒與工件的粘附磨損,進而減少磨削熱的產生,抑制表面燒傷，但是其溫度降溫能力有限。磨削液在使用過后難以重新利用，在設備上積累會產生污漬，廢舊磨削液會對環境造成危害，且無害化處理成本比較高。此外，磨削液中易揮發的化學物質會產生刺激性氣體，例如磨削液中常用的防銹劑三乙醇胺會刺激眼睛、六次甲基四胺等接觸皮膚時會引起皮炎和濕疹，這些都會嚴重地威脅到設備操作人員的身心健康。另外，在一些材料的磨削加工中，如樹脂基碳纖維復合材料，因常用的磨削液會造成材料力學性能下降，所以加工過程中不能使用常用磨削液。

發明內容

為了實現磨削過程中磨削區溫度的有效控制，并解決磨削液對環境污染的問題，本發明提出一種熱電制冷砂輪及包括該砂輪的自冷凝微量水潤滑精密磨削系統，本發明是一種利用熱電制冷原理對砂輪進行內部冷卻，并通過熱傳導實現對磨削區冷卻的系統。本發明采用的技術方案如下：

一種熱電制冷砂輪，包括環形砂輪磨削層、制冷裝置和循環散熱裝置；所述的環形砂輪磨削層固定到安裝了制冷裝置的輪轂上；所述的制冷裝置采用熱電制冷片，所述的熱電制冷片的冷面與環形砂輪磨削層接觸，磨削區的熱量以熱傳導的方式首先傳遞到砂輪磨削層內環上，再傳遞到熱電制冷片的冷面上，熱電制冷片的熱面與循環散熱裝置的冷卻液接觸，通過冷卻液的流動將熱量帶走。

進一步的，所述的循環散熱裝置包括位于熱電制冷環的冷面和熱面的測溫熱點偶、溫度控制系統和電液組合滑環。

所述的熱電制冷環通過導線與電液組合滑環的轉子導線出線端相連，電液組合滑環的定子導線出線端與電源相連，主要是為熱電制冷環的熱電制冷片和熱電偶供電，并傳輸熱點偶的信號；電液組合滑環的轉子固定在砂輪輪轂上，隨砂輪旋轉，定子固定在砂輪罩上保持靜止。