绿色干磨削用相变储热砂轮及其制造方法与流程

本发明涉及一种砂轮，属于磨具领域，具体的说，涉及了一种绿色干磨削用相变储热砂轮，还涉及一种制造该砂轮的方法。

背景技术：

磨削加工由于在去除材料过程中会将大部分的机械能转化为热能，若这些热量不能及时从磨削弧区疏导出去，由此产生的磨削高温极易引起工件表面热损伤、砂轮寿命缩短以及工件加工精度降低的恶劣后果。为达到及时冷却的目的，传统解决办法是在磨削加工中使用冷却液。但实际上，由于磨削弧区相对较为封闭，为了能够有效地将冷却液送入到磨削弧区强化换热，其用量和射流速度变得越来越大，而大量使用冷却液又会引发一系列负面问题，如废液处理不当将严重污染环境、大量使用冷却液将增加生产成本、能源消耗以及冷却液使用过程会对操作人员的身体健康造成损害等，这与当前的绿色制造理念相悖。

因此，在减少（或者无需）冷却液使用量的同时，如何实现有效降低磨削温度，这已成为磨削加工技术领域未来发展中必须兼顾的一个重要方面。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种设计科学、结构新颖、能够有效降低磨削温度的绿色干磨削用相变储热砂轮。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种绿色干磨削用相变储热砂轮，包括砂轮基体和设于所述砂轮基体外端的磨料，所述砂轮基体内靠近外端处设有环形管腔，所述环形管腔内端的基体中设置一圈储热元件，所述环形管腔内设置有常温下为液态的工质，所述砂轮基体内具有连通所述环形管腔和外界的抽气注液孔，所述砂轮基体上设置封堵所述抽气注液孔的封堵装置。

基上所述，所述砂轮基体包括底座和盖板，所述底座上设置环状凹槽，所述储热元件安装在所述环状凹槽的内侧，所述盖板与所述底座焊接固定并形成所述环形管腔。所述储热元件的外端面呈平面或波浪状或弧面。

基上所述，所述底座上沿轴向开设一操作孔，所述抽气注液孔自所述环形管腔依次穿过所述储热元件和所述底座至所述操作孔内，所述封堵装置为密封堵头，所述密封堵头安装在所述操作孔内，所述密封堵头的长度与所述操作孔的深度相等。

基上所述，它还包括抽气注液连接件，所述操作孔为通孔，所述抽气注液连接件的直径与所述密封堵头一致，所述抽气注液连接件内设置用于连通所述抽气注液孔和外界的L型穿孔。

基上所述，所述储热元件为圆环状结构的紫铜或铜合金，所述储热元件通过紧配合方式安装在所述底座的环形凹槽中。

基上所述，抽气注液连接件和所述密封堵头均采用具有3组密封圈及凹槽的径向动密封结构。

基上所述，所述操作孔大小为φ8-20mm，且表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述环形凹槽宽度为35-70mm，所述抽气注液孔的尺寸为φ1-2mm。

基上所述，所述储热元件的环形部分宽度为15-40mm；所述储热元件的外端面为平面或波浪状或弧面且所述的外端面经过喷丸处理。

制造上述绿色干磨削用相变储热砂轮的方法，包括以下步骤：

步骤1）、根据设计尺寸做出底座、盖板、储热元件、抽气注液连接件和密封堵头；

步骤2）、将储热元件装配在底座的环形凹槽中，并保证储热元件上的抽气注液孔段与底座上的抽气注液孔段对齐；之后将盖板装配在底座上，进行焊接固定；

步骤3）对焊缝进行真空检漏，若发现气孔进行补焊；

步骤4）对砂轮基体进行精加工，将其外圆和端面加工至尺寸要求；之后再对焊缝进行二次真空检漏，若发现气孔进行二次补焊，随后采用磨削方法去除砂轮表面的多余焊料；

步骤5）采用金刚石或立方氮化硼磨料进行电镀；

步骤6）将抽气注液连接件与密封堵头按同轴要求进行粘结并安装密封圈，再在密封圈与操作孔表面涂少量真空密封脂；随后将抽气注液连接件安装在底座的操作孔中，同时保证抽气注液连接件上的L型穿孔与底座上的抽气注液孔段对应；

步骤7）通过L型穿孔和抽气注液孔对环形管腔进行抽真空和注入工质，然后缓慢将密封堵头推移至替代抽气注液连接件的位置，环形管腔经抽真空、注入工质和尾封后形成环形热管；最后将密封堵头与抽真空注液连接件脱离，完成砂轮制造。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1、相对现有使用冷却液进行冷却的技术，本砂轮利用环形热管极高的传热性能，将磨削弧区的热量快速、持续的传递至基体内部的储热元件内，之后通过砂轮基体自身将上述热量疏导至周围环境中，由此实现降低磨削温度的目的，避免了使用大量冷却液所带来的一系列问题。本砂轮适用于各类材料的绿色干磨削加工。

2、环形管腔由凹槽和盖板经装配、焊接后形成，储热元件嵌于凹槽内，结构简单易成型。

3、设置抽气注液连接件，整体规格与堵头一致，L型穿孔与抽气注液孔对接后连通外界，通过堵头与抽气注液连接件的替换进行抽气、注液和封堵，结构简单易用，使得砂轮内部的环形热管制备过程简单。

附图说明

图1是本发明中绿色干磨削用相变储热砂轮的结构示意图。

图2是本发明中环形热管的相变储热原理图。

图3是本发明中抽气注液连接件的使用状态示意图。

图4-1、4-2、4-3是本发明中储热元件不同实施例中的结构示意图。

图中：1.底座；2.盖板；3.环形管腔；4.储热元件；5.工质；6.密封堵头；7.磨料；8.抽气注液连接件；9.L型穿孔；10.密封圈；11.抽气注液孔。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种绿色干磨削用相变储热砂轮，包括砂轮基体和设于所述砂轮基体外端的磨料7，所述磨料7为金刚石或立方氮化硼，并通过电镀方法固结在上述砂轮基体外圆面与端面位置。

所述砂轮基体包括底座1和盖板2，所述底座1上设置宽度为60mm的环状凹槽，所述环状凹槽的内侧通过紧配合方式（如过盈配合）安装环形的储热元件4，储热元件4可采用紫铜或铜合金等传热性能好的材料制作，储热元件4的外端面经过喷丸处理，所述储热元件4的环形部分宽度为30mm。

所述盖板2与所述底座1焊接固定并形成环形管腔3，所述环形管腔3内设置有常温下为液态的工质5。

如图4-1、4-2和4-3所示，在不同的实施方式中，所述储热元件4的外端面可以是平面或波浪状或弧面，设计为弧面或波浪状的目的是为了增加换热面积。

所述底座1上沿轴向开设一大小为φ15mm的操作孔，表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述储热元件4和所述底座1上开设连通操作孔和环形管腔3的抽气注液孔11，抽气注液孔11的尺寸为φ1.5mm，所述操作孔内安装密封堵头6。

如图3所示，为方便抽气和注液，设置抽气注液连接件8，将所述操作孔设置为通孔，所述抽气注液连接件8的直径与所述密封堵头6一致，所述抽气注液连接件8内设置用于连通所述抽气注液孔11和外界的L型穿孔9。所述抽气注液连接件和所述密封堵头6均采用具有3组密封圈10及凹槽的径向动密封结构。

具体使用时，将抽气注液连接件8插入操作孔内，并将L型穿孔对接抽气注液孔11，将外界与环形管腔3连通，通过外接设备抽真空，然后注入工质5，最后用密封堵头6密封，形成所述的环形热管。

根据砂轮的使用工况，所述环形热管依据中温热管进行制备，因此选用常温下为液体的工质5，如水、酒精、丙酮等，其工质5注入量为砂轮旋转时工质5在环形管腔3壁面上形成均匀液膜厚度为1-3mm所对应的体积量。

如图2所示，砂轮工作时，产生大量的磨削热，而环形热管的相变传热作用能够保证将热量迅速的传递至砂轮内部的储热元件4，储热元件4则进一步的将这部分热量吸收储存在自身，然后通过砂轮基体自身换热面积较大的特点，将热量逐渐传递至外界环境，实现砂轮磨削弧区的快速散热。

所述储热元件的储热能力按如下方法评估。由于上述环形热管及储热元件具有优良的导热性，假定砂轮内部（储热元件部分）的温度近似一致，此时砂轮的储热能力可按以下公式进行估算：

Q=cmΔT

其中：Q——存储的热量，J；

C——比热容，J/(kg·℃)；

M——质量，kg；

ΔT——砂轮吸热后储热元件内部的平均温升，℃。

这种砂轮在磨削时无需使用冷却液，同时能够利用砂轮自身内部的环形热管及储热元件4迅速地将磨削弧区的热量储存至砂轮内部，随后经砂轮不断地将热量疏导至周围环境，从而实现降低磨削温度的效果，特别适用于各类材料的绿色干磨削加工。

制造上述绿色干磨削用相变储热砂轮的方法，包括以下步骤：

步骤1）、根据设计尺寸做出底座1、盖板2、储热元件4、抽气注液连接件8和密封堵头6，选择合适尺寸及类型的密封圈10；

步骤2）、将储热元件4装配在底座1的环形凹槽中，并保证储热元件4上的抽气注液孔段与底座1上的抽气注液孔段对齐；之后将盖板2装配在底座1上，进行焊接固定；

步骤3）所述环形管腔3形成后需进行真空检漏，当环形管腔3的漏率低于0.5Pa/hour时，该环形管腔3的密封性满足要求。否则，通过对焊缝进行检漏和补焊方法提高其密封性。

步骤4）对砂轮基体进行精加工，将其外圆和端面加工至尺寸要求；之后再对焊缝进行二次真空检漏，若发现气孔进行二次补焊，随后采用磨削方法去除砂轮表面的多余焊料；

步骤5）采用金刚石或立方氮化硼磨料进行电镀；

步骤6）将抽气注液连接件8与密封堵头6按同轴要求进行粘结并安装密封圈10，再在密封圈10与操作孔表面涂少量真空密封脂；随后将抽气注液连接件8安装在底座1操作孔中，同时保证抽气注液连接件8上的L型穿孔与底座1上的抽气注液孔11段对应；

步骤7）通过L型穿孔和抽气注液孔11对环形管腔3进行抽真空和注入工质5，然后缓慢将密封堵头6推移至替代抽气注液连接件8的位置；最后将密封堵头6与抽真空注液连接件脱离，完成砂轮制造。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。