一种新型低温氮气管道砂轮的制作方法

本发明属于砂轮磨削技术领域，具体涉及一种新型低温氮气管道砂轮。

背景技术：

缓磨和高效深切磨是现代的先进磨削技术，这些磨削工艺都是深切磨，在工艺实施的过程中容易形成磨削弧区的意外高温，造成工艺的不稳定性。由于在深切磨过程中由于磨削弧区偏大，冷却液进入近似封闭的磨削弧区极为困难，磨削弧区由于高温产生膜沸腾使得冷却液又与磨削弧表面产生隔绝，另外随着高速磨削技术的应用，砂轮高速旋转形成的风力场增加了冷却液进入磨削弧区的困难，这些都使得磨削弧区的强化换热非常困难。目前解决深切磨的主要方法是增大冷却液的喷射压力和流量，或者由砂轮内部径向喷射冷却液或者冷气，或者提高砂轮的导热能力；例如，文献《一种适于低温冷气内冷却的cbn砂轮的研制》2001年发表于期刊《金刚石与磨料磨具工程》采用砂轮径向喷射冷气的方法。专利号cn103128676a名称为《难加工材料干磨削用热管砂轮及制作方法》利用热管提高砂轮导热能力的方法，由于以上两种方法都可以解决磨削弧区的强化换热问题，但也随之产生了另外一些问题。低温冷气喷射的冷却方法限定了气体的环境友好性，即冷气不能对操作人员造成健康损害，这就限定了冷气的最低温度和无毒性条件，再加上外部冷却液的喷射条件，所以气体的喷射流量是有限制的。热管砂轮虽然砂轮整体结构紧凑，传热效率潜力巨大，但是由于砂轮高速旋转造成热管内部传热工质的流动状态极为复杂而影响了其传热效率。

基于以上问题，将现有冷源排放的冷却气体甚至液体引入砂轮内部封闭管道，并使其尽量接近磨削弧区就成为一种有效的强化换热方法。由于低温氮气温度极低，一般可达到零下70℃，液氮甚至可达到零下170℃，当冷却介质到达砂轮磨削壁面时极大地增加温度梯度，使得热流密度急剧增强，而且可以通过调节冷源的排放流量改变热流密度。这样就为深切磨的磨削弧区强化换热问题提供了一种有效解决途径。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种较高强化换热能力的具有内部冷却系统的新型低温氮气管道砂轮。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型低温氮气管道砂轮，包括砂轮基体、配气环、集气环、呈环形的轴承盖以及管接头，砂轮基体的其中一个端面上开设有用于安装配气环的环形凹槽，配气环与砂轮基体的端面密封连接，集气环位于配气环远离砂轮基体的一侧，集气环与砂轮基体和配气环之间均为滑动连接，集气环的顶端外侧设置有所述的呈环形的轴承盖且集气环与轴承盖之间为滑动连接，轴承盖与砂轮基体通过螺栓固定连接；

所述集气环靠近配气环的一端的端面上开设有环形进气管道和环形排气管道，集气环远离配气环的一端的端面上分别对应设置有与环形进气管道和环形排气管道相连通的管接头；

所述砂轮基体的外缘内部沿周向设置有若干个弧形管腔，每一个弧形管腔的两端分别与径向进气孔和径向排气孔的一端相连通，径向进气孔和径向排气孔的另一端分别贯穿配气环后对应与环形进气管道和环形排气管道相连通。

进一步的，分别与环形进气管道和环形排气管道对应连接的所述管接头分别通过连接管道与液氮罐和常温氮气收集装置对应连接。

进一步的，所述管接头的外侧设置有砂轮罩，该砂轮罩通过支架与集气环固定连接且连接管道贯穿该砂轮罩的端面。

进一步的，所述的配气环与砂轮基体两者相对的端面上以及集气环与轴承盖两者相对的端面上均对应开设有呈环形的滚道，其中，砂轮基体与轴承盖两者在滚道的外侧均设置有用于对球形滚动体进行限位的弹性保持架，球形滚动体安装在弹性保持架与滚道之间。

进一步的，所述弹性保持架由尼龙材料制成。

进一步的，所述集气环在靠近配气环的一端一体设置有一滑块，该滑块与配气环的端面上开设的滑道相匹配。

进一步的，所述滑块的纵截面呈三角形。

进一步的，所述砂轮基体的外缘外侧设置有一端盖，该端盖整体呈u型槽状结构并可拆卸的扣合在砂轮基体的外缘外侧，该端盖的两端在与砂轮基体的两个端面的接触处均设置有密封圈。

进一步的，所述端盖的外侧壁上覆盖有磨料层。

进一步的，所述的配气环与砂轮基体之间通过密封胶密封连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的换热机理简单，冷却管路封闭连续，冷却介质流动稳定可控，依靠外部冷源提供有利换热条件，极大地增加了砂轮本身的换热能力，使得换热工艺稳定可靠，从而保证深切磨的工艺稳定性，为深切磨的进一步推广应用奠定了工艺稳定性的基础，而且，本发明所述的砂轮制造过程相对简单，砂轮各零部件基本上不经过热加工或热处理等环节，砂轮的最终使用精度相对较高，砂轮各组件采用一般的传统机械加工即可，大大节约了制造成本，降低了加工难度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的局部剖视图；

图4是图2下半部分的局部放大图；

图5是图2上半部分的局部放大图；

图6是将本发明中的管接头与液氮罐和常温氮气收集装置的连接关系示意图；

图中标记：1、砂轮基体，2、磨料层，3、配气环，4、集气环，5、球形滚动体，6、弹性保持架，7、轴承盖，8、管接头，9、端盖，10、弧形管腔，11、径向进气孔，12、径向排气孔，13、环形进气管道，14、环形排气管道，15、滑块，16、滚道，17、液氮罐，18、常温氮气收集装置，19、支架，20、砂轮罩，21、环形凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种新型低温氮气管道砂轮，包括砂轮基体1、配气环3、集气环4、呈环形的轴承盖7以及管接头8，砂轮基体1的其中一个端面上开设有用于安装配气环3的环形凹槽21，配气环3与砂轮基体1的端面密封连接，集气环4位于配气环3远离砂轮基体1的一侧，集气环4与砂轮基体1和配气环3之间均为滑动连接，集气环4的顶端外侧设置有所述的呈环形的轴承盖7且集气环4与轴承盖7之间为滑动连接，轴承盖7与砂轮基体1通过螺栓固定连接；

所述集气环4靠近配气环3的一端的端面上开设有环形进气管道13和环形排气管道14，集气环4远离配气环3的一端的端面上分别对应设置有与环形进气管道13和环形排气管道14相连通的管接头8；

所述砂轮基体1的外缘内部沿周向设置有若干个弧形管腔10，每一个弧形管腔10的两端分别与径向进气孔11和径向排气孔12的一端相连通，径向进气孔11和径向排气孔12的另一端分别贯穿配气环3后对应与环形进气管道13和环形排气管道14相连通。

进一步优化本方案，分别与环形进气管道13和环形排气管道14对应连接的所述管接头8分别通过连接管道与液氮罐17和常温氮气收集装置18对应连接。

进一步优化本方案，所述管接头8的外侧设置有砂轮罩20，该砂轮罩20通过支架19与集气环4固定连接且连接管道贯穿该砂轮罩20的端面。

进一步优化本方案，所述的配气环3与砂轮基体1两者相对的端面上以及集气环4与轴承盖7两者相对的端面上均对应开设有呈环形的滚道16，其中，砂轮基体1与轴承盖7两者在滚道16的外侧均设置有用于对球形滚动体5进行限位的弹性保持架6，球形滚动体5安装在弹性保持架6与滚道16之间。

进一步优化本方案，所述弹性保持架6由尼龙材料制成。

进一步优化本方案，所述集气环4在靠近配气环3的一端一体设置有一滑块15，该滑块15与配气环3的端面上开设的滑道相匹配。

进一步优化本方案，所述滑块15的纵截面呈三角形。

进一步优化本方案，所述砂轮基体1的外缘外侧设置有一端盖9，该端盖9整体呈u型槽状结构并可拆卸的扣合在砂轮基体1的外缘外侧，该端盖9的两端在与砂轮基体1的两个端面的接触处均设置有密封圈。

进一步优化本方案，所述端盖9的外侧壁上覆盖有磨料层2。

进一步优化本方案，所述的配气环3与砂轮基体1之间通过密封胶密封连接。

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图1和图2所示，一种新型低温氮气管道砂轮，包括砂轮基体1及覆盖在其外侧壁上的磨料层2、配气环3、集气环4、球形滚动体5、弹性保持架6、轴承盖7、管接头8、端盖9等零件，如图3所示，砂轮基体1内近外缘处设有若干个圆周分布的弧形管腔10，弧形管腔10分别与径向进气孔11和径向排气孔12相连，如图4和图5所示（其中，图4为图2下半部分的局部放大图，图5为图2上半部分的局部放大图），配气环3将砂轮基体1上的径向进气孔11和排气孔12分别对应与集气环4上的环形进气管道13和环形排气管道14相连，环形进气管道13和环形排气管道14分别与一个管接头8相连，集气环4与配气环3通过纵截面呈三角形的滑块15进行贴合并隔绝环形进气管道13和环形排气管道14，球形滚动体5通过弹性保持架6被限定在轴承盖和配气环限定的球窝型结构内并被限定在集气环的滚道16上滚动。如图6所示，集气环4通过管接头8将环形进气管道13和环形排气管道14对应与液氮罐17和常温氮气收集装置18相连通。利用支架19将砂轮罩20固定于集气环4上，集气环4和管接头8以及支架19、砂轮罩20在砂轮基体1高速旋转时作为静止件，砂轮的其他组件将作为旋转件。

本发明的工作原理如下：

在磨削过程中，砂轮高速旋转后，打开液氮罐17的排气阀门，液氮排出后变成低温氮气依次进入管接头8、集气环4、配气环3，而后进入砂轮近外缘处的弧形管腔10内，将砂轮磨削壁面冷却到零下70℃以下，磨削弧区的热量迅速流向砂轮基体1并升高氮气的温度，这时由于环形进气管道13的压力较高，氮气带走热量的同时向环形排气管道14方向流动，再通过砂轮基体1径向排气孔12、配气环3、集气环4流出，并由氮气收集装置18储存。由于传热介质为低温氮气，极大地增加了砂轮磨削壁面的温度梯度，而且通过调节液氮罐17的阀门开度，或者调节液氮罐的泵后压力，则可以根据磨削工艺的具体条件改变氮气的流量，甚至直接注入液氮以增大热流密度。

本发明中在装配时配气环3与砂轮基体1放入结合面上涂抹密封胶，以保证配气环3与砂轮基体1之间的密封。在砂轮基体1高速旋转时，配气环3与集气环4的轨道贴合面15上涂抹低粘度的密封脂以保证冷热氮气之间的隔绝。

每次进行磨削时必须首先补充各运动副的润滑脂。包括配气环3轴承盖7上的球窝状结构以及保持架6和球形滚动体5，补充润滑脂的方法主要通过间隙注入并手动旋转以使润滑脂均匀分布。磨削时必须将砂轮旋转一定时间后方可通入氮气，以免冷气损坏轴承零件。

端盖9与砂轮基体1应保证密封。在螺栓连接的结合面处铺设一层0.1-0.2mm厚的尼龙密封垫圈，并在结合面及密封垫圈上涂抹密封胶。

在装配轴承盖9时，在轴承盖9与砂轮基体1的螺栓连接面采用不同数量的金属垫片以调节砂轮轴承的预紧。

砂轮装配好后可在砂轮外壁面上电镀磨粒层2，也可在壁面上分段粘接磨料层。这样砂轮各部件形成一个砂轮组件整体，可以方便的装卸在磨床主轴上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。