一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮，属于砂轮加工技术领域。


背景技术：

[0002]
在机械加工中，磨削仍然是最重要的加工工艺之一。磨削加工中所消耗的能量大部分以热能的形式积聚在磨削弧区，极易造成砂轮和工件的烧伤、报废。因此磨削时多采用切削液浇注磨削弧区，并为了提高切削液的润滑性能，往往还加入添加剂，切削液中的添加剂多为有毒、有害物质。另外，磨削过程中砂轮高速旋转所形成的气流屏障会阻碍切削液进入磨削弧区，同时切削液在磨削高温的作用下产生大量有毒烟雾，对环境危害很大。
[0003]
在切削加工的冷却方式中，切削液冷却技术是最传统和应用最广泛的方式，但是切削液在制造、使用、处理及排放等各个阶段均会对环境造成严重污染，其应用将会受到严格限制。mql技术、低温冷风技术，雾化冷却技术、液体射流润滑技术等准干式切削技术取得了一定效果，但也存在系统复杂、冷却介质不持续和仍存在少量污染等问题。
[0004]
纳米微粒涂层润滑在涂层刀具中已经实现了良好的效果，但由于砂轮表面磨粒多刃性，使得对砂轮表面进行像刀具那样进行涂层困难较大。砂轮“硬”涂层时，存在润滑剂润滑性能降低、润滑剂析出性差和作用时间短等问题，使得涂层润滑效果不明显。而要进行砂轮“软”涂层时，存在润滑剂涂层易脱落和堵塞砂轮等问题，高温分泌冷却润滑过程是复合冷却润滑体的析出、富集及在摩擦表面形成润滑膜层的过程。
[0005]
干磨削，环境污染小，工艺简单，但冷却性能不足，对机床等装备要求高。冷风、液氮和mql微量润滑技术，环境污染小，但需要专用的冷风和液氮使用装置。固体涂层砂轮润滑技术，可越过砂轮气流屏障，有减摩性能，但冷却性能不高，润滑剂不能持续析出。内冷砂轮磨削加工可越过气流屏障，存在转动不平衡、冷却液浪费问题。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的在于提供一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007]
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮，包括砂轮主体，所述砂轮主体中心处开设有砂轮中心孔，所述砂轮主体外壁固定设有砂轮磨粒，所述砂轮主体内部开设有多组以砂轮中心孔为轴向外延伸的一级主孔隙，所述一级主孔隙背离砂轮中心孔的一端贯穿砂轮主体外壁，所述砂轮内部开设有多组砂轮毛细孔隙，所述砂轮毛细孔隙围绕在一级主孔隙周围，且砂轮毛细孔隙与一级主孔隙相贯通。
[0008]
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一级主孔隙孔径为0.3mm至 0.5mm，所述砂轮毛细孔隙的孔径小于一级主孔隙的孔径。
[0009]
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述砂轮毛细孔隙包括二级孔隙和三级孔隙，所述二级孔隙孔径为0.08mm至0.15mm，所述三级孔隙孔径小于 0.08mm。
[0010]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0011]
本实用新型借鉴生物体发汗原理使纳米流体在磨削高温和离心力的作用下分泌到砂轮表面形成一薄膜层，砂轮表面持续获得与磨削状况匹配的冷却润滑薄膜，为砂轮提供连续、高效的润滑减摩和冷却换热能力，实现适量定区域精准冷却润滑、减少磨削摩擦、降低磨削温度、抑制砂轮磨损和提高工件表面质量的目的。
附图说明
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图1为本实用新型的结构示意图。
[0013]
图中：1、砂轮磨粒；2、砂轮中心孔；3、一级主孔隙；4、砂轮毛细孔隙。
具体实施方式
[0014]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0015]
请参阅图1，本实用新型提供了一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮，包括砂轮主体，砂轮主体中心处开设有砂轮中心孔2，砂轮主体外壁固定设有砂轮磨粒1，砂轮主体内部开设有多组以砂轮中心孔2为轴向外延伸的一级主孔隙3，一级主孔隙3背离砂轮中心孔2的一端贯穿砂轮主体外壁，砂轮内部开设有多组砂轮毛细孔隙4，砂轮毛细孔隙4围绕在一级主孔隙3周围，且砂轮毛细孔隙4与一级主孔隙3相贯通。
[0016]
一级主孔隙3孔径为0.3mm至0.5mm，砂轮毛细孔隙4的孔径小于一级主孔隙3的孔径。
[0017]
砂轮毛细孔隙4包括二级孔隙和三级孔隙，二级孔隙孔径为0.08mm至 0.15mm，三级孔隙孔径小于0.08mm。
[0018]
一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮制备方法，包括步骤一：在砂轮制作压制模具内预先放置网状管路，且网状管路所用的材质遇到高温即融化挥发；步骤二：将制作砂轮的材料融化混合后注入模具进行轧膜成型；步骤三：将压制成型的砂轮放入干燥箱内进行加温；步骤四：将压制成型的砂轮放入高温真空烧结炉中进行高温烧结，出炉成型。
[0019]
步骤一中网状管路包括一级管路和二级管路，一级管路设有多组，且以模具内腔中轴线为轴呈环形分布，一级管路端头延伸至砂轮制作压制模具内壁，二级管路围绕在一级管路四周，且一级管路和二级管路相互连接。
[0020]
一级管路直径为0.3mm至0.5mm，二级管路直径为0.08mm至0.15mm，一级管路和二级管路材质为可熔聚四氟乙烯塑料，还包括三级毛细管路，三级毛细管路直径小于0.08mm，材质为造孔剂，三级毛细管路由造孔剂材料在烧结过程中形成。
[0021]
二级管路与三级毛细管路的连通率由二级管路的分布密度和造孔剂材料的体积比决定。
[0022]
二级管路与三级毛细管路的连通率越高，二级管路的分布密度和造孔剂材料的体积比越小。
[0023]
步骤三中加温温度为200℃至300℃。
[0024]
下面将具体阐述本实用新型的工作流程：有序控制方式为在砂轮组分粉末进行压
制成型时，在压制模具内预先放置按照孔隙结构设计的由造孔剂材料制成的网状管路，在一定压力压制成型时保证不能破坏网路结构，压制成型后放干燥箱后高温干燥，在200至300℃时，该管路结构融化挥发，然后再将砂轮粉体压制体放入高温真空烧结炉中进行高温烧结。
[0025]
网络主孔隙和毛细孔隙的尺寸、形状和分布由造孔剂材料网状管路模型决定，一级主孔隙和二级主孔隙由可熔塑料丝决定，可熔聚四氟乙烯塑料按照设计要求缠绕成特定结构，三级孔隙即毛细孔隙造孔剂材料由造孔剂 (caco3，tih2，nh4hco3等)颗粒造孔剂、成型剂、成型胶及辅助材料组成，首先由直径为0.5m的可熔聚四氟乙烯塑料丝材料制作成不同长度和不同直径的细管，布置主孔隙管路，然后在主孔隙管路上缠绕直径为0.1塑料丝二级孔隙管路而成，三级毛细管路由造孔剂材料在烧结过程中形成，二级孔隙与三级孔隙的连通率由二级管路塑料丝的分布密度、造孔剂材料的体积比决定。
[0026]
可控渗浸装置由压力泵、控制器、管路、阀门、压力表、储液桶等组成。纳米流体渗浸砂轮工艺采用压力控制法，孔隙互通烧结砂轮首先与渗浸装置管路联通在高压泵的作用下排除管路内部的杂质和挥发物，利用干燥的压缩空气或惰性气体，对纳米流体施加一定压力，使纳米流体迅速渗透并充满孔隙互通烧结砂轮构内部，采用高压渗浸技术，不论砂轮孔隙大小疏密，均能浸透。
[0027]
压力渗浸砂轮装置主要由控制器、气泵、干燥电炉、浸料筒、贮料筒、过滤器、吸尘干燥器和粉泵等部分组成，干燥电炉拟采用呈圆形或椭圆形的密封金属箱，采用热油加热或电感应加热法，筒的外表包绝热层，筒上面装有压力表、温度计、安全阀等，此外，还安装引出线瓷柱，以测量线圈的绝缘电阻。
[0028]
浸料筒设计为圆形，用厚钢板制成，筒上装有压力表、真空表、观察窗、安全阀。浸料筒与干燥炉做成一体的，贮料筒与浸料筒相似，须装搅拌器，用防爆电动机带动。通过纳米流体过滤器与浸料筒相通，并有阀门控制，过滤器主要过滤纳米微粒流体中的杂质，吸尘干燥器主要对压缩空气必须过滤，去除其中水分和尘垢，拟采用硅胶作干燥剂，用玻璃纤维过滤杂质。
[0029]
分析纳米流体在线输运工艺技术，优化设计磨削液供给液流路线，并使用光电编码器和单片机等实现纳米流体智能可控供给，组装控制主板、电机、纳米流体料筒、纳米流体回收桶、液体泵、控制阀、烧结砂轮和管路等元件，制备出基于磨削温度信号和磨削振动等多信号反馈控制的纳米流体在线渗浸系统。
[0030]
外喷时砂轮高速旋转形成的气流屏障阻碍冷却液有效进入磨削弧区，烧结砂轮结构使冷却润滑介质通过砂轮内部析出到磨削弧区。
[0031]
综上所述，本实用新型一种仿汗腺结构内分泌冷却烧结砂轮，基于钛合金等难加工材料的磨削加工特点，提出了孔隙互通汗腺结构烧结砂轮，根据生物体汗腺结构特征，通过有序通孔控制，制备出具有一定形状、尺寸和分布，且互相贯通为网络状主孔隙和毛细孔隙，并开口于内外表面的介观尺度孔隙结构的烧结砂轮，通过可控渗浸装置在砂轮孔隙中渗浸高温时具有良好熔化、冷却、润滑性能的纳米微粒复合流体，磨削加工时，在磨削热的驱动下，以生物体汗液分泌的模式将贮存在烧结砂轮介观尺度孔隙中的纳米流体分泌至磨削界面，形成润滑膜层起到冷却润滑作用。
[0032]
通过在线可控渗浸砂轮装置，将纳米微粒复合流体渗浸到砂轮内部，借鉴生物体
发汗原理使纳米流体在磨削高温和离心力的作用下分泌到砂轮表面形成一薄膜层，并实时监测磨削状况反馈控制渗浸装置，砂轮表面持续获得与磨削状况匹配的冷却润滑薄膜，为砂轮提供连续、高效的润滑减摩和冷却换热能力，实现适量定区域精准冷却润滑、减少磨削摩擦、降低磨削温度、抑制砂轮磨损和提高工件表面质量的目的。
[0033]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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