[发明专利]砂轮气流场辅助注入磨削液的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于机械加工中磨削液的供给方法，即一种砂轮气流场辅助注入磨削液的方法及装置。

背景技术

磨削加工，去除单位材料体积所消耗的能量远大于其它切削加工方法，在磨削区产生大量的热，这些热传散在切屑、刀具和工件上。磨削热效应对工件表面质量和使用性能影响极大。特别是当温度在砂轮/工件界面上超过某一临界值时，就会引起表面的热损伤(表面的氧化、烧伤、残余拉应力和裂纹)，其结果将会导致零件的抗磨损性能降低，抗疲劳性能变差，从而降低了零件的使用寿命和工件可靠性。此外，磨削周期中工件的累积温升，导致工件尺寸精度、形状精度误差和砂轮的使用寿命降低。因此，有效控制磨削区的温度降低工件表面热损伤，是研究磨削机理和提高被磨零件表面完整性的重要课题。

在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因为它具有润滑、冷却、清洗、防锈、降低磨削力和改善工件表面质量等功效，是磨削加工过程不可缺少的生产要素之一。

为了降低磨削区的温度，生产上广泛采用向磨削区切向供给大流量磨削液的浇注式供液法降低磨削区温度。但这种供液方法由于砂轮高速旋转形成的“气障”使磨削液进入磨削区十分困难，实际进入砂轮/工件之间的“有效流量率”仅为喷嘴流量的5％-40％，大量的磨削液根本无法进入砂轮/工件界面，磨削液只是起到冷却工件基体的作用，造成磨削烧伤和工件表面完整性恶化。因此，采用恰当的注入方法，增加磨削液进入磨削区的有效部分，提高冷却和润滑效果，对于改善工件质量，减少砂轮磨损，极其重要。

目前改进的磨削液注入方法有：空气挡板辅助截断气流法、高压喷射法、砂轮内冷却法、径向射流冲击强化换热法等。空气挡板辅助截断气流法是在砂轮外周面及侧面设置可调节的空气挡板，阻碍空气向弧区快速流动。挡板与砂轮表面间隙应尽量小，随砂轮直径的减小能连续地调整。采用空气挡板，砂轮表面可以更好的被润湿，还可防止磨削液向两旁飞溅。高压喷射法是提高供给磨削液的压力，把磨削液高速喷出，使其能冲破气流屏障进入弧区，将磨削热迅速带走，一般使用压力在几MPa。砂轮内冷却法是利用砂轮径向孔供液或利用砂轮盘的侧孔供液。利用离心力渗漏作用将磨削液通过砂轮气孔从周边甩出，进入磨削区。系统需配置高精度的过滤装置，以免砂轮堵塞。径向射流冲击强化换热法利用开槽CBN砂轮的径向小孔高压喷射磨削液，使磨削液以很高速度(可达100m/s)，接近垂直地冲击弧区工件表面。由于高压射流可以轻易冲破已形成汽膜的阻挡，确保磨削液与工件表面的持续接触，因而就有条件突破成膜沸腾的障碍，使磨削弧区温度降低，这种冷却液注入方法不受砂轮气障的影响，换热效率高，缺点是工作时砂轮易产生振动，导致加工工件精度和表面质量降低，而且供液系统结构复杂，成本高。

气流场是磨削加工存在砂轮周边的必然现象，在砂轮高速旋转条件下，为了实现对磨削区的冷却，冲走切屑，磨削液的喷注必须有足够大的能量，磨削液的供液速度、压力均比浇注式成倍增加，以冲破砂轮周围的高速气流，使磨削液抵达磨削区。

以上分析均是在磨削液供给的过程中如何克服砂轮气流场，冲破砂轮气障层的影响，克服砂轮气流场的能量而使磨削液有效注入磨削区。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，提供一种砂轮气流场辅助注入磨削液的方法及装置，该方法是将供给磨削液喷嘴的位置设在楔形磨削区气流场返回流之上，且与砂轮圆周相切，喷嘴喷出磨削液的速度和砂轮圆周速度相等，借助砂轮速度和在楔形磨削区气流场压力和速度的迅速增高获得的能量，辅助磨削液注入切削区。

上述目的是由以下技术方案实现的：

一种砂轮气流场辅助注入磨削液的方法，将供给磨削液的喷嘴出口位置设置在楔形磨削区气流场返回流之上，且该位置与砂轮圆周相切；喷嘴喷出磨削液的速度和砂轮圆周速度相等，借助砂轮速度和在楔形磨削区气流场压力和速度的迅速增高获得的能量，将辅助磨削液注入切削区。

所述喷嘴的出口位置距离砂轮1表面0.5-1mm；喷嘴出口与工件间距离为60-120mm。

所述喷嘴位于以所述砂轮中心为坐标原点的第二象限内-20至-80度圆心角区域内。

所述的楔形磨削区气流场压力的数学模型为：