[发明专利]一种热电制冷砂轮及其自冷凝微量水润滑精密磨削系统

说明书

本发明公开了一种热电制冷砂轮及其自冷凝微量水润滑精密磨削系统，包括环形砂轮磨削层、制冷装置和循环散热装置；工作时砂轮的磨削层对工件进行磨削产生热量；本发明制冷部分采用热电制冷片，通电后的热电制冷片利用热泵原理将磨削时产生的热量传递到热面，热面上聚集的热量通过循环散热系统带走。同时利用砂轮表面的低温冷凝作用，将微量的冷凝水携带到磨削区，起到微量润滑作用，实现自冷凝微量水润滑磨削。本砂轮和磨削系统可安装应用于包括平面磨床、外圆磨床和曲面磨床等在内各种类型的磨床。

技术领域

本发明属于精密磨削领域，涉及一种利用热电制冷片进行内部制冷的砂轮以及包括该砂轮的自冷凝微量水润滑精密磨削系统。

背景技术

在砂轮磨削过程中，砂轮表面的磨粒与结合剂在磨削区对工件材料的划擦和耕犁作用产生大量的磨削热，磨削热会改变被加工材料的表面质量与力学性质，甚至造成材料表面的烧伤；加速砂轮磨损，影响砂轮的寿命；使砂轮和工件产生热变形，影响平面或各种曲面精密零件的几寸精度或形状精度，因此需要对磨削区进行降温。目前最常用的降温方法是利用磨削液直接喷射到磨削区附近，利用磨削液带走热量已到达为砂轮和工件降温的目的。然而这种由于砂轮高速旋转时地气流场对磨削液的阻碍作用，磨削液并不能有效地对磨削区冷却，难以精密地控制砂轮磨削时的温度，流体动压作用还会影响砂轮的半径切深。随着社会的不断进步和人类对环境保护的意识逐渐提高，磨削液对环境的污染也逐渐引起了人们的注意。绿色磨削是一种综合考虑资源优化利用和环境影响最小的磨削加工方式，目前存在的绿色磨削方式有全干式磨削技术、微量润滑磨削技术、液氮冷却磨削技术、气体射流冷却技术和固体润滑技术。其中，全干式磨削技术由于不使用磨削液，所以可以完全消除磨削液带来的负面影响，但是磨削过程中的冷却、润滑和排屑问题难以解决。微量润滑磨削技术能够对砂轮与磨屑和砂轮与工件的接触面进行有效的润滑，以减少摩擦和防止磨屑粘到砂轮上，有利于提高砂轮的磨削能力，延长使用寿命，改善磨削表面质量，但是目前微量润滑主要采用各种无机冷却润滑油，弥散在空气中对操作者的健康不利。液氮冷却磨削技术采用液氮作为磨削液直接喷射到加工区，有利于提高砂轮的加工性能,并且可以显著降低磨削区温度,但是需配套的液氮冷却循环系统，系统结构较复杂。气体射流冷却技术具有干磨削的优点，但是气体压力大切屑难以收集，并且气体射流噪音难以解决。固体润滑技术能有效减小磨削表面的摩擦系数,减少磨粒与工件的粘附磨损,进而减少磨削热的产生,抑制表面烧伤，但是其温度降温能力有限。磨削液在使用过后难以重新利用，在设备上积累会产生污渍，废旧磨削液会对环境造成危害，且无害化处理成本比较高。此外，磨削液中易挥发的化学物质会产生刺激性气体，例如磨削液中常用的防锈剂三乙醇胺会刺激眼睛、六次甲基四胺等接触皮肤时会引起皮炎和湿疹，这些都会严重地威胁到设备操作人员的身心健康。另外，在一些材料的磨削加工中，如树脂基碳纤维复合材料，因常用的磨削液会造成材料力学性能下降，所以加工过程中不能使用常用磨削液。

发明内容

为了实现磨削过程中磨削区温度的有效控制，并解决磨削液对环境污染的问题，本发明提出一种热电制冷砂轮及包括该砂轮的自冷凝微量水润滑精密磨削系统，本发明是一种利用热电制冷原理对砂轮进行内部冷却，并通过热传导实现对磨削区冷却的系统。本发明采用的技术方案如下：

一种热电制冷砂轮，包括环形砂轮磨削层、制冷装置和循环散热装置；所述的环形砂轮磨削层固定到安装了制冷装置的轮毂上；所述的制冷装置采用热电制冷片，所述的热电制冷片的冷面与环形砂轮磨削层接触，磨削区的热量以热传导的方式首先传递到砂轮磨削层内环上，再传递到热电制冷片的冷面上，热电制冷片的热面与循环散热装置的冷却液接触，通过冷却液的流动将热量带走。

进一步的，所述的循环散热装置包括位于热电制冷环的冷面和热面的测温热点偶、温度控制系统和电液组合滑环。

所述的热电制冷环通过导线与电液组合滑环的转子导线出线端相连，电液组合滑环的定子导线出线端与电源相连，主要是为热电制冷环的热电制冷片和热电偶供电，并传输热点偶的信号；电液组合滑环的转子固定在砂轮轮毂上，随砂轮旋转，定子固定在砂轮罩上保持静止。