[发明专利]一种基于空化效应的多级定向金刚石砂轮修锐装置与方法

说明书

本发明提出一种基于空化效应的多级定向金刚石砂轮修锐装置与方法，用于解决磨削液受“气障层”影响难进入磨削核心区无法有效去除磨屑在线修锐的问题。磨削液被蜂巢结构板旋转切割形成气液两相磨削液，再经过提速，过氧碳酸钠由小文丘里管加速融入磨削液形成气固液三相磨削液；磨削液由因磨削核心区高温气化磨削液产生气压差形成虹吸效应定向引导通过砂轮工作区侧向的破障轮组径向冲击磨削核心区，过氧碳酸钠被高温融化表面疏水层迅速与水反应爆炸增强空化气泡溃灭时冲击波强度，带走砂轮金刚石颗粒间隙内附着物和加工产生的磨屑。本方法不仅大幅提升了磨屑去除率，并实现在线修锐砂轮。

技术领域

本发明涉及磨削加工中的金刚石砂轮修锐技术领域，尤其指出一种基于空化效应的多级定向金刚石砂轮修锐装置与方法。

背景技术

磨削加工是机械加工中常见的精加工方式，利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工，具有加工量少、精度高的特点。在机械制造行业中，磨削加工应用比较广泛，但所产生的磨屑聚集在工件和砂轮表面影响加工，进而影响磨具的使用寿命，降低工件的表面精度。

常用去磨屑方式采用向磨削区连续灌溉大量磨削液带走磨屑，磨削液优异的特性润滑使其在工件表面形成油膜，降低砂轮与工件之间的摩擦系数和磨削力，减小磨屑与颗粒间的附着力，但是此方式需要大量的磨削液，与当今环保和低碳的发展背景相离。同时由于砂轮高速旋转带动周围空气运动，进而在其周围形成致密的“气障层”，使喷嘴喷出的磨削液难以进入磨削区，实际磨削液的有效流量仅为喷嘴总流量的5％-40％，磨削液无法进入砂轮与工件的接触界面。而在磨削过程中积聚在砂轮上的磨屑必须得到清除以恢复砂轮的锐度，无法有效带走磨屑，则导致接触区工件表面极易产生热损伤，影响工件的精度。

目前，针对金属基砂轮的修锐问题，存在着磨料研磨法、游离磨料喷射修整法、杯形砂轮修整法、金刚石笔修锐法、磨削软钢法、砂带软弹性修整法等传统的机械修锐技术，以及超声波振动修整法、高温高压修整法、激光修整法、电化学修整法、在线电解电火花修整法(ELID)等新型修锐技术。然而，传统修锐技术存在着修锐效率低、修锐成本高、修锐次数频繁和操作环境恶劣等明显的缺点，且只能实现在位修整，因此通常需要中断磨削过程来进行砂轮的修锐，降低了磨削加工效率。

空化水射流是一项新型、高效、安全可靠的新技术，具有较强清洗、除污能力，在众多领域得到了较为广泛的应用。空化水射流冲蚀作用对工件进行清洗除锈屑作业是一种较为新型的清洗除屑方式，空化水射流具有清洗效率高、清洗效果好、对环境污染小、节水省时、成本低廉等优点。

空化是指液体内局部压力下降时，液体内部或液固交界面上气体空穴的形成、发展和溃灭的过程。当液体压力降至液体饱和蒸气压甚至以下时，由于液体的剧烈汽化而产生大量空化泡，空化泡随液体流动膨胀、生长。当液体压力恢复时，空化泡瞬间溃灭形成微射流和冲击波，产生瞬间局部高温(1000K～5000K)和瞬间高压(1×10⁷Pa～5×10⁷Pa)。空化可导致水力机械设备性能下降，引起振动、噪声和空蚀破坏等，但空化现象释放的能量也可以加以利用，以实现对化学、物理等过程的强化，达到增效、节能、降耗等效果。

根据空化产生的因素，通常分为声空化、光空化、粒子空化和水力空化四种类型。由于空化产生的效率和工程应用的难易程度，四种模式中，声空化和水力空化是学术界和工业界关注的热点。目前，声空化仅在实验室取得较好效果，但将其应用于中试或工业化时，会出现空化场不均匀，空化效率下降，通量较小，放大难度较大等问题。相对于超声空化而言，水力空化设备简单、成本低廉，能产生大规模的空化场，工业化应用的潜力很大，目前已在灭菌、有机污水废水处理、射流清洗以及化工分离等领域得到应用。