加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

发布时间：2019-09-26 09:41

【摘要】：针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明:在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。
【图文】：

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崆叭搜芯克悸罚嚅颐强悸墙鄟?削液加压技术、砂轮内冷却方法和断续磨削方法结合起来，提出一种加压式内冷却断续磨削方法，研制用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮，通过数值模拟和3D打印技术设计了砂轮的结构参数，采用加压内冷却法与外部喷射冷却法进行镍基高温合金磨削试验，对比研究砂轮转速、进给速度和磨削深度对磨削过程和加工表面质量的影响规律。1加压内冷却砂轮的工作原理由于砂轮在磨削加工时的高速旋转，空气层在旋转砂轮周边形成空气边界层，阻碍冷却液进入磨削弧区，通常称为“气障”现象[5]，如图1所示。砂轮旋转速度越高，“气障”作用越大，冷却液就越难被注入到磨削区，从而既严重影响加工质量，又限制了磨削加工效率。图1气障现象示意图本文设计了一种加压内冷却碗型开槽砂轮[11]，如图2所示。冷却液通过外部加压后注入砂轮型腔，在外部压力和砂轮高速旋转离心力的综合作用下，冷却液经细小的砂轮内冷却流道，以较高的出口压力和流速从砂轮内部向外喷射至磨削弧区，从而避免了气障效应，快速换走大量磨削热，降低弧区温度。磨削过程中，主轴带动砂轮旋转，并通过外置的加压系统来调控注入冷却液的压力，从而有效控制和调节喷射出口的压力和流速。图2加压内冷却砂轮的工作原理示意图2加压内冷却砂轮的设计与制备2.1加压内冷却开槽砂轮的结构设计基于加压内冷却砂轮的工作原理和断续磨削方法，对砂轮进行了结构设计，如图3所示。砂轮本体为碗形结构，由上基体、下基体和盖板构成。上基体开有中心通孔用于装夹，并在中间部分加工出圆环形深腔，用于存储冷却液，用盖板密封后形成冷却液型腔。在盖板上有冷却液注入孔，当砂轮需要对一个工件进行磨削加工时，将冷却介质经过增压设备从盖板的冷?

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的结构参数，采用加压内冷却法与外部喷射冷却法进行镍基高温合金磨削试验，对比研究砂轮转速、进给速度和磨削深度对磨削过程和加工表面质量的影响规律。1加压内冷却砂轮的工作原理由于砂轮在磨削加工时的高速旋转，空气层在旋转砂轮周边形成空气边界层，阻碍冷却液进入磨削弧区，通常称为“气障”现象[5]，如图1所示。砂轮旋转速度越高，“气障”作用越大，冷却液就越难被注入到磨削区，从而既严重影响加工质量，又限制了磨削加工效率。图1气障现象示意图本文设计了一种加压内冷却碗型开槽砂轮[11]，，如图2所示。冷却液通过外部加压后注入砂轮型腔，在外部压力和砂轮高速旋转离心力的综合作用下，冷却液经细小的砂轮内冷却流道，以较高的出口压力和流速从砂轮内部向外喷射至磨削弧区，从而避免了气障效应，快速换走大量磨削热，降低弧区温度。磨削过程中，主轴带动砂轮旋转，并通过外置的加压系统来调控注入冷却液的压力，从而有效控制和调节喷射出口的压力和流速。图2加压内冷却砂轮的工作原理示意图2加压内冷却砂轮的设计与制备2.1加压内冷却开槽砂轮的结构设计基于加压内冷却砂轮的工作原理和断续磨削方法，对砂轮进行了结构设计，如图3所示。砂轮本体为碗形结构，由上基体、下基体和盖板构成。上基体开有中心通孔用于装夹，并在中间部分加工出圆环形深腔，用于存储冷却液，用盖板密封后形成冷却液型腔。在盖板上有冷却液注入孔，当砂轮需要对一个工件进行磨削加工时，将冷却介质经过增压设备从盖板的冷却液注入孔通入。中心通孔通入砂轮本体的中心空腔中，在砂轮上基体的空腔内壁和下基体的外壁均布有冷却液通道，上下基体经螺栓连接装配后形成封闭的柱状流道。磨粒均布固结于上基体的下端面，冷却液通道?
【作者单位】：湘潭大学机械工程学院复杂轨迹加工工艺及装备教育部工程研究中心;中国航发湖南南方宇航工业有限公司;
【基金】：国家自然科学基金(51475404,51305377) 湖南省自然科学基金委员会-株洲市人民政府自然科学联合基金重点项目(13JJ8007) 湖南省普通高校青年骨干教师培养经费(20151053008gg)资助项目
【分类号】：TG580.6;TG743

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