[发明专利]具有热量自疏导功能的多孔金属骨架磨削砂轮

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种具有热量自疏导功能的多孔金属骨架磨削砂轮，属于工业用磨削、强化散热技术领域。

背景技术

在先进制造技术领域，高速磨削加工打破了传统切削/磨削加工的分工模式，已成为现代冷加工技术发展的一个主要方向。磨削加工时，磨削弧区形成的热量主要通过热扩散和热对流途径传递给工件、金属屑、磨削砂轮和冷却剂，一旦磨削弧区积聚的热量得不到有效的疏导，可能造成磨削弧区内局部区域的瞬时温度高达1000℃左右，由此带来诸如钛合金工件烧伤、高温合金磨削加工材料去除率低和砂轮磨粒磨损快等一系列问题。现有的冷却方法仅局限于利用冷却剂来疏导产生并积聚在加工区的热量，而未能综合挖掘磨削热传递的其它途径，诸如充分利用磨削砂轮基体自身的散热功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳环保、冷却性能好、结构简单的具有热量自疏导功能的的磨削砂轮。

一种具有热量自疏导功能的多孔金属骨架磨削砂轮，其特征在于：由金属外壳、布于金属外壳外的金刚石磨粒、填充于金属外壳内部的多孔金属骨架和填充于多孔金属骨架内部的冷却液组成；上述多孔金属骨架骨架的孔隙率为0.3～0.9之间。

本发明的金属砂轮内部是由多孔金属骨架和热驱动冷却液组成，一方面多孔金属骨架保证了砂轮的良好导热特性和结构强度，而且由于重量上的减少有效地减轻了旋转时对转轴的损伤；另一方面，旋转状态下，内部的冷却液在离心力、哥氏力以及温差引起的浮升力的共同作用下以射流冲击的方式在多孔金属骨架内部冲刷，从而将砂轮在磨削弧区带来的热量自行疏散至砂轮基体外壳，强化了对流换热。该磨削砂轮结构简单，多孔金属骨架和冷却液均可根据实际需要重新选择和更换，可适应不同的工业需求。

利用上述具有热量自疏导功能的磨削砂轮进行工作，其特征在于: (1).充分挖掘砂轮基体自身的散热能力，减少磨削液的使用，低碳节能；

(2).磨削砂轮金属外壳保证了磨粒粘附的牢固性和砂轮自身的结构强度，同时又是热的良导体；

(3).多孔金属骨架在保证了砂轮的基本结构强度的同时减轻了砂轮基体的重量，减小了高速旋转对转轴的磨损；

(4).热驱动介质填充在多孔金属骨架内部，在旋转作用下可以快速将磨削区所受热量向外疏散，增强了流动换热。

附图说明

附图1是金属砂轮整体图；

附图2是砂轮径向截面剖视图；

附图3是砂轮周向截面剖视图；

图中标号名称：1.砂轮金属外壳，2.金刚石磨粒，3.冷却液注孔，4.转轴5.多孔金属骨架，6.冷却液。

具体实施方式

如图所示，磨削金属砂轮基体的整体结构由金属外壳1、金刚石磨粒2、冷却液注孔3、转轴4、多孔金属骨架5和内部冷却液6构成。砂轮基体在制作时先将多孔金属骨架5填充到金属外壳内部，组装好以后通过冷却液注孔3将冷却液6加入。砂轮工作时，磨削弧区产生的高热量通过导热的方式传到金属砂轮基体外壳1上，通过外壳的导热作用，热量进入到砂轮基体内部。内部的多孔金属骨架5不仅大大提高了基体的换热面积，而且形成了细微的冷却通道，能使内部冷却液6的流体分子团产生径向混掺，使径向温度分布均匀平坦化,从而使换热得到显著地增强。在旋转状态下，冷却液6与多孔金属骨架5之间的接触因为离心力的作用而起到类似射流的冲刷效果，从而将磨削弧区传入的热量以导热和对流换热的方式进行疏散。

从结构上讲，影响这种多孔金属骨架砂轮基体性能（导热能力、对流换热能力、结构强度）的因素分别有：（1）金属外壳1的材料和厚度。金属外壳的选择首先考虑导热系数大的金属材料，可以增加砂轮基体的导热能力，但是也需兼顾材料的耐磨性，考虑具有一定硬度的金属，比如铬合金、铝合金、钛合金等材料，根据磨料的不同选取合适的金属外壳；外壳厚度太大不利于换热，太薄不能满足刚度需求，一般在5～15mm；（2）多孔金属骨架5的材料物性和孔隙率；多孔金属骨架5的材料不仅要具有良好的导热性，也要具有一定的刚度满足砂轮整体的磨削需求，这种多孔金属骨架是具有不规则流通通道的泡沫金属，比如泡沫铜镍合金、泡沫铁镍合金、泡沫铜等；泡沫金属具有不同的孔隙率，孔隙率越大，冷却液的流动空间越大，冷却液可装载的质量越大，越有利于对流换热；然而，孔隙率太大无法保证砂轮整体的强度需求,因此孔隙率选择范围在0.3～0.9之间；（3）冷却液6的物性参数。冷却液6要选择粘性小、流动性好、导热系数大的流体，比如水、乙醇等。砂轮在工作状态时，冷却液6在金属骨架5内部冲刷流动，强化了对流换热。