一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮

1.本发明涉及砂轮磨削领域，具体涉及一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮。
技术背景
2.砂轮作为磨削加工的灵魂，在磨削加工过程中起着核心作用，一般由磨料、结合剂和轴孔构成。分块式砂轮是采用可拆卸可替换的磨削单元对工件进行加工，当磨削单元磨损严重时，可通过对其进行替换或修补，使得砂轮恢复磨削性能，并且具有拆卸简单方便，使用寿命长，生产成本低等优点。目前分块式砂轮只采用外部冷却液输入的单一冷却方式，冷却效率不高，无法对磨削加工过程中出现的复杂工况做出及时响应，并且由于气障层与磨削区本身的封闭性，能够有效进入磨削区的有效磨削液数量更是极为有限，也直接导致了磨削区热量的大量累积甚至热损伤，影响砂轮的性能与加工效果。
3.针对分块式砂轮，专利名称为“一种镀膜磨粒镶块式钎焊砂轮”(公开号： cn105643483b)进行了公告，其原理是在砂轮基座与盖板侧壁均匀设置若干散热槽，以促进磨削液的流通，增强磨削区的换热，并且以在普通磨料表面镀有金刚石膜来降低生产成本，该砂轮在一定程度上解决了砂轮的散热与磨损问题。但该技术方案仍存在以下问题：并未从根本上改变砂轮的冷却方式，仅有为外部磨削液输入，仍有大量的热量堆积甚至热损伤；对于砂轮磨削过程中出现的复杂工况并没有及时的响应，无法有效减轻砂轮表面的磨损。
4.综上所述，那么如何实现金刚石砂轮磨削过程中磨削液“有效”“瞬时”“自适应”供给、砂轮结构“柔性”已经成为刻不容缓亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对砂轮冷却方式单一，热量堆积，并且对于在加工过程中出现的复杂工况无法及时响应等技术问题，本发明的目的在于提供一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮，其特征在于：该砂轮主要由砂轮基体、执行机构、推进机构与瞬时冷却机构组成。砂轮定向顺时针旋转，利用执行机构对工件进行加工，外部冷却液对磨削区进行输送，当切向磨削力变大超过设定阈值时，执行机构带动推进机构挤压瞬时冷却机构，喷出纳米流体，实现对磨削区的瞬时冷却；砂轮基体外圆周面上开有若干凹槽，中心开有装配孔；所述凹槽在砂轮基体上形成环形阵列结构；所述执行机构中磨削单元为伞形结构，其“伞面”为圆弧形，宽度与砂轮宽度一致。上表面镀有一层金刚石磨料，再由激光加工技术烧蚀形成结构化图案，下表面开有小孔，与散热片通过螺钉连接；磨削单元底部与推杆通过铰链铰接。
7.进一步地，所述执行机构中磨削单元的材料为铝合金；散热片的材料为铜，结构为片状。
8.进一步地，根据不同的加工条件及加工要求，将不同结构化图案的磨削单元单个挑选出来，在砂轮上灵活排列，磨削加工结束后再将磨削单元拆出，留待下次磨削加工时重新组合成砂轮再次使用。
9.进一步地，所述推进机构包括外框体、主轴、弹簧、活塞与螺母构成，主轴左端穿过外框体，与外框体之间设置有若干弹簧，活塞通过螺母固定在主轴上；工作时由活塞压缩弹簧带动主轴挤压喷雾器。
10.进一步地，推进机构中弹簧的数目根据工件材料的不同进行选择，从而改变切向力阈值；当工件材料较难加工时，增加弹簧的数目；当工件材料较容易加工时，减少弹簧的数目。
11.进一步地，瞬时冷却机构包括喷雾器与环形卡扣，其中喷雾器为硅胶材质，质地柔软，挤压顺畅；顶部开有小锥孔，控制出量。瞬时冷却机构内部装有纳米流体。
12.进一步地，瞬时冷却机构中纳米流体所含的纳米颗粒为二硫化钼。
13.本发明的有益效果：
14.1、磨削液“有效”供给——内置自适应喷雾器，在外部输送冷却的基础上增加了砂轮磨削区的瞬时冷却，双重冷却供给大大提高了冷却的效率，减少了磨削液的浪费与砂轮的磨损。磨削单元表面由激光加工技术烧蚀形成结构化图案，借助磨削单元之间的间隙与结构化特征均化砂轮表面磨削液分布状态并获得最大的有效流量，增大砂轮表面容屑空间，改善冷却润滑条件，降低磨削温度及磨削亚表面损伤。
15.2、磨削液“瞬时”供给——切向磨削力超过设定阈值时，砂轮内部内置瞬时冷却机构在磨削区内部喷射纳米流体，实现磨削液“瞬时”供给，从根本上改变材料脆
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延性域去除转变临界条件。
16.3、磨削液“自适应”供给——推进机构中弹簧的个数决定了切向磨削力的阈值。当切向磨削力超过设定阈值时，瞬时冷却机构中喷雾器喷射纳米流体。当磨削区润滑条件得以改善，切向磨削力小于设定阈值时，喷雾器停止喷射。实现磨削液根据实际磨削条件“自适应”供给，保证了纳米流体的可控高效供给。
17.4、砂轮结构“柔性”——将不同结构化图案的磨削单元单个挑选出来，在砂轮主体块上灵活排列，满足根据不同的加工条件及加工要求。通过替换宽度不同磨削单元，可改变砂轮的磨削宽度，以灵活适应对不同宽度工件进行加工的情况。实现砂轮结构的“柔性化”。
附图说明
18.图1为本发明具体实施方式中一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮的正视图。
19.图2为本发明具体实施方式中砂轮的三维局部放大图。
20.图3为本发明具体实施方式中砂轮基体的立体结构示意图。
21.图4位本发明具体实施方式中执行机构的立体结构示意图。
22.图5为本发明具体实施方式中推进机构的立体结构示意图与剖视图。
23.图6为本发明具体实施方式中瞬时冷却机构的立体结构示意图。
24.以上图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：1
‑
砂轮基体、1.1
‑ꢀ
凹槽、2
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执行机构、2.1
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磨削单元、2.2
‑
铰链、2.3
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推杆、2.4
‑
散热片、2.5
‑
铰接螺栓、2.6
‑
连
杆、2.7
‑
螺钉、3
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推进机构、3.1
‑
螺钉、3.2
‑
螺母、3.3
‑
活塞、3.4
‑
外框体、3.5
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主轴、3.6
‑
弹簧、4
‑
瞬时冷却机构、4.1
‑
喷雾器、4.2
‑
环形卡扣。
具体实施方式
25.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
26.参见图1所示为本发明一种自适应供给瞬时冷却分块式结构化金刚石砂轮的正视图，其主要包括砂轮基体1、执行机构2、推进机构3与瞬时冷却机构4。
27.参见图3砂轮基体1外圆周面上开有若干凹槽1.1，凹槽1.1以砂轮基体1 中心形成环形阵列结构，并且砂轮基体1中心处开有装配孔。
28.参见图4执行机构2包括磨削单元2.1、散热片2.4、推杆2.3与连杆2.6。其中磨削单元2.1为伞形结构，其宽度与砂轮宽度一致，上表面镀有一层金刚石磨料，由激光加工技术烧蚀形成多种结构化图案，下表面与散热片2.4采用螺钉 2.7连接；磨削单元2.1“握把”结构上部开有连接孔，与砂轮基体1采用铰接螺栓2.5连接；散热片2.4的材料为铝合金，结构为片状，能够在砂轮工作时加快散热；推杆2.3一端与磨削单元2.1底部铰接另一端与连杆2.6通过铰链2.2铰接；连杆2.6另一端与推进机构3的主轴3.5通过铰链2.2铰接，中部开有连接孔，通过铰接螺栓2.5与砂轮基体1相连。
29.参见图5推进机构3包括外框体3.4、主轴3.5、弹簧3.6、活塞3.3与螺母 3.2。其中外框体3.4通过螺钉3.1与砂轮基体1紧固连接，端部开孔；主轴3.5 左端穿过外框体3.4，与外框体3.4之间设置有若干弹簧3.6；活塞3.3通过螺母 3.2固定在主轴3.5上；弹簧3.6置于外框体3.4与活塞3.3之间，根据被加工工件材料的不同，增加或减少弹簧3.6的数目，从而设置不同的切向磨削力阈值。当工件较难加工时，增加弹簧3.6的数目，则阈值升高；当工件材料较容易加工时，减少弹簧3.6的数目，则阈值降低。
30.参见图6瞬时冷却机构4包括喷雾器4.1与环形卡扣4.2。其中环形卡扣4.2 与砂轮基体1通过螺钉连接，卡扣夹住喷雾器4.1，实现挤压喷雾的固定。喷雾器4.1内部装有纳米流体，由硅胶材质制成，上半部分为圆锥锥形，下半部分为圆柱形，并且在顶部开有小锥孔，可控制纳米流体的出量。其中纳米流体所含的纳米颗粒为二硫化钼。当喷雾器4.1内部纳米流体不足时使用针筒注射器进行补充。
31.本砂轮由于其结构特性，设定为单向顺时针旋转。砂轮工作时，执行机构2 中磨削单元2.1对工件进行磨削加工，产生切向磨削力。由于弹簧弹性系数较大，当砂轮正常工作时，切向磨削力较小，弹簧不会被压缩。当切向磨削力因复杂工况突发增大并且达到阈值时，磨削单元2.1逆时针转动，带动推杆2.3与连杆2.6，推动主轴3.5，活塞3.3压缩弹簧3.6，进而挤压喷雾器4.1喷出纳米流体，在外部冷却液输送的基础上实现砂轮磨削区的瞬时冷却，降低切向磨削力，减少砂轮的磨损；当切向磨削力降低到阈值以下或磨削单元2.1脱离工作时，主轴3.5向右移动复位，喷雾器4.1停止喷出纳米流体。
32.虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在
本发明保护范围之内。