[发明专利]基于冲击波空化效应的纳米层润滑金刚石砂轮磨削装置

说明书

本发明提出一种基于冲击波空化效应的纳米层润滑金刚石砂轮磨削装置,用于解决磨削液受气障层影响难以进入磨削核心区的问题。具体包括控制系统、加速模块、冲击波提速模块、加工模块、回收模块。其中控制系统控制本装置的运行；加速模块由加速管、小拉法尔管等组成，可使纳米颗粒获得初速度；由电磁线圈、冲击头、冲击球、聚波器、大拉法尔管等组成的冲击波提速模块将产生两个波源，一个清洗砂轮表面杂质，另一个冲击具有初速度的纳米颗粒到砂轮表面形成纳米层；在加工过程中纳米层的纳米颗粒自主释放在磨削核心区，实现磨削区内部自润滑冷却；回收模块用于回收纳米颗粒，实现其重复利用。本装置不仅增强了润滑冷却效果，而且符合绿色发展理念。

技术领域

本发明涉及磨削加工中的润滑冷却技术领域，尤其指出一种基于冲击波空化效应的纳米层润滑金刚石砂轮磨削装置。

背景技术

磨削加工因其加工精度高、对工件材料适应性强等特点，被广泛应用于当前加工行业，但磨削加工去除单位体积的材料所消耗的能量远远大于其他几种常用加工形式，而这些消耗的能量中，近90％会以磨削热的形式聚集在磨削区域，将会导致磨削区域出现高温高压的情况，进而影响磨具的使用寿命，降低工件的表面精度。

传统的浇注式润滑采用向磨削区连续灌溉大量磨削液的方法进行冷却润滑，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，但是此润滑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，导致接触区工件表面极易产生热损伤，进而影响工件的精度。

纳米颗粒的自身性能赋予了它具有极好的导热性，在体积含量相同条件下，纳米级颗粒的表面积和热容量要远大于毫米级或微米级的固体颗粒。在磨削加工中，纳米颗粒的添加使磨削液的热交换性能得到提升，纳米颗粒起到了强化换热、降低磨削区温度的作用；此外，纳米颗粒还拥有极好的减摩抗磨特性和较高的承载能力，因此可进一步提高润滑液的摩擦学性能。

公开号为“CN109759958A”、发明名称为“一种静电喷嘴及可控射流微量润滑磨削系统”的发明专利公开了一种静电喷嘴及可控射流微量润滑磨削方法和装置，其原理是设计多种型号静电喷嘴用来加速含纳米颗粒的磨削冷却液微量喷射到磨削区，在一定程度上提升了磨削区的冷却润滑效果。但是该技术方案仍旧存在以下问题：在实际磨削加工中，由于砂轮表面气障层的阻碍和磨削区的封闭性，目前很难将含有纳米颗粒的液滴充分有效地注入磨削区的核心部位，不能解决纳米颗粒在磨削区内部即时响应润滑的问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种基于冲击波空化效应的纳米层润滑金刚石砂轮磨削装置，用于解决砂轮磨削加工过程中受气障层影响磨削液难以进入磨削核心区域，所包含的纳米颗粒在磨削区内部不能即时响应润滑的问题。其基本原理是：利用冲击波加速纳米颗粒冲击到砂轮表面形成纳米层，当带有纳米层的砂轮表面旋转到与工件接触时，由于磨削加工的滑擦、碰撞和挤压等机械作用导致纳米层的纳米颗粒释放在磨削区的核心部位，实现磨削区内部自润滑冷却。

为了实现上述目的，提供一种基于冲击波空化效应的纳米层润滑金刚石砂轮磨削装置，其特征在于：包括控制系统、加速模块、冲击波提速模块、加工模块、回收模块；

所述控制系统用来控制整个装置运行；

所述加速模块包括气泵、储气罐、气压调节阀、加速管、可拆卸密闭送粉盒、送粉开关、小拉法尔管、气流阀、气压感应开关、活动开关；

所述气泵与储气罐提供所需的压缩气体；

所述加速管中分为活动腔、高压腔、低压腔；所述加速管与小拉法尔管、可拆卸密闭送粉盒法兰密封连接；