專利名稱：具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，屬于エ業(yè)用磨肖IJ、強(qiáng)化散熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，高速磨削加工打破了傳統(tǒng)切削/磨削加工的分エ模式，已成為現(xiàn)代冷加工技術(shù)發(fā)展的ー個主要方向。磨削加工時(shí)，磨削弧區(qū)形成的熱量主要通過熱擴(kuò)散和熱對流途徑傳遞給エ件、金屬屑、磨削砂輪和冷卻剤，一旦磨削弧區(qū)積聚的熱量得不到有效的疏導(dǎo)，可能造成磨削弧區(qū)內(nèi)局部區(qū)域的瞬時(shí)溫度高達(dá)1000°c左右，由此帶來諸如鈦合金工件燒傷、高溫合金磨削加工材料去除率低和砂輪磨粒磨損快等一系列問題?，F(xiàn)有 的冷卻方法僅局限于利用冷卻劑來疏導(dǎo)產(chǎn)生并積聚在加工區(qū)的熱量，而未能綜合挖掘磨削熱傳遞的其它途徑，諸如充分利用磨削砂輪基體自身的散熱功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種低碳環(huán)保、冷卻性能好、結(jié)構(gòu)簡單的具有熱量自疏導(dǎo)功能的的磨削砂輪。ー種具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，其特征在于由金屬外殼、布于金屬外殼外的金剛石磨粒、填充于金屬外殼內(nèi)部的多孔金屬骨架和填充于多孔金屬骨架內(nèi)部的冷卻液組成；上述多孔金屬骨架骨架的孔隙率為O. 3 O. 9之間。本發(fā)明的金屬砂輪內(nèi)部是由多孔金屬骨架和熱驅(qū)動冷卻液組成，一方面多孔金屬骨架保證了砂輪的良好導(dǎo)熱特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且由于重量上的減少有效地減輕了旋轉(zhuǎn)時(shí)對轉(zhuǎn)軸的損傷；另ー方面，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，內(nèi)部的冷卻液在離心力、哥氏カ以及溫差引起的浮升力的共同作用下以射流沖擊的方式在多孔金屬骨架內(nèi)部沖刷，從而將砂輪在磨削弧區(qū)帶來的熱量自行疏散至砂輪基體外殼，強(qiáng)化了對流換熱。該磨削砂輪結(jié)構(gòu)簡單，多孔金屬骨架和冷卻液均可根據(jù)實(shí)際需要重新選擇和更換，可適應(yīng)不同的エ業(yè)需求。利用上述具有熱量自疏導(dǎo)功能的磨削砂輪進(jìn)行工作，其特征在干(I).充分挖掘砂輪基體自身的散熱能力，減少磨削液的使用，低碳節(jié)能；
(2).磨削砂輪金屬外殼保證了磨粒粘附的牢固性和砂輪自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)又是熱的良導(dǎo)體；
(3).多孔金屬骨架在保證了砂輪的基本結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)減輕了砂輪基體的重量，減小了高速旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)軸的磨損；
(4).熱驅(qū)動介質(zhì)填充在多孔金屬骨架內(nèi)部，在旋轉(zhuǎn)作用下可以快速將磨削區(qū)所受熱量向外疏散，增強(qiáng)了流動換熱。


附圖I是金屬砂輪整體 附圖2是砂輪徑向截面剖視 附圖3是砂輪周向截面剖視 圖中標(biāo)號名稱I.砂輪金屬外殼，2.金剛石磨粒,3.冷卻液注孔,4.轉(zhuǎn)軸5.多孔金屬骨架，6.冷卻液。
具體實(shí)施例方式如圖所示，磨削金屬砂輪基體的整體結(jié)構(gòu)由金屬外殼I、金剛石磨粒2、冷卻液注孔3、轉(zhuǎn)軸4、多孔金屬骨架5和內(nèi)部冷卻液6構(gòu)成。砂輪基體在制作時(shí)先將多孔金屬骨架5填充到金屬外殼內(nèi)部，組裝好以后通過冷卻液注孔3將冷卻液6加入。砂輪工作吋，磨削弧區(qū)產(chǎn)生的高熱量通過導(dǎo)熱的方式傳到金屬砂輪基體外殼I上，通過外殼的導(dǎo)熱作用，熱量進(jìn)入到砂輪基體內(nèi)部。內(nèi)部的多孔金屬骨架5不僅大大提高了基體的換熱面積，而且形成了細(xì)微的冷卻通道，能使內(nèi)部冷卻液6的流體分子團(tuán)產(chǎn)生徑向混摻，使徑向溫度分布均勻平坦化，從而使換熱得到顯著地增強(qiáng)。在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，冷卻液6與多孔金屬骨架5之間的接觸因?yàn)殡x心力的作用而起到類似射流的沖刷效果，從而將磨削弧區(qū)傳入的熱量以導(dǎo)熱和對流換熱的方式進(jìn)行疏散。從結(jié)構(gòu)上講，影響這種多孔金屬骨架砂輪基體性能(導(dǎo)熱能力、對流換熱能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)的因素分別有(1)金屬外殼I的材料和厚度。金屬外殼的選擇首先考慮導(dǎo)熱系數(shù)大的金屬材料，可以增加砂輪基體的導(dǎo)熱能力，但是也需兼顧材料的耐磨性，考慮具有一定硬度的金屬，比如鉻合金、鋁合金、鈦合金等材料，根據(jù)磨料的不同選取合適的金屬外殼；夕卜殼厚度太大不利于換熱，太薄不能滿足剛度需求，一般在5 15mm ; (2)多孔金屬骨架5的材料物性和孔隙率；多孔金屬骨架5的材料不僅要具有良好的導(dǎo)熱性，也要具有一定的剛度滿足砂輪整體的磨削需求，這種多孔金屬骨架是具有不規(guī)則流通通道的泡沫金屬，比如泡沫銅鎳合金、泡沫鐵鎳合金、泡沫銅等；泡沫金屬具有不同的孔隙率，孔隙率越大，冷卻液的流動空間越大，冷卻液可裝載的質(zhì)量越大，越有利于對流換熱；然而，孔隙率太大無法保證砂輪整體的強(qiáng)度需求，因此孔隙率選擇范圍在O. 3 O. 9之間；(3)冷卻液6的物性參數(shù)。冷卻液6要選擇粘性小、流動性好、導(dǎo)熱系數(shù)大的流體，比如水、こ醇等。砂輪在工作狀 態(tài)時(shí)，冷卻液6在金屬骨架5內(nèi)部沖刷流動，強(qiáng)化了對流換熱。
權(quán)利要求
1.一種具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，其特征在于由金屬外殼(I)、布于金屬外殼外的金剛石磨粒(2)、填充于金屬外殼內(nèi)部的多孔金屬骨架(5)和填充于多孔金屬骨架內(nèi)部的冷卻液(6)組成； 上述多孔金屬骨架(5)骨架的孔隙率為0. 3 0. 9之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，其特征在于上述熱驅(qū)動冷卻液(6)為水或乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，其特征在于上述多孔金屬骨架(5)為銅鎳合金泡沫或鐵鎳合金泡沫或泡沫銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求所述的具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，其特征在于上述金屬外殼(I)米用鉻合金或招合金或鈦合金。
全文摘要
一種具有熱量自疏導(dǎo)功能的多孔金屬骨架磨削砂輪，屬于工業(yè)用磨削、強(qiáng)化散熱技術(shù)領(lǐng)域。該磨削砂輪由金屬外殼(1)、布于金屬外殼外的金剛石磨粒(2)、位于金屬外殼內(nèi)部填充的多孔金屬骨架(5)，和填充于多孔金屬骨架內(nèi)部的熱驅(qū)動冷卻液(6)組成。在旋轉(zhuǎn)熱驅(qū)動力的作用下，多孔金屬骨架以及內(nèi)部的冷卻液可以快速將砂輪磨削區(qū)所產(chǎn)生的摩擦熱量向外疏散。該結(jié)構(gòu)具有減少磨削液的使用，低碳節(jié)能，減小高速旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)軸的磨損，減輕砂輪基體的重量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B24D5/10GK102649263SQ20121013471
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者單勇, 張靖周, 譚曉茗 申請人:南京航空航天大學(xué)