本發(fā)明涉及砂輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)，具體涉及一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪及制備方法。

背景技術(shù)：

1、磨削是一種常見的金屬加工方法，基于砂輪與工件的相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的磨削加工。然而，磨削過程中會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱，導(dǎo)致工件表面質(zhì)量的下降，并且可能引起工件變形和熱裂紋等問題，以至于產(chǎn)生工件表面破壞等損傷。由于普通砂輪的熱容量較小，無法吸收和儲(chǔ)存大量的熱量且普通砂輪其平滑的表面結(jié)構(gòu)難以形成換熱通道，磨削液有效流量低。使得砂輪在高速摩擦磨削過程中產(chǎn)生大量熱量時(shí)，熱量無法迅速散發(fā)，導(dǎo)致砂輪與工件溫度升高且普通砂輪只能局部地將熱量傳遞給工件，而無法均勻地分散熱量。這樣就會(huì)導(dǎo)致工件表面的溫度分布不均勻，從而影響工件的精度和表面質(zhì)量乃至熱變形及熱損傷。

2、在過去的研究中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，通過使砂輪表面結(jié)果呈現(xiàn)一定規(guī)則，實(shí)現(xiàn)砂輪表面結(jié)構(gòu)化，可以增強(qiáng)磨削過程中的換熱效果。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)磨削換熱增強(qiáng)，表面結(jié)構(gòu)化砂輪應(yīng)運(yùn)而生。其中，螺旋溝槽砂輪是一種被廣泛研究和應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化砂輪。這種砂輪的溝槽呈螺旋形狀，通過增加砂輪表面積和改變磨削液的流動(dòng)路徑，有效提高了磨削過程中的換熱效率，然而螺旋溝槽砂輪對(duì)磨削液有效流量增加效果有一定的局限性，仍處在憑借砂輪表面自身溝槽結(jié)構(gòu)而自然吸收磨削液至磨削弧區(qū)中，而這種吸收效果并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪及制備方法，通過在螺旋溝槽砂輪表面增加非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)，可以改善磨削液的流動(dòng)特性，提高磨削液在砂輪表面的吸收效果，增加磨削過程中磨削弧區(qū)的有效流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步磨削換熱的增強(qiáng)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，包括砂輪本體，所述砂輪本體的磨削面上設(shè)置有螺旋溝槽，所述螺旋溝槽的截面形狀為矩形；

4、所述螺旋溝槽內(nèi)設(shè)置有擾流結(jié)構(gòu)，所述擾流結(jié)構(gòu)的截面形狀為非對(duì)稱梯形，所述擾流結(jié)構(gòu)的底邊呈弧形與螺旋溝槽的底面完全貼合；所述擾流結(jié)構(gòu)在螺旋溝槽內(nèi)以螺旋溝槽為導(dǎo)向等間距分布。

5、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述擾流結(jié)構(gòu)的高度與所述螺旋溝槽的高度相匹配，所述擾流結(jié)構(gòu)的寬度與所述螺旋溝槽的寬度相匹配。

6、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述擾流結(jié)構(gòu)的高度小于所述螺旋溝槽的高度，所述擾流結(jié)構(gòu)的寬度小于螺旋溝槽的寬度。

7、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述非對(duì)稱梯形為直角梯形，所述直角梯形的下底邊長度大于上底邊長度，其中，所述下底面呈弧形與螺旋溝槽的底面完全貼合。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述擾流結(jié)構(gòu)的傾斜面作為迎風(fēng)面對(duì)空氣起到推動(dòng)作用，直角面作為背風(fēng)面，在砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣流速小于砂輪轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生壓力差，即產(chǎn)生負(fù)壓，從而對(duì)磨削液產(chǎn)生卷吸效應(yīng)。

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述螺旋溝槽的起始位置和終點(diǎn)位置在砂輪本體的厚度方向上對(duì)稱。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述螺旋溝槽的所述螺旋溝槽的深度與寬度相同。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述擾流結(jié)構(gòu)和溝槽基于普通砂輪通過激光去除的方式形成，所述擾流結(jié)構(gòu)和砂輪為一體結(jié)構(gòu)。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述砂輪本體的磨削面與待磨削工件的表面接觸，所述砂輪本體的前側(cè)設(shè)置磨削液噴頭噴入磨削液。

13、在本發(fā)明的第二方面，提供了一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪的制備方法，包括：

14、確定溝槽的深度、寬度和螺距，進(jìn)而確定擾流結(jié)構(gòu)的尺寸、數(shù)量及間距，在普通砂輪的磨削面上采用激光去除的方式形成擾流結(jié)構(gòu)和溝槽；

15、其中，溝槽和擾流結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)基于便于砂輪加工要求原則，螺旋線旋轉(zhuǎn)圈數(shù)較少，擾流結(jié)構(gòu)發(fā)揮相應(yīng)作用的同時(shí)，擾流結(jié)構(gòu)接近溝槽寬度及深度尺寸，易于砂輪成型。

16、本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案具有以下有益效果：

17、(1)本發(fā)明能夠提高磨削液有效流量從而增強(qiáng)冷卻和排屑效果：非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)溝槽砂輪特有的負(fù)壓卷吸效應(yīng)是由于砂輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度大幅度高于其所跟隨的空氣速度時(shí)，逐漸于砂輪與工件間隙處產(chǎn)生的負(fù)壓現(xiàn)象，使得擾流結(jié)構(gòu)的背風(fēng)面呈現(xiàn)將磨削液“吸入”磨削弧區(qū)，迎風(fēng)面則呈現(xiàn)將磨削液“推”入磨削弧區(qū)，從而形成“負(fù)壓卷吸效應(yīng)”將磨削液“主動(dòng)”吸入磨削弧區(qū)的作用，增加磨削液有效流量。使得冷卻液可以更好地進(jìn)入磨削區(qū)域，有助于降低磨削溫度，減少熱變形、破裂、等熱損傷。此外螺旋溝槽的作用下也有助于排屑，避免砂輪堵塞，而擾流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以使磨削液產(chǎn)生湍流，進(jìn)一步增強(qiáng)熱量的傳遞和擴(kuò)散減少了熱量集中和磨削過程中的摩擦，提高磨削過程的換熱效率。

18、(2)本發(fā)明能夠提高工件表面質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)多種磨削工藝：螺旋溝槽的設(shè)計(jì)可以更好地導(dǎo)向砂輪的運(yùn)動(dòng)，提高了磨削精度由于螺旋溝槽的導(dǎo)向作用，砂輪在磨削過程中更加穩(wěn)定，同時(shí)將工件與砂輪接觸面積減小以減小磨削力，兼之?dāng)_流結(jié)構(gòu)將磨削過程產(chǎn)生的大量磨削熱及時(shí)導(dǎo)出從而減少工件表面粗糙度，提高工件表面質(zhì)量。同時(shí)可以通過進(jìn)一步調(diào)整擾流結(jié)構(gòu)的形狀、角度、高度等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種磨削工藝，如粗磨、精磨、超精磨等，滿足不同加工需求。

19、(3)本發(fā)明能夠降低砂輪工作時(shí)的噪音和振動(dòng)：非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)螺旋溝槽砂輪在利用擾流結(jié)構(gòu)保證磨削效率的同時(shí)，降低了工件與砂輪的接觸面積，可以有效地降低砂輪與工件之間的摩擦和振動(dòng)，減少了噪音的產(chǎn)生。相比傳統(tǒng)的平面砂輪，非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)螺旋溝槽砂輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音更低，對(duì)操作人員的聽力健康更為有利。

20、(4)本發(fā)明能夠延長砂輪使用壽命：溝槽底部擾流結(jié)構(gòu)使磨削液在磨削弧區(qū)由于擾流結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的高湍動(dòng)能換熱通道流場及時(shí)的將磨屑排除，能夠減少砂輪的磨損和磨屑堆積，延長砂輪的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，包括砂輪本體，所述砂輪本體的磨削面上設(shè)置有螺旋溝槽，所述螺旋溝槽的截面形狀為矩形；

2.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述擾流結(jié)構(gòu)的高度與所述螺旋溝槽的高度相匹配，所述擾流結(jié)構(gòu)的寬度與所述螺旋溝槽的寬度相匹配。

3.如權(quán)利要求2所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述擾流結(jié)構(gòu)的高度小于所述螺旋溝槽的高度，所述擾流結(jié)構(gòu)的寬度小于螺旋溝槽的寬度。

4.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述非對(duì)稱梯形為直角梯形，所述直角梯形的下底邊長度大于上底邊長度，其中，所述下底面呈弧形與螺旋溝槽的底面完全貼合。

5.如權(quán)利要求4所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述擾流結(jié)構(gòu)的傾斜面作為迎風(fēng)面對(duì)空氣起到推動(dòng)作用，直角面作為背風(fēng)面，在砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣流速小于砂輪轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生壓力差，即產(chǎn)生負(fù)壓，從而對(duì)磨削液產(chǎn)生卷吸效應(yīng)。

6.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述螺旋溝槽的起始位置和終點(diǎn)位置在砂輪本體的厚度方向上對(duì)稱。

7.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述螺旋溝槽的所述螺旋溝槽的深度與寬度相同。

8.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述擾流結(jié)構(gòu)和溝槽基于普通砂輪通過激光去除的方式形成，所述擾流結(jié)構(gòu)和砂輪為一體結(jié)構(gòu)。

9.如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪，其特征在于，所述砂輪本體的磨削面與待磨削工件的表面接觸，所述砂輪本體的前側(cè)設(shè)置磨削液噴頭噴入磨削液。

10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪的制備方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)的螺旋溝槽砂輪及制備方法，包括砂輪本體，所述砂輪本體的磨削面上設(shè)置有螺旋溝槽，所述螺旋溝槽的截面形狀為矩形；所述螺旋溝槽內(nèi)設(shè)置有擾流結(jié)構(gòu)，所述擾流結(jié)構(gòu)的截面形狀為非對(duì)稱梯形，所述擾流結(jié)構(gòu)的底邊呈弧形與螺旋溝槽的底面完全貼合；所述擾流結(jié)構(gòu)在螺旋溝槽內(nèi)以螺旋溝槽為導(dǎo)向等間距分布；本發(fā)明通過在螺旋溝槽砂輪表面增加非對(duì)稱梯形擾流結(jié)構(gòu)，可以改善磨削液的流動(dòng)特性，提高磨削液在砂輪表面的吸收效果，增加磨削過程中磨削弧區(qū)的有效流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步磨削換熱的增強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：江京亮,毛明哲,宋艷鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17