难加工材料成型磨削冷却状态监测装置

摘要

本发明公开了一种难加工材料成型磨削冷却状态监测装置，包括温度测量部分、冷却液压力测量部分、数据采集卡和计算机。温度测量部分和冷却液压力测量部分所测得的信号被数据采集卡所采集，然后又通过数据线传输到计算机中进行存储和处理。所采集的数据经计算机存储和处理后，可以为磨削工艺参数和冷却方式的优化提供依据，从而进一步解决难加工材料成型磨削过程中工件型面的烧伤问题，提高成型磨削的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业加工过程监测装置，具体是一种难加工材料高效成型磨削冷却状态监测装置。

背景技术

难加工材料缓磨过程中最大的问题为磨削烧伤，尤其是突发性烧伤。起初这一现象也没有很好地得到理论解释，直到Bristol大学的Andrew教授在上世纪70年代引入热工领域的沸腾传热技术，才将这一现象得以解释。其指出在缓磨过程中，当磨削热流密度接近而不超过临界热量密度时，磨削弧区的磨削液处于泡核沸腾阶段，此时的工件表面温度可以维持在120-130℃以下，而当磨削弧区超过临界热流密度时，弧区磨削液即会发生膜沸腾，积聚的热量使得工件表面温度急剧上升，且突发的烧伤温度甚至接近材料的熔点。针对磨削热的问题，国内外学者从冷却条件，磨削工具以及磨削工艺的角度做了大量的研究，研究表明，在镍基高温合金等难加工材料的高效磨削中，冷却液的合理使用对工件表面温度的控制起到至关重要的作用。

对于成型磨削，其动态切削过程和冷却状态比平面磨削更加复杂，尤其对于难加工材料的高效成型磨削，其比平面磨削更易产生磨削烧伤和微裂纹。对于难加工材料的成型磨削，实现对型面不同区域的工件表面温度和冷却状态的测量与控制尤为重要，其不仅可以实现工件不同区域发生烧伤的预报和控制，更可进一步实现对成型磨削工艺参数和冷却条件的优化，从而提高难加工材料成型磨削的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种难加工材料成型磨削冷却状态监测装置，实现对难加工材料成型磨削冷却状态进行监测，记录相应数据，从而建立工件表面温度与冷却液状态的关系，为磨削工艺参数和冷却方式的优化提供依据，从而进一步解决难加工材料成型磨削过程中工件型面的烧伤问题，提高成型磨削的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种难加工材料成型磨削冷却状态监测装置包括温度测量部分、冷却液压力测量部分、数据采集卡和计算机。所述温度测量部分和冷却液压力测量部分均嵌在被加工工件内并通过数据线连接到数据采集卡，数据采集卡又通过数据线和计算机相连。温度测量部分和冷却液压力测量部分所获得的数据被数据采集卡所采集，然后通过数据线传输到计算机中进行存储和处理。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却液压力测量部分由若干个测压孔和与测压孔数量相同的压电式动态压力传感器构成，测压孔和压电式动态压力传感器配合测得成型磨削弧区冷却液的压力。所述测压孔均加工在被加工工件内部，其与加工面垂直并贯穿被加工工件。所述压电式动态压力传感器一一对应地安装在每个测压孔底部。

作为上述技术方案的再一步改进，所述测压孔之间的距离是相等的。

作为上述技术方案的另一种改进，所述温度测量部分由塑封膜和封装在塑封膜内的若干根半人工热电偶组成，塑封膜将半人工热电偶与工件绝缘；所述半人工热电偶垂直于加工面并贯穿被加工工件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述半人工热电偶的数量和排布距离与测压孔的数量和排布距离相一致，使获得的成型磨削弧区工件表面温度与冷却液压力相对应。

作为上述技术方案的再进一步改进所述半人工热电偶的材料选用性能较好、应用较广泛的康铜丝。

作为上述技术方案的更进一步改进，所述塑封膜的厚度为80μm，以达到更好的绝缘效果。

本发明所提供的难加工材料成型磨削冷却状态监测装置，可以实现对难加工材料成型磨削冷却状态进行监测，测量工件表面温度和冷却液压力，所采集的数据经计算机存储和处理后，可以建立工件表面温度与冷却液状态的关系，为磨削工艺参数和冷却方式的优化提供依据，从而进一步解决难加工材料成型磨削过程中工件型面的烧伤问题，提高成型磨削的效率。

附图说明

图1a为监测装置整体结构示意图。

图1b为温度测量部分和冷却液压力测量部分局部放大图。

图2a为温度测量部分横截面示意图。

图2b为温度测量部分纵截面示意图。

图3a为冷却液压力测量部分横截面示意图。

图3b为冷却液压力测量部分纵截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

如图1a和图1b所示，本发明的一种难加工材料成型磨削冷却状态监测装置包括温度测量部分6、冷却液压力测量部分7、数据采集卡4和计算机5。所述温度测量部分6和冷却液压力测量部分7均嵌在被加工工件1内并通过数据线连接到数据采集卡4，数据采集卡4又通过数据线和计算机5相连。当砂轮2对工件1进行成型磨削时，有冷却液喷嘴3喷出冷却液对工件1进行冷却。磨削过程进行时，温度测量部分6和冷却液压力测量部分7分别测得成型磨削弧区工件1表面温度和成型磨削弧区的冷却液压力数据，然后通过数据线传送到数据采集卡4，数据采集卡4又通过数据线将数据传送到计算机5进行存储和处理。

如图2a、图2b和图3a、图3b所示，冷却液压力测量部分7由若干个测压孔71和与所述测压孔71数量相同的压电式动态压力传感器72构成。其中测压孔71是加工在工件1内部的，其直径在0.5mm-2mm之间，与加工面垂直并贯穿整个被加工工件1。压电式动态压力传感器72一一对应地安装在每个测压孔的底部，其额定压力为100bar，可用于高压射流冷却的条件。测压孔71的排布距离和数量，根据待测量工件的型面的复杂程度确定。

温度测量部分6由塑封膜61和封装在塑封膜61内的半人工热电偶62组成，其中塑封膜61的厚度为80μm，所述塑封膜61将半人工热电偶62与被加工工件1绝缘。所述半人工热电偶62垂直于加工面并贯穿被加工工件1，其数量和排布距离与测压孔的数量和排布距离相一致。温度的测量采用夹丝法，形成半人工热电偶62，所述半人工热电偶62的材料选用性能较好、应用较广泛的康铜丝，所有半人工热电偶共用一个冷端。半人工热电偶62所测得的信号为磨削弧区工件表面热电势，然后结合材料的标定值即可获得实际的工件表面温度。

磨削时，成型砂轮2依次经过弧区压力测量部分7与工件温度测量部分6，由于半人工热电偶62与测压孔71的位置一一对应，因此获得的弧区冷却液压力与工件表面温度也相对应。所测得的数据经计算机存储和处理后，为磨削工艺参数和冷却方式的优化提供了依据。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。