适用于高速超高速磨削的封闭式Y型喷嘴

摘要

一种适用于高速超高速磨削的封闭式Y型喷嘴，有喷嘴本体4，其上设有一个端口与水平面成10°－20°角的斜槽形主喷射口7和一个端口向上的辅喷射口8，所述主喷射口7的端口上设有带相应开口9的柔性遮片3且其上装有带相应开口10的压条2，所述主喷射口7底部铰接有一个活动挡板6。本发明喷嘴完全阻挡了磨削区附近的高速气流，使得磨削液在高速超高速磨削时顺利注入；且可采用较低的供液压力，从而减轻了工件的变形及砂轮的振动等，改善了磨削表面质量；还可有效地清洗砂轮上的粘附物、脱落的磨粒，解决了砂轮的堵塞问题，提高了砂轮的耐用度。

说明书

技术领域

本发明涉及用于磨削加工的磨削液喷嘴，进一步是指适用于高速、超高速磨削的封闭式Y型喷嘴。

背景技术

超高速磨削技术是一种重要的机械加工方法，与普通磨削相比具有极大的优越性，包括：(1)生产率高；(2)明显降低磨削力，提高零件加工精度；(3)降低加工工件表面粗糙度值，易获得高光洁的加工表面；(4)砂轮耐用度提高，使用寿命延长。

但是，超高速磨削对磨削过程也会带来一些负面影响，如由于砂轮的高速旋转，在砂轮圆周表面形成高速回转的气流，这层气流屏障使得磨削液在砂轮前受到阻挡而难以进入磨削区，这样就会使得工件表面极易烧伤，零件的抗磨损性能降低，应力锈蚀的灵敏性增加、抗疲劳性变差，从而降低零件的使用寿命和工作可靠性；另一方面，磨削区的磨削热的增加会使得砂轮堵塞钝化加快，从而使砂轮寿命大大降低。因此，如何有效地将磨削液注入磨削区成为超高速磨削中的关键技术之一。

目前，超高速磨削中磨削液注入技术的研究主要围绕着去除或冲破高速空气膜来展开，并形成了以下两种方式：高压喷射供液法和增加气流挡板辅助供液法。

高压喷射供液法是通过高压泵和管径小的喷嘴提高供液压力，把磨削液高速喷出，冲破气流屏障进入磨削区，将磨削热迅速带走，同时清除砂轮表面的切屑。然而，磨削液的高压将给磨削过程带来的诸多不利影响有：引起工件的变形，砂轮的振动等，从而导致表面质量恶化；导致磨削液雾化，影响冷却效果；对机床供液设备的要求提高；

增加气流挡板辅助供液法是在砂轮外周面及侧面设置可调节的气流挡板，阻滞空气向磨削区的快速流动，使磨削液顺利进入磨削区。采用空气挡板后，从喷嘴喷出的磨削液可以紧贴在砂轮表面上而较顺利地进入弧区，又能防止磨削液向两旁飞溅。但是这里仍然有一个问题，即在气流挡板与砂轮的圆周轮廓之间始终存在一定的间隙，而通过这些间隙的气流所形成的气膜压力是最大的，这将导致磨削液供液效果不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种适用于高速超高速磨削的封闭式Y型喷嘴，它可有效阻挡磨削区附近的高速气流，使得磨削液在高速超高速磨削时顺利注入；并可采用较低的供液压力以减轻工件的变形及砂轮的振动等，改善磨削表面质量；还可有效地清洗砂轮上的粘附物、脱落的磨粒，解决砂轮堵塞问题、提高砂轮的耐用度。

本发明的技术解决方案是，所述适用于高速超高速磨削的封闭式Y型喷嘴有喷嘴本体，其结构特点是，所述喷嘴本体设有一个端口与水平面成10°-20°角的斜槽形主喷射口和一个端口向上的辅喷射口，所述主喷射口的端口上设有带相应开口的柔性遮片且其上装有带相应开口的压条，所述主喷射口底部铰接有一个活动挡板。

以下对本发明做出进一步说明。

参见图1，本发明有喷嘴本体4，其结构特点是，所述喷嘴本体4设有一个端口与水平面(即喷嘴本体4底面)成10°-20°角的斜槽形主喷射口7和一个端口向上的辅喷射口8，所述主喷射口7的端口上设有带相应开口9的柔性遮片3且其上装有带相应开口10的压条2，所述主喷射口7底部铰接有一个活动挡板6。所述活动挡板6可用一个连接臂5同喷嘴本体4相连接；所述压条2采用刚性材料(如金属片)制作，其开口应适当宽于柔性遮片3的开口；柔性遮片3可采用柔性材料(如塑胶片或类似材料)制作，其开口应适当小于主喷射口7的宽度。

本发明的工作原理是，实际使用时安装结构如图2所示，喷嘴本体4上的主喷射口7与砂轮1之间通过柔性遮片3的柔性接触构成了近似封闭腔；主喷射口7中喷出的磨削液主要用来注入磨削区；辅喷射口8中喷出的磨削液主要用来阻挡砂轮周围的高速气流，另外还可起到清洗砂轮的作用。此外，砂轮1、主喷射口7和柔性遮片3之间在主喷射口7下部形成了第三个喷射口，由活动挡板6改变其中喷射出的磨削液方向，使其射向磨削区。亦即，本发明首先采用柔性遮片(柔性气流挡板)尽可能隔绝砂轮周围的气流；根据动量守恒原理，利用磨削液的动量去抵消未隔挡住的高速空气流的动量，从而在磨削区附近形成低压甚至是真空区域，从而使磨削液顺利注入磨削区。

本发明所述喷嘴在湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心的314m/s的超高速磨削试验台上使用，采用的设备条件和磨削参数分别如表1和2所示：

          表1.使用设备与仪器

  机床  自行开发的314m/s超高速平面磨削试验台  砂轮  电镀CBN砂轮，直径为350mm  工件材料  45#  测力仪  瑞典Kistler公司5233A型磨削测力仪  粗糙度仪  德国Homel公司1500型粗糙度检查仪

                    表2 磨削参数

  砂轮线速度(m/s)  60，90，120，150  工作台进给速度  (mm/min)  2  磨削深度(mm)  0.01，0.03，0.05，0.1，0.15，0.2  供液泵压力(Mp)  1，5，10  磨削方式  逆磨

上述应用与普通L型喷嘴的磨削效果进行对比，其结果表明：

1.在1MPa的供液压力和150m/s的磨削速度时，采用本喷嘴出现磨削烧伤的深度(0.15mm)要远远大于L型普通喷嘴(0.03mm)，而此种效果L型普通喷嘴在10MPa的供液压力时还未达到；

在1MPa的供液压力下采用本喷嘴与在10MPa的供液压力下采用L型普通喷嘴相比，所磨工件表面粗糙度有了极大改善，约减小了20％。

由以上可知，本发明为一种适用于高速超高速磨削的封闭式Y型喷嘴，它的特点有：

1.完全阻挡了磨削区附近的高速气流，使得磨削液在高速超高速磨削时顺利注入；

2.可采用较低的供液压力(由10MPa降低到1MPa左右)，从而减轻了工件的变形及砂轮的振动等，改善了磨削表面质量；

3.可有效地清洗砂轮上的粘附物、脱落的磨粒，解决砂轮的堵塞问题，提高了砂轮的耐用度。

附图说明

图1是本发明一种实施例的整体结构及使用状态示意图；

图2是本发明喷嘴构件为分离状态时的结构示意图。

在图中：

1-砂轮，        2-压条，        3-柔性挡片，

4-喷嘴本体，    5-连接臂，      6-活动挡板，

7-主喷射口，    8-辅喷射口，    9、10-开口。

具体实施方式

按照附图和上述结构的本发明喷嘴，喷嘴本体4采用钢料制作，其主喷射口7端口与水平面成15°角，所述柔性遮片3为塑胶片。一种实施方案采用的设备和仪器有：

机床：314m/s超高速平面磨削试验台；

砂轮：电镀CBN砂轮，直径为350mm；

工件材料：45#；

磨削参数：

a.砂轮线速度(m/s)：60，90，120，150；

b.工作台进给速度：2mm/min；

c.磨削深度(mm)：0.01，0.03，0.05，0.1，0.15，0.2；

d.供液泵压力(MPa)：1，5，10；

e.磨削方式：逆磨。