電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備的制造方法

電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，將能產生電卡效應的材料制成納米或者微米級的粉末添加到砂輪結合劑中形成電卡砂輪，同時配合使用靜電霧化、磁增強靜電中和清洗和靜電沉積，集成為一套砂輪內冷卻與靜電技術耦合的磨削設備，不僅顯著降低了磨削區的溫度，而且對砂輪磨削表面進行清洗，避免砂輪堵塞，還能明顯降低磨削工程中周圍環境的油霧量，本設備顯著提高加工效率，達到環保的要求；本實用新型的設備可以有效地降低磨削區溫度，提高加工效率和質量，又可以減少油霧對環境的污染以及降低對人體健康的危害，既符合機械加工的要求又符合節能環保的要求。
【專利說明】
電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及磨削加工領域，具體為電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備。
【背景技術】
[0002]磨削加工是機械制造中重要的加工工藝。磨削過程中對于去除單位體積金屬具有極高的能量輸入，幾乎所有的能量轉化都集中在磨削區。磨削高溫使砂輪表面磨粒表層弱化，磨損加劇，造成磨粒脫離等現象，縮短了砂輪的使用壽命。同時磨削區產生的高溫可以引起各種形式的工件熱損傷，如:燒傷、金相轉變、可能產生二次淬火表層的軟化(退火)、不利的表層拉應力、裂紋以及疲勞強度的降低等，另外磨削中的熱膨脹可造成工件的變形。磨削生產率通常由于磨削溫度的負面影響而受到限制。
[0003]為了獲得較高的工件加工質量和表面精度，必須降低磨削區的溫度。鑒于干式磨削的潤滑效果太差，因此研究人員提出了準干式磨削技術，微量潤滑技術，是指將極其微量的潤滑液和具有一定壓力的氣體混合霧化后，噴射到磨削區起到冷卻潤滑作用的一種磨削加工技術，冷卻和排肩作用主要依靠高壓氣體來實現。經過大量的研究發現微量潤滑技術也沒有在磨削區起到強化換熱顯著降低磨削區溫度的效果，然而納米技術的出現為解決這一難題提供了很好的思路。眾所周知，常溫下固體材料的導熱系數要比流體材料大幾個數量級，懸浮有金屬、非金屬或聚合物固體粒子的液體的導熱系數要比純液體大得多。如果在微量潤滑介質中添加固體粒子，可以顯著增加流體介質的導熱系數，提高對流熱傳遞的能力，極大彌補微量潤滑冷卻能力不足的缺陷。此外，納米粒子在潤滑與摩擦學方面還具有特殊的抗磨減摩和高承載能力等摩擦學特性。將納米級固體粒子加入微量潤滑流體介質中制成納米流體，即納米粒子、潤滑液(油、或油水混合物)與高壓氣體混合霧化后以射流形式噴入磨削區，因此納米粒子射流微量潤滑磨削技術應運而生，納米粒子射流微量潤滑磨削不僅具有微量潤滑技術的優點，而且能夠有效解決磨削燒傷，提高工件表面完整性，實現高效、低耗、環境友好、資源節約的低碳綠色清潔生產。
[0004]所謂電卡致冷就是在外加電場的作用下材料的極化狀態發生改變，導致熵的變化，進而使材料產生溫變，達到制冷的效果。因此，利用外加電場改變材料的極化狀態能夠實現溫度的調控，實現致冷。電卡效應致冷工作原理類似卡諾循環，其中包括兩個等熵過程和兩個等場過程。在絕熱狀態下，對極性材料施加電場，電場的作用使材料內部有序度升高，導致材料熵值的降低，進而使溫度升高；在去除絕熱狀態下，由于材料與環境的熱交換，材料的溫度下降至環境溫度，而材料的有序度不變，所以材料的熵值不變;在絕熱并撤去外電場的狀態下，材料內部有序度降低，導致材料的熵值增加，從而使材料溫度降低；降溫后的材料從所接觸的待致冷器件上吸收熱量，使待致冷件的溫度降低，從而達到致冷的效果。
[0005]經檢索，專利號為ZL201310634991.4公開的一種磁增強電場下納米粒子射流可控輸運微量潤滑磨削裝備，通過在電暈區周圍增加磁場，提高液滴的荷電量;其外部設有高壓直流靜電發生器和磁場形成裝置的噴嘴;噴嘴與納米粒子供液系統、供氣系統連接;高壓直流靜電發生器與可調高壓直流電源的負極連接，可調高壓直流電源的正極則與用于附著在工件不加工表面的工件加電裝置連接，從而形成負電暈放電的形式;在靜電放電的電暈區周圍是磁場形成裝置;納米流體在磨削液從噴嘴的噴頭噴出霧化成液滴的同時在高壓直流靜電發生器及磁場形成裝置的作用下對液滴荷電并被送入磨削區。雖然采用靜電霧化方式可以使磨削液均勻到達磨削區，然而所采用的高壓電源僅僅用于液滴荷電，造成一定程度的電能浪費，不符合節能的環保要求。
[0006]經檢索，專利號為201510312119.7公開了一種納米流體靜電霧化與電卡熱管集成的微量潤滑磨削裝置，包括:在兩側表面均覆蓋有電卡薄膜材料的熱管砂輪，在電卡薄膜材料外部施加外加電場;及外部設有高壓直流靜電發生器和磁場形成裝置的電卡制冷與磁增強電場下的靜電霧化組合噴嘴;靜電霧化組合噴嘴分別與納米粒子供液系統、供氣系統連接;納米流體通過在靜電霧化組合噴嘴進行靜電霧化噴射到磨削區，吸收磨削區熱量;電卡薄膜材料利用電卡效應在磨削區吸收熱量，離開磨削區后通過熱管砂輪將吸收的熱量散去，形成一個卡諾循環。將納米流體靜電霧化以及電卡制冷和熱管制冷技術進行了集成，達到磨削區后可以吸收更多的磨削熱量，降低磨削溫度，磨削區的制冷效果顯著提高。該裝置利用電卡效應與熱管砂輪結合集成一套冷卻系統，雖然對磨削區有較好的冷卻效果，然而將電卡薄膜覆蓋在砂輪表面堵塞了砂輪氣孔，在一定程度上影響了砂輪磨削時的整體性會K。
[0007]經檢索專利號為201510603700.4公開了一種聲發射和測力儀集成的砂輪堵塞檢測清洗裝置及方法，首先通過聲發射技術在線定性監測砂輪堵塞狀況，通過磨削測力儀測量磨削力來反映檢測砂輪堵塞狀況，然后根據尖端放電原理去除堵塞物的靜電，由靜電中和噴嘴對附著在砂輪表面或氣孔內的堵塞物進行清洗。砂輪磨削過程中產生的聲發射信號，經過信號采集和分析過濾，建立聲發射信號的均方根值(RMS)和快速傅里葉變換(FFT)的峰值與砂輪堵塞程度的對應關系，實現對砂輪堵塞的定性測量。磨削測力儀測量磨削力也反映檢測砂輪堵塞情況。然后通過噴射壓力與聲發射信號間設定的閾值來實現在線實時對砂輪堵塞物的洗清，實現噴嘴噴射壓力與砂輪堵塞量之間的閉環控制。該裝置利用靜電中和原理對磨削砂輪表面進行堵塞物的清洗，實現了砂輪的在線修銳，然而砂輪高速旋轉，需要施加非常高的電壓才能有效地中和堵塞物的靜電，在一定程度上造成了電能的利用效率較低，浪費了能源。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供了電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，該設備將能產生電卡效應的材料制成納米或者微米級的粉末添加到砂輪結合劑中形成電卡砂輪，同時配合使用靜電霧化、磁增強靜電中和清洗和靜電沉積，集成為一套砂輪內冷卻與靜電技術耦合的磨削設備，不僅顯著降低了磨削區的溫度，而且對砂輪磨削表面進行清洗，避免砂輪堵塞，還能明顯降低磨削工程中周圍環境的油霧量，本設備顯著提高加工效率，達到環保的要求。
[0009]為了達成上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0010]電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米粒子射流微量潤滑磨削設備，包括工作臺，工作臺的上方設有用于固定工件的夾具，在夾具的底部設有檢測磨削力的壓力傳感器，在工作臺上設有用于固定電卡砂輪的電卡砂輪座，電卡砂輪由能產生電卡效應的材料與電卡砂輪結合劑結合制成，電卡砂輪與能產生電場的裝置連接，在電卡砂輪的圓周設有至少一處將納米流體霧化的用于潤滑和冷卻工件磨削區的靜電霧化噴嘴，電卡砂輪圓周的一側設有帶有電荷的噴射納米流體的磁增強靜電中和清洗噴嘴，以冷卻電卡砂輪;壓力傳感器、磁增強靜電中和清洗噴嘴、靜電霧化噴嘴和電刷分別單獨與磨削力控制系統連接，通過磨削力控制系統對部分結構的控制，實現根據磨削的具體情況，控制各個機構的動作;靜電霧化噴嘴是在電卡砂輪磨削工件時開始工作，在納米流體噴出噴嘴時將霧化的液滴進行荷電，通過靜電場的作用使荷電的液滴定向的噴射到磨削區，起到冷卻潤滑的作用。
[0011]進一步地，所述能產生電場的裝置為設于電卡砂輪兩側表面的至少一圈導電片，一側的導電片與向電卡砂輪施加外電場的電刷的正極連接，另一側的導電片與電刷的負極連接，以提高電卡砂輪的冷卻能力。
[0012]進一步地，電卡砂輪由能產生電卡效應的材料被磨成納米或微米級粉末與電卡砂輪結合劑結合制成，產生電卡效應的材料粉末體積分數范圍為1%-60%，目的是既不影響砂輪的整體組織及結構，又能夠使電卡砂輪具有良好的制冷量，以維持電卡砂輪在磨削過程中的整體性能，能產生電卡效應的材料包括鐵電材料、反鐵電材料以及弛豫鐵電材料，而且此電卡材料的居里溫度發生在室溫附近，具有相對較大的電卡效應。
[0013]進一步地，在電卡砂輪的側面設有用于收集油霧的油霧沉積罩，采用靜電沉積原理對油霧進行沉積回收，為保證油霧能夠充分得到荷電，油霧沉積裝置可以采用一個或者多個。
[0014]進一步地，所述電刷的工作端部設有隆起部，電刷為帶有Sn/Ag電極的電刷，導電片為導電鉑片。
[0015]進一步地，所述工作臺為磁性工作臺，所述油霧沉積罩的一側通過連桿與固定在磁性工作臺的磁性固定桿連接，連桿為可水平轉動和豎直移動的多連桿結構，另一側設有與磁性工作臺連通的開口，開口的上方由油霧入口逐漸傾斜向下設置便于油霧向下沉積。
[0016]進一步地，所述開口的上部為沉積電極板，下部為油霧荷電電極，油霧荷電電極與高壓導線連接，油霧荷電電極為長方形、圓形或橢圓形。
[0017]進一步地，所述夾具內設有凹槽，凹槽內設有用于在一個方向固定工件的定位塊，定位塊通過定位螺栓固定于凹槽內，在夾具相對于定位塊的另一側表面固定有用于從工件上方下壓工件的壓板，另一個方向設有穿過凹槽的用于夾緊工件的定位螺栓。
[0018]進一步地，所述磁增強靜電中和清洗噴嘴包括用于注入氣體的氣體管，氣體管設于液體管內，液體管的一側開有進液口，液體管的出口內徑逐漸變小對氣液混合加速，在出口處設有噴嘴，噴嘴出口側設有噴頭體，噴頭體內部設有與噴嘴連通的電極盤，電極盤與高壓導線連接，噴頭體的端部固定有磁場形成裝置，磁場形成裝置設置在磁增強靜電中和清洗噴嘴出口的最頂端，位于電暈放電區的周圍，磁場形成裝置為磁鐵，磁鐵通過定位卡盤固定在圓形電極盤的下方，中間形成場強，提高納米流體液滴的荷電量。
[0019]進一步地，在所述工作臺的一側設有向電源發生裝置加電的工件加電裝置，包括絕緣殼體，在殼體內設有壓緊永磁體，在殼體的中部設有通過彈簧支撐的壓鐵，壓鐵中部的端部穿過殼體且在此端部設置導線連接環，導線連接環與電源發生裝置連接。
[0020]本實用新型的工作原理是:在磨削區產生的油霧大致可以分為3種，第一種是具有很大動量的油霧，在經過油霧荷電電極的荷電后撞擊到沉積電極板上，其中一部分被吸附，另一部分又發生反彈，這一部分在重力和電場力的作用下發生沉積被吸附在工作臺上;第二種是動量較大的油霧，這種油霧經過油霧荷電電極撞擊到沉積電極板后被全部吸附，隨著沉積電極板油霧的不斷增多，油霧液滴會沿著沉積電極板順流而下，進入導流槽中從而被回收;第三種是動量很小的油霧，在其飄散到油霧沉積罩前其速度減為零，經過油霧荷電電極的荷電后，在重力和電場力作用下沉積到工作臺上。
[0021]所述高壓直流靜電發生器與可調高壓直流電源的負極連接，可調高壓直流電源的正極則與附著在工件不加工表面的工件加電裝置連接，從而形成負電暈放電的形式;將電刷電源與磁增強靜電中和清洗噴嘴、靜電霧化噴嘴、油霧沉積裝置以及高壓直流靜電發生器的電源進行集成，都使用可調高壓直流電源；同時可調高壓直流電源上設置有電源信號轉換裝置，以適用電卡砂輪和磁增強靜電中和清洗噴嘴的使用需要。
[0022]所述工件加電裝置由工件加電裝置絕緣殼體、壓鐵、壓緊永磁鐵、壓緊彈簧組成；壓緊永磁鐵安裝在工件加電裝置絕緣殼體上，壓鐵通過壓緊彈簧穿透安裝在工件加電裝置絕緣殼體的中部，露出工件加電裝置絕緣殼體的端部則設有導線連接環和開口銷插槽。
[0023]本實用新型的有益效果是:該設備將基于電卡效應的電卡砂輪和靜電應用技術，包括靜電霧化、靜電中和和靜電沉積進行集成，開發出一種集砂輪內冷和靜電應用技術于一身的納米粒子射流微量潤滑磨削設備，該設備不僅可以有效地降低磨削區溫度，提高加工效率和質量，又可以減少油霧對環境的污染以及降低對人體健康的危害，既符合機械加工的要求又符合節能環保的要求，具體可以分為三個方面:
[0024]I)將能產生電卡效應的材料制成粉末添加到砂輪結合劑中制成電卡砂輪，而形成一種內冷卻砂輪，與熱管砂輪相比不僅保證了電卡砂輪的組織和結構，而且使電卡砂輪在磨削過程中工作更加可靠，降低磨削區溫度的效率更高。
[0025]2)通過對靜電中和清洗噴嘴進行磁增強處理使其能夠高效率的對電卡砂輪進行清洗，堵塞物的清除率大大提高，實現了高能效在線修銳的功能，磨削加工質量和效率得到有效提尚;
[0026]3)由于磨削過程中產生的油霧對人體健康造成嚴重的威脅，而傳統的排油霧裝置僅僅是將彌散在空氣中的油霧進行排除處理，沒有從源頭上進行有效的解決，而本設備采用靜電霧化以及靜電沉積的原理在油霧產生的源頭(磨削區)將油霧進行沉積回收，其中靜電霧化使霧化液滴定向噴射到磨削區減少了空氣中的霧化液滴的量，靜電沉積使磨削高溫和其他因素引起的油霧在擴散到空氣中以前進行沉積回收，兩者使彌散的空氣中的油霧大大減少，降低了油霧對人體健康的危害，使加工過程更加綠色安全。
[0027]4)本實用新型的設備可以有效地降低磨削區溫度，提高加工效率和質量，又可以減少油霧對環境的污染以及降低對人體健康的危害，既符合機械加工的要求又符合節能環保的要求。
【附圖說明】
[0028]圖1基于電卡效應的砂輪內冷及靜電應用納米粒子射流微量潤滑磨削裝置軸測圖；
[0029]圖2壓力傳感器監測軸測圖；
[0030]圖3工件定位夾緊裝置結構示意圖；
[0031 ]圖4壓力傳感器結構示意圖；
[0032]圖5油霧沉積裝置軸測圖；
[0033]圖6油霧沉積裝置可移動夾具的俯視圖6(a)、立體圖6 (b)、左視圖6 (c)和軸測圖6(d)；
[0034]圖7油霧沉積裝置連接桿I的俯視圖7(a)、立體圖7(b)、左視圖7(c)和軸測圖7(d);
[0035]圖8油霧沉積裝置連接桿Π的俯視圖8(a)、立體圖8 (b)、左視圖8 (c)和軸測圖8⑷；
[0036]圖9油霧沉積罩的俯視圖9(a)、立體圖9(b)、左視圖9(c)和軸測圖9(d);
[0037]圖10油霧沉積罩的剖視圖；
[0038]圖11油霧荷電電極實施例一；
[0039]圖12油霧荷電電極實施例二；
[0040]圖13油霧荷電電極實施例三；
[0041 ]圖14油霧荷電電極實施例四；
[0042]圖15磁增強靜電中和清洗噴嘴剖視圖；
[0043]圖16注氣管沿A—A方向剖視圖；
[0044]圖17靜電中和裝置剖視圖；
[0045]圖18靜電中和裝置沿B—B方向剖視圖；
[0046]圖19磁增強靜電中和清洗噴嘴磁鐵定位卡盤俯視圖；
[0047]圖20—種電刷底座與集體整體結構軸測圖；
[0048]圖21電刷俯視圖；
[0049]圖22電刷局部放大圖；
[0050]圖23a加電裝置剖視圖；
[0051 ]圖23b加電裝置俯視圖；
[0052]圖24電路系統框圖；
[0053]圖25液路與氣路系統簡圖；
[0054]其中，1-磁性工作臺；2-壓力傳感器;3-夾具;4-平板;5-壓板;6-平板螺栓;7-圓柱墊片;8-壓板螺栓;9-工件；10-磁性固定桿；11-可移動夾具；12-固定旋鈕；13-磁增強靜電中和清洗噴嘴；14-連接桿I ； 15-電刷固定螺栓;16-電刷底座；17-連接桿Π ; 18-電刷；19-固定螺釘;20-油霧沉積罩;21-電刷鉑片;22-電卡砂輪;23-砂輪罩;24-輸送蛇形管固定裝置；25-壓縮空氣輸送蛇形管;26-納米流體輸送蛇形管;27-高壓導線；28-靜電霧化噴嘴;29-定位塊;30-電源信號轉換裝置;31-電源發生裝置;32-電源信號控制輸出線；33-定位螺栓；34-加電裝置;35-磨削力控制系統；36-壓力傳感器信號輸出線；37-導流槽;38-沉積電極板;39-油霧荷電電極;40-注氣管;41-密封墊圈I; 42-進液腔;43-氣液分離塞;44-氣液混合腔;45-加速段;46-圓形橡膠圈；47-圓形電極盤;48-噴頭體;49-電磁鐵導線通道;50-固定螺紋孔;51-定位卡盤;52-磁鐵;53-密封墊圈Π ; 54-圓形電極盤導線孔;55-扇形噴頭;56-定位螺紋孔;57-出氣孔;58-進液管；59-混合腔體;60-噴嘴螺母;61-定位通孔;62-磁體擋板;63-電刷底座;64-電刷固定用通孔;65-支撐體;66-導電部;67_Sn/Ag彈性接觸片;68-滑動部;69-隆起部;70-突出部;71-壓鐵;72-開口銷插槽;73-導線連接環;74-壓緊彈簧;75-加電裝置絕緣殼體;76-壓緊永磁鐵;77-空氣壓縮機;78-納米流體儲液罐;79-儲氣罐;80-液壓栗;81-過濾器;82-壓力表;83-節流閥I; 84-渦輪流量計I; 85-渦輪流量計Π ; 86-節流閥Π ; 87-調壓閥I; 88-調壓閥Π ; 89-溢流閥；90-納米流體回收箱。
【具體實施方式】
[0055]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0056]實施例一
[0057]如圖1所示，電卡砂輪22是將電卡材料制成納米或者微米級的粉末，將其添加在砂輪的結合劑中，其中所添加的電卡材料粉末的量以不影響砂輪的整體組織及結構為標準，目的是為了維持電卡砂輪在磨削過程中的整體性能；其通過與電刷底座16連接的帶有Sn/Ag電極的電刷18施加外加電場；電刷18通過高壓導線27與電源信號轉換裝置30和電源發生裝置31連接，提供電壓；電刷底座16通過電刷固定螺栓15固定在砂輪罩23上，其中電刷18的正極和負極分別于電卡砂輪22兩側表面與電刷鉑片21接觸。靜電霧化噴嘴28以及磁增強靜電中和清洗噴嘴13與壓縮空氣輸送蛇形管25以及納米流體輸送蛇形管26連接，壓縮空氣輸送蛇形管25和納米流體輸送蛇形管26通過輸送蛇形管固定裝置24進行固定;靜電霧化噴嘴28以及磁增強靜電中和清洗噴嘴13中的靜電霧化裝置和靜電中和裝置分別與高壓導線27連接，再與電源信號轉換裝置30和電源發生裝置31連接。
[0058]電卡砂輪所需脈沖電源的頻率計算方法如下:
[0059]砂輪進給速率為V，工件長度為I1，空行程長度為12，則總長度I = Idl2,所需時間T=I / V，則脈沖電源所需的頻率f = I / T。
[0060]以實驗用參數為例:砂輪進給速率為v = 50mm/s，長度I = 50mm，因此砂輪磨削工件的周期為T = I /V = IS，則f = IHz。因此，就電卡砂輪所需脈沖電源的頻率來看，現有的高壓脈沖電源完全可以達到電卡砂輪的使用要求。
[0061]壓力傳感器2固定在磁性工作臺I上，如圖2?圖4所示，夾具3通過平板螺栓6固定在壓力傳感器2上，工件9通過夾具3進行固定，以定位塊29的可移動方向為Y軸方向，水平面內與Y軸方向垂直的方向為X軸方向，工件9的X軸方向使用兩個定位螺栓33進行夾緊;在工件9的Y方向，定位塊29—面與工件9側面接觸，一面與兩個定位螺栓33接觸，擰緊定位螺栓使定位塊29在工件9的X方向上夾緊，定位塊可調整位置，實現對不同工件9都可以實現夾緊。工件9在Z方向上采用三個壓板5夾緊，三個壓板5借助平板4、圓柱墊片7和壓板螺栓8構成自調節壓板，當工件9長寬高三個尺寸發生變化時，可通過定位螺栓33和三個壓板5實現裝備可調，滿足工件9的尺寸變化要求;壓力傳感器2通過36壓力傳感器信號輸出線與磨削力控制系統35連接，磨削力控制系統35通過電源信號控制輸出線32控制電源信號轉換裝置30，為電刷18、磁增強靜電中和清洗噴嘴13和靜電霧化噴嘴28提供電壓。
[0062]如圖5所示的油霧沉積裝置是由磁性固定桿10、可移動夾具11、固定旋鈕12、連接桿114、連接桿Π 17、固定螺釘19和油霧沉積罩20組成;其重要部件的結構如圖6、7、8和9所示，分別為可移動夾具11、連接桿114、連接桿Π 17、油霧沉積罩20，油霧沉積罩20的結構見圖6?圖9;磁性固定桿10固定在磁性工作臺I上，連接桿114通過可移動夾具11與磁性固定桿10連接，連接桿Π 17與連接桿114連接，油霧沉積罩20與連接桿Π 17連接;連接桿114的上下位置、轉動角度可通過移動夾具11進行調節，調節完成后由固定旋鈕12進行緊固；連接桿Π 17可以自由調節轉動角度，后由固定旋鈕12緊固；油霧沉積罩20調節后的轉動角度由固定螺釘19緊固；通過各個連接樞紐可以調節油霧沉積罩20的角度及上下位置，以達到最好的油霧荷電效果。
[0063]圖10為油霧沉積罩20的剖視圖，其上設有沉積電極板38接電源的正極并接地，沉積電極板38傾斜放置以便使吸附的油霧在重力作用下沿傾斜斜面順利流到導流槽37中，方便回收處理。其工作原理為:在磨削區產生的油霧大致可以分為3種，第一種是具有很大動量的油霧，在經過油霧荷電電極39的荷電后撞擊到沉積電極板38上，其中一部分被吸附，另一部分又發生反彈，這一部分在重力和電場力的作用下發生沉積被吸附在磁性工作臺I上；第二種是動量較大的油霧，這種油霧經過油霧荷電電極39撞擊到沉積電極板38后被全部吸附，隨著沉積電極板38油霧的不斷增多，油霧液滴會沿著沉積電極板順流而下，進入導流槽37中從而被回收;第三種是動量很小的油霧，在其飄散到油霧沉積罩20前其速度減為零，經過油霧荷電電極39的荷電后，在重力和電場力作用下沉積到磁性工作臺I上。
[0064]圖11為油霧荷電電極39的實施例，整體為長方形，內有多條電極，如圖10所示，油霧荷電電極39固定在油霧沉積罩20中與高壓導線27相連接，高壓導線27為油霧提供荷電電壓。
[0065]圖15為磁增強靜電中和清洗噴嘴剖視圖，圖16至圖19為磁增強靜電中和清洗噴嘴部分結構示意圖，磁增強靜電中和清洗噴嘴13主要有四部分組成，混合腔體59、注氣管40、進液管58和噴頭體48。其中，注氣管40連接著壓縮空氣輸送蛇形管25，通過密封墊圈141與混合腔體59連接，壓縮空氣經過出氣孔57進入到加速段45中；混合腔體59左端攻有螺紋，噴嘴螺母60將注氣管40和混合腔體59固定;進液管58連接著納米流體輸送蛇形管26，通過螺紋與混合腔體59連接。氣液分離塞43將氣液混合腔44和進液腔42，加速段45設計為錐形結構縮小了氣體和液體的流動空間，從而增大了它們的壓力和流速，混合液體經過加速段45后由扇形噴嘴55噴出。定位螺紋孔56能使磁增強靜電中和清洗噴嘴13定位;噴頭體48通過螺紋與混合腔體59連接。為了更好的密封磁增強靜電中和清洗噴嘴13，分別在注氣管40和混合腔體59，混合腔體59和噴頭體48之間有密封墊圈141和密封墊圈Π 53;噴頭體48中由靜電中和裝置和磁場形成裝置組成，其中靜電中和裝置由圓形橡膠圈46和圓形電極盤47組成，圓形電極盤47通過圓形電極盤導線孔54與高壓導線27連接;磁場形成裝置由定位卡盤51和磁鐵52組成，磁鐵52由定位卡盤51進行定位，定位卡盤51通過定位通孔61和固定螺紋孔50由螺栓進行固定;在定位卡盤51上設置有磁體擋板62用來限制磁鐵，如圖19所示，定位卡盤51通過定位通孔61與噴頭體48固定;所述磁鐵52可以為永磁鐵也可以為電磁鐵，若為電磁鐵其導線經由電磁鐵導線通道49接出。如圖1中所示，磁增強靜電中和清洗噴嘴13分別放置在電卡砂輪22的兩側，磨削工件9過程中，堵塞在電卡砂輪22磨削表面的磨肩無法確定其帶有何種電荷，因此第一種實施例為將磁增強靜電中和清洗噴嘴13放置在電卡砂輪的任意一側，靜電中和裝置接正電或者負電(根據實際需要)，目的是為納米流體荷上與堵塞物電極極性相反的電荷;第二種實施例為將兩個磁增強靜電中和清洗噴嘴13分別放置在電卡砂輪22的兩側，其中一個接正電，另外一個接負電，目的是不管堵塞物帶有何種電荷，兩個磁增強靜電中和清洗噴嘴13都能夠使堵塞物的電荷得到中和，從而更加容易將堵塞物沖洗掉，起到修銳砂輪的作用。
[0066]如圖16，注氣管40從內部氣體通道向外部設有多條通道，拓展了氣體的出口，加速液體與氣體的混合。圖17和圖18為靜電中和裝置剖視圖，展示了圓形橡膠圈46和圓形電極盤47的結構，圓形電極盤47包含有多條相對的電極。
[0067]圖20至圖22為電刷18結構圖，電刷包括電刷底座63，電刷固定用通孔64，支撐體65，導電部66，Sn/Ag彈性接觸片67，滑動部68，隆起部69，突出部70 ；其中隆起部68和突出部70組成了滑動部68。
[0068]圖23a、23b為工件加電裝置剖視圖和俯視圖，包括壓鐵71，開口銷插槽72，導線連接環73，壓緊彈簧74，工件加電裝置絕緣殼體75，壓緊永磁鐵76。
[0069]如圖24所示，高壓直流電源14由交流電源輸入單元、直流穩壓單元V1、直流穩壓單元V2、自激振動電路、功率放大器、高頻脈沖升壓器、倍壓整流電路和恒流自動控制電路組成。
[0070]圖25為液路與氣路系統簡圖，包括空氣壓縮機77，納米流體儲液罐78，儲氣罐79，液壓栗80，過濾器81，壓力表82，節流閥183，渦輪流量計184，渦輪流量計Π 85，節流閥Π 86，調壓閥187，調壓閥Π 88，溢流閥89，納米流體回收箱90。
[0071]本實用新型的具體工作過程如下:
[0072]在電卡砂輪22未磨削工件時，即切入過程時由電刷18對電卡砂輪22施加電場，由于電卡砂輪中含有電卡材料，施加電場使電卡材料的溫度升高，進而使砂輪的溫度升高，這時磁增強靜電中和清洗噴嘴13開始工作，一方面納米流體噴射到電卡砂輪22磨削表面降低電卡砂輪22的整體溫度，另一方面由于磨削過程中磨粒磨削工件9會使磨粒帶有靜電荷，而磁增強靜電中和清洗噴嘴13會在電暈區內產生大量的電子，游離的電子依附在小液滴上，對液滴進行荷電，帶上了與堵塞物電極極性相反的電荷；由噴頭噴射到砂輪表面上，高壓納米流體可以破壞堵塞物在砂輪上的機械粘附力，而帶電的小液滴可以中和堵塞物的靜電荷，使堵塞物從砂輪上清洗掉。當電卡砂輪22開始磨削工件9時，安裝在工件下方的壓力傳感器2采集到磨削力的信號，并將其傳入到磨削力控制系統35中進行處理，磨削力控制系統35根據處理結果控制電源信號轉換裝置30使磁增強靜電中和清洗噴嘴13停止工作，而使靜電霧化噴嘴28開始工作，同時撤掉電刷18的電壓;靜電霧化噴嘴28將納米流體霧化同時對霧化液體荷電，使其在電場作用下均勻到達磨削區起到潤滑和冷卻的作用；另外，由于磨削過程中撤掉電場，電卡砂輪22的溫度降低，低于環境溫度，其熱容量大大提高，根據熱傳遞原理，磨削工件9時產生的磨削熱首先傳遞到電卡砂輪22中，這樣就使傳入到工件9中的磨削熱大大降低，有效的避免了工件9的燒傷。同時，納米流體噴射到磨削區會發生二次霧化以及磨削高溫等因素使周圍環境中懸浮有大量的油霧，因此使用油霧沉積裝置對油霧進行荷電，安裝在油霧沉積罩20的油霧荷電電極39的周圍會形成電暈區，對擴散到油霧沉積罩20周圍的油霧進行荷電，荷電后的油霧小液滴在靜電場的作用下定向沉積，使擴散到空氣中的油霧量大大降低。在電卡砂輪22切出工件9后，壓力傳感器2檢測到切出信號，傳入磨削力控制系統35中，磨削力控制系統35進而控制電源信號轉換裝置30使靜電霧化噴嘴28停止工作，而使磁增強靜電中和清洗噴嘴13開始工作，并對電卡砂輪22施加電場，此時電卡砂輪22由于吸收了在磨削區產生的磨削熱，其自身溫度高于切入過程時的溫度，磁增強靜電中和清洗噴嘴13對電卡砂輪22進行降溫使其降低到環境溫度，并對其進行清洗修銳，之后開始下一個磨削過程。
[0073]實施例二
[0074]本實施例與實施例一的區別是:油霧荷電電極的結構不同。
[0075]圖12為油霧荷電電極39的實施例，整體為圓形，內均布有多條電極。
[0076]實施例三
[0077]本實施例與實施例一的區別是:油霧荷電電極的結構不同。
[0078]圖13為油霧荷電電極39的實施例，整體為橢圓形，內均布有多條電極。
[0079]實施例四
[0080]本實施例與實施例一的區別是:油霧荷電電極的結構不同。
[0081]圖14為油霧荷電電極39的實施例，整體為長方形，內有一條呈波浪型的電極。
[0082]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，包括工作臺，工作臺的上方設有用于固定工件的夾具，在夾具的底部設有檢測磨削力的壓力傳感器，在工作臺上設有用于固定電卡砂輪的電卡砂輪座，電卡砂輪由能產生電卡效應的材料與電卡砂輪結合劑結合制成，電卡砂輪與能產生電場的裝置連接，在電卡砂輪的圓周設有至少一處將納米流體霧化的用于潤滑和冷卻工件磨削區的靜電霧化噴嘴，電卡砂輪圓周的一側設有帶有電荷的噴射納米流體的磁增強靜電中和清洗噴嘴;壓力傳感器、磁增強靜電中和清洗噴嘴、靜電霧化噴嘴和電刷分別單獨與磨削力控制系統連接。2.如權利要求1所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述能產生電場的裝置為設于電卡砂輪兩側表面的至少一圈導電片，一側的導電片與向電卡砂輪施加外電場的電刷的正極連接，另一側的導電片與電刷的負極連接，以提尚電卡砂輪的冷卻能力。3.如權利要求1或2所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，電卡砂輪由能產生電卡效應的材料被磨成納米或微米級粉末與電卡砂輪結合劑結合制成。4.如權利要求1所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，在電卡砂輪的側面設有用于收集油霧的油霧沉積罩，所述電刷的工作端部設有隆起部。5.如權利要求4所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述工作臺為磁性工作臺，所述油霧沉積罩的一側通過連桿與固定在磁性工作臺的磁性固定桿連接，連桿為可水平轉動和豎直移動的多連桿結構，另一側設有與磁性工作臺連通的開口。6.如權利要求5所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述開口的上部為沉積電極板，下部為油霧荷電電極，油霧荷電電極與高壓導線連接，油霧荷電電極為長方形、圓形或橢圓形。7.如權利要求1所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述夾具內設有凹槽，凹槽內設有用于在一個方向固定工件的定位塊，定位塊通過定位螺栓固定于凹槽內，在夾具相對于定位塊的另一側表面固定有用于從工件上方下壓工件的壓板，另一個方向設有穿過凹槽的用于夾緊工件的定位螺栓。8.如權利要求1所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述磁增強靜電中和清洗噴嘴包括用于注入氣體的氣體管，氣體管設于液體管內，液體管的一側開有進液口，液體管的出口內徑逐漸變小對氣液混合加速，在出口處設有噴嘴，噴嘴出口側設有噴頭體，噴頭體內部設有與噴嘴連通的電極盤，電極盤與高壓導線連接，噴頭體的端部固定有磁場形成裝置。9.如權利要求1所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，在所述工作臺的一側設有向電源發生裝置加電的工件加電裝置，包括絕緣殼體，在殼體內設有壓緊永磁體，在殼體的中部設有通過彈簧支撐的壓鐵，壓鐵中部的端部穿過殼體且在此端部設置導線連接環，導線連接環與電源發生裝置連接。10.如權利要求5所述的電卡內冷卻砂輪與靜電技術耦合的納米流體微量潤滑磨削設備，其特征在于，所述開口的上方由油霧入口逐漸傾斜向下設置。
【文檔編號】B24B55/02GK205520960SQ201620072083
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發明人】李本凱, 李長河, 張彥彬, 楊敏, 王要剛, 侯亞麗
【申請人】青島理工大學