摘要：通過深切緩磨時磨削燒傷機(jī)理的分析，提出高壓射流沖擊強(qiáng)化磨削弧區(qū)換熱新構(gòu)想，并通過斷續(xù)緩磨射流側(cè)向沖擊弧區(qū)的磨削實(shí)驗(yàn)顯示其換熱效果．
關(guān)鍵詞：斷續(xù)磨削 強(qiáng)化換熱 射流沖擊
Abstract：This paper provides a new method of enhancing heat transfer of grinding contact zone through jet impinging on the basis of the analysis on the mechanism of burn during creep feed grinding,and shows the effect of heat transfer through grinding experiment of jet flank impinging on grinding contact zone during intermittent creep feed grinding.
Keywords：intermittent creep feed grinding enhancing heat transfer jet impinging
近年來，斷續(xù)磨削以其獨(dú)特的降溫效果和明顯的綜合工藝優(yōu)勢引起人們的重視．由于其間斷冷卻作用，使磨削熱積聚顯著減小，從而有效地避免了工件表層的熱損傷，對難加工材料的磨削更具優(yōu)越性．將斷續(xù)磨削降溫優(yōu)勢、CBN砂輪的耐磨特性以及緩磨的低溫特性三者相結(jié)合，砂輪斷續(xù)緩磨工藝在解決緩磨燒傷方面顯示出很大的潛力．
關(guān)于緩磨燒傷的機(jī)理研究已揭示，當(dāng)磨削熱流密度超過臨界值時，弧區(qū)發(fā)生成膜沸騰，磨削液就會因氣膜阻隔無法再與工件表面接觸，于是原本可由磨削液汽化帶走的大量磨削熱被迫改道進(jìn)入工件，從而導(dǎo)致工件表層急劇溫升并很快發(fā)生燒傷．緩磨所面臨的高熱流密度下沸騰換熱危機(jī)導(dǎo)致工件燒傷問題在熱工領(lǐng)域早己通過采用強(qiáng)化換熱技術(shù)得以有效解決．因此，本文根據(jù)強(qiáng)化換熱思想，結(jié)合開槽砂輪斷續(xù)緩磨工藝，提出一種利用高壓射流直接沖擊弧區(qū)工件表面的磨削液加注方式，藉此沖破已形成的氣膜，使弧區(qū)在高熱流密度下仍可發(fā)揮核沸騰汽化換熱優(yōu)勢，換熱效率提高到一個新水平．通過斷續(xù)緩磨時采用側(cè)向射流沖擊弧區(qū)表面的冷卻方式進(jìn)行的磨削性能實(shí)驗(yàn)研究，顯示出射流沖擊強(qiáng)化磨削弧區(qū)換熱技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景q．
1 實(shí)驗(yàn)條件及測試系統(tǒng)
開槽砂輪比整體砂輪更容易使磨削液導(dǎo)入弧區(qū)，但普通切向供液方式很難實(shí)現(xiàn)射流件對弧區(qū)工的直接沖擊．因此，本文采用圖1所示的側(cè)向射流對弧區(qū)直接沖擊方式．由于采用高壓柱塞泵和特制的實(shí)驗(yàn)用矩形噴嘴，射流出口速度可達(dá)80m/s，同時磨削試件寬度小于砂輪寬度．具體的實(shí)驗(yàn)條件如下表．試件選用導(dǎo)熱系數(shù)低、易燒傷航空難加工材料鈦合金TC4進(jìn)行磨削性能實(shí)驗(yàn)，研究斷續(xù)磨削時射流沖擊強(qiáng)化弧區(qū)換熱的效果．
圖1 射流側(cè)向沖擊
實(shí)驗(yàn)條件表
| 磨床 |
MMD7125精密平面緩進(jìn)給磨床 |
| 砂輪 |
電鍍開槽CBN砂輪，粒度80，濃度200，開槽數(shù)177 |
| 磨削液 |
5%乳化液，冷卻液流量90L/min，最高供液壓力7MPa |
| 修銳方式 |
雙電極電解修銳 |
為了能實(shí)時測試弧區(qū)溫度變化，實(shí)驗(yàn)中采用分塊試件夾絲半人工熱電偶測溫，信號直接由3562信號分析儀顯示記錄，并同時由X-Y記錄儀記錄磨床主軸功率．
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 弧區(qū)普通切向與射流側(cè)向噴射冷卻效果對比實(shí)驗(yàn)
圖2為在相同砂輪速度Vs，工作臺進(jìn)給速度VW，不同切深ap下，采用切向供液與側(cè)向射流沖擊對磨削溫度的影響．圖3為在相同磨削條件下，普通供液法與側(cè)向射流沖擊換熱情況下，由信號分析儀捕捉的磨削溫度變化曲線，由圖可得出射流沖擊強(qiáng)化弧區(qū)換熱具有明顯的降溫特點(diǎn)．
圖2 兩種冷卻方式磨削溫度的對比
圖3 實(shí)測磨削溫度波
圖4為在相同砂輪速度，工作臺進(jìn)給速度，不同切深所對應(yīng)的磨削溫度下，采用切向供液與側(cè)向射流沖擊對磨削功率的影響．由圖可得，在磨削功率相差不大的情況下，側(cè)向噴射比切向供液對應(yīng)的磨削溫度低．由于磨削熱流密度q與磨削功率N成正比
式中 J－熱功當(dāng)量；
R－磨削熱流入工件比率；
L－接觸弧長；
B－工件寬度．
圖4兩種冷卻方式磨削功率的對比
亦即表明在磨削熱流密度相近的條件下，側(cè)向射流沖擊所對應(yīng)的磨削溫度低，換熱效率提高．
2.2 側(cè)向高速射流與低速射流弧區(qū)換熱效果對比實(shí)驗(yàn)
圖5為在相同砂輪速度，工作臺進(jìn)給速度，不同切深下，采用側(cè)向高速射流與低速射流沖擊對磨削溫度的影響．由圖可得，高速射流沖擊具有顯著的降溫優(yōu)勢，即使在大切深下仍未出現(xiàn)燒傷．
圖5 高、低速射流磨削溫度的對比
3 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)表明，射流沖擊強(qiáng)化換熱技術(shù)是提高弧區(qū)換熱效率的有效方法，射流速度越高，換熱效果越好．它可以突破成膜沸騰的障礙，即使在高熱流密度下，工件表面溫度亦可維持磨削液發(fā)生成膜沸騰的臨界溫度約120～130℃以下（水基磨削液），也就表明深切緩磨時不發(fā)生燒傷的材料去除率同步提高．但由于受實(shí)驗(yàn)條件限制，本文所采用的側(cè)向射流沖擊弧區(qū)工件表面方法，其換熱效率還遠(yuǎn)不如射流沿砂輪徑向較垂直的沖擊工件表面，因此，研制開發(fā)可在生產(chǎn)中應(yīng)用的磨削弧區(qū)徑向高壓射流沖擊換熱的新型磨削液供液裝置，對有效避免工件燒傷，提高磨削效率有十分重大的意義．
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