本發明涉及一種砂輪，屬于磨具領域，具體的說，涉及了一種綠色干磨削用相變儲熱砂輪，還涉及一種制造該砂輪的方法。

背景技術：

磨削加工由于在去除材料過程中會將大部分的機械能轉化為熱能，若這些熱量不能及時從磨削弧區疏導出去，由此產生的磨削高溫極易引起工件表面熱損傷、砂輪壽命縮短以及工件加工精度降低的惡劣后果。為達到及時冷卻的目的，傳統解決辦法是在磨削加工中使用冷卻液。但實際上，由于磨削弧區相對較為封閉，為了能夠有效地將冷卻液送入到磨削弧區強化換熱，其用量和射流速度變得越來越大，而大量使用冷卻液又會引發一系列負面問題，如廢液處理不當將嚴重污染環境、大量使用冷卻液將增加生產成本、能源消耗以及冷卻液使用過程會對操作人員的身體健康造成損害等，這與當前的綠色制造理念相悖。

因此，在減少（或者無需）冷卻液使用量的同時，如何實現有效降低磨削溫度，這已成為磨削加工技術領域未來發展中必須兼顧的一個重要方面。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種設計科學、結構新穎、能夠有效降低磨削溫度的綠色干磨削用相變儲熱砂輪。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種綠色干磨削用相變儲熱砂輪，包括砂輪基體和設于所述砂輪基體外端的磨料，所述砂輪基體內靠近外端處設有環形管腔，所述環形管腔內端的基體中設置一圈儲熱元件，所述環形管腔內設置有常溫下為液態的工質，所述砂輪基體內具有連通所述環形管腔和外界的抽氣注液孔，所述砂輪基體上設置封堵所述抽氣注液孔的封堵裝置。

基上所述，所述砂輪基體包括底座和蓋板，所述底座上設置環狀凹槽，所述儲熱元件安裝在所述環狀凹槽的內側，所述蓋板與所述底座焊接固定并形成所述環形管腔。所述儲熱元件的外端面呈平面或波浪狀或弧面。

基上所述，所述底座上沿軸向開設一操作孔，所述抽氣注液孔自所述環形管腔依次穿過所述儲熱元件和所述底座至所述操作孔內，所述封堵裝置為密封堵頭，所述密封堵頭安裝在所述操作孔內，所述密封堵頭的長度與所述操作孔的深度相等。

基上所述，它還包括抽氣注液連接件，所述操作孔為通孔，所述抽氣注液連接件的直徑與所述密封堵頭一致，所述抽氣注液連接件內設置用于連通所述抽氣注液孔和外界的L型穿孔。

基上所述，所述儲熱元件為圓環狀結構的紫銅或銅合金，所述儲熱元件通過緊配合方式安裝在所述底座的環形凹槽中。

基上所述，抽氣注液連接件和所述密封堵頭均采用具有3組密封圈及凹槽的徑向動密封結構。

基上所述，所述操作孔大小為φ8-20mm，且表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述環形凹槽寬度為35-70mm，所述抽氣注液孔的尺寸為φ1-2mm。

基上所述，所述儲熱元件的環形部分寬度為15-40mm；所述儲熱元件的外端面為平面或波浪狀或弧面且所述的外端面經過噴丸處理。

制造上述綠色干磨削用相變儲熱砂輪的方法，包括以下步驟：

步驟1）、根據設計尺寸做出底座、蓋板、儲熱元件、抽氣注液連接件和密封堵頭；

步驟2）、將儲熱元件裝配在底座的環形凹槽中，并保證儲熱元件上的抽氣注液孔段與底座上的抽氣注液孔段對齊；之后將蓋板裝配在底座上，進行焊接固定；

步驟3）對焊縫進行真空檢漏，若發現氣孔進行補焊；

步驟4）對砂輪基體進行精加工，將其外圓和端面加工至尺寸要求；之后再對焊縫進行二次真空檢漏，若發現氣孔進行二次補焊，隨后采用磨削方法去除砂輪表面的多余焊料；

步驟5）采用金剛石或立方氮化硼磨料進行電鍍；

步驟6）將抽氣注液連接件與密封堵頭按同軸要求進行粘結并安裝密封圈，再在密封圈與操作孔表面涂少量真空密封脂；隨后將抽氣注液連接件安裝在底座的操作孔中，同時保證抽氣注液連接件上的L型穿孔與底座上的抽氣注液孔段對應；

步驟7）通過L型穿孔和抽氣注液孔對環形管腔進行抽真空和注入工質，然后緩慢將密封堵頭推移至替代抽氣注液連接件的位置，環形管腔經抽真空、注入工質和尾封后形成環形熱管；最后將密封堵頭與抽真空注液連接件脫離，完成砂輪制造。

本發明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發明具有以下優點：

1、相對現有使用冷卻液進行冷卻的技術，本砂輪利用環形熱管極高的傳熱性能，將磨削弧區的熱量快速、持續的傳遞至基體內部的儲熱元件內，之后通過砂輪基體自身將上述熱量疏導至周圍環境中，由此實現降低磨削溫度的目的，避免了使用大量冷卻液所帶來的一系列問題。本砂輪適用于各類材料的綠色干磨削加工。

2、環形管腔由凹槽和蓋板經裝配、焊接后形成，儲熱元件嵌于凹槽內，結構簡單易成型。

3、設置抽氣注液連接件，整體規格與堵頭一致，L型穿孔與抽氣注液孔對接后連通外界，通過堵頭與抽氣注液連接件的替換進行抽氣、注液和封堵，結構簡單易用，使得砂輪內部的環形熱管制備過程簡單。

附圖說明

圖1是本發明中綠色干磨削用相變儲熱砂輪的結構示意圖。

圖2是本發明中環形熱管的相變儲熱原理圖。

圖3是本發明中抽氣注液連接件的使用狀態示意圖。

圖4-1、4-2、4-3是本發明中儲熱元件不同實施例中的結構示意圖。

圖中：1.底座；2.蓋板；3.環形管腔；4.儲熱元件；5.工質；6.密封堵頭；7.磨料；8.抽氣注液連接件；9.L型穿孔；10.密封圈；11.抽氣注液孔。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，一種綠色干磨削用相變儲熱砂輪，包括砂輪基體和設于所述砂輪基體外端的磨料7，所述磨料7為金剛石或立方氮化硼，并通過電鍍方法固結在上述砂輪基體外圓面與端面位置。

所述砂輪基體包括底座1和蓋板2，所述底座1上設置寬度為60mm的環狀凹槽，所述環狀凹槽的內側通過緊配合方式（如過盈配合）安裝環形的儲熱元件4，儲熱元件4可采用紫銅或銅合金等傳熱性能好的材料制作，儲熱元件4的外端面經過噴丸處理，所述儲熱元件4的環形部分寬度為30mm。

所述蓋板2與所述底座1焊接固定并形成環形管腔3，所述環形管腔3內設置有常溫下為液態的工質5。

如圖4-1、4-2和4-3所示，在不同的實施方式中，所述儲熱元件4的外端面可以是平面或波浪狀或弧面，設計為弧面或波浪狀的目的是為了增加換熱面積。

所述底座1上沿軸向開設一大小為φ15mm的操作孔，表面粗糙度小于Ra0.8μm，所述儲熱元件4和所述底座1上開設連通操作孔和環形管腔3的抽氣注液孔11，抽氣注液孔11的尺寸為φ1.5mm，所述操作孔內安裝密封堵頭6。

如圖3所示，為方便抽氣和注液，設置抽氣注液連接件8，將所述操作孔設置為通孔，所述抽氣注液連接件8的直徑與所述密封堵頭6一致，所述抽氣注液連接件8內設置用于連通所述抽氣注液孔11和外界的L型穿孔9。所述抽氣注液連接件和所述密封堵頭6均采用具有3組密封圈10及凹槽的徑向動密封結構。

具體使用時，將抽氣注液連接件8插入操作孔內，并將L型穿孔對接抽氣注液孔11，將外界與環形管腔3連通，通過外接設備抽真空，然后注入工質5，最后用密封堵頭6密封，形成所述的環形熱管。

根據砂輪的使用工況，所述環形熱管依據中溫熱管進行制備，因此選用常溫下為液體的工質5，如水、酒精、丙酮等，其工質5注入量為砂輪旋轉時工質5在環形管腔3壁面上形成均勻液膜厚度為1-3mm所對應的體積量。

如圖2所示，砂輪工作時，產生大量的磨削熱，而環形熱管的相變傳熱作用能夠保證將熱量迅速的傳遞至砂輪內部的儲熱元件4，儲熱元件4則進一步的將這部分熱量吸收儲存在自身，然后通過砂輪基體自身換熱面積較大的特點，將熱量逐漸傳遞至外界環境，實現砂輪磨削弧區的快速散熱。

所述儲熱元件的儲熱能力按如下方法評估。由于上述環形熱管及儲熱元件具有優良的導熱性，假定砂輪內部（儲熱元件部分）的溫度近似一致，此時砂輪的儲熱能力可按以下公式進行估算：

Q=cmΔT

其中：Q——存儲的熱量，J；

C——比熱容，J/(kg·℃)；

M——質量，kg；

ΔT——砂輪吸熱后儲熱元件內部的平均溫升，℃。

這種砂輪在磨削時無需使用冷卻液，同時能夠利用砂輪自身內部的環形熱管及儲熱元件4迅速地將磨削弧區的熱量儲存至砂輪內部，隨后經砂輪不斷地將熱量疏導至周圍環境，從而實現降低磨削溫度的效果，特別適用于各類材料的綠色干磨削加工。

制造上述綠色干磨削用相變儲熱砂輪的方法，包括以下步驟：

步驟1）、根據設計尺寸做出底座1、蓋板2、儲熱元件4、抽氣注液連接件8和密封堵頭6，選擇合適尺寸及類型的密封圈10；

步驟2）、將儲熱元件4裝配在底座1的環形凹槽中，并保證儲熱元件4上的抽氣注液孔段與底座1上的抽氣注液孔段對齊；之后將蓋板2裝配在底座1上，進行焊接固定；

步驟3）所述環形管腔3形成后需進行真空檢漏，當環形管腔3的漏率低于0.5Pa/hour時，該環形管腔3的密封性滿足要求。否則，通過對焊縫進行檢漏和補焊方法提高其密封性。

步驟4）對砂輪基體進行精加工，將其外圓和端面加工至尺寸要求；之后再對焊縫進行二次真空檢漏，若發現氣孔進行二次補焊，隨后采用磨削方法去除砂輪表面的多余焊料；

步驟5）采用金剛石或立方氮化硼磨料進行電鍍；

步驟6）將抽氣注液連接件8與密封堵頭6按同軸要求進行粘結并安裝密封圈10，再在密封圈10與操作孔表面涂少量真空密封脂；隨后將抽氣注液連接件8安裝在底座1操作孔中，同時保證抽氣注液連接件8上的L型穿孔與底座1上的抽氣注液孔11段對應；

步驟7）通過L型穿孔和抽氣注液孔11對環形管腔3進行抽真空和注入工質5，然后緩慢將密封堵頭6推移至替代抽氣注液連接件8的位置；最后將密封堵頭6與抽真空注液連接件脫離，完成砂輪制造。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。