一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴的製作方法

2023-12-02 08:37:06 5

本發明屬於磨削加工領域，具體說是一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴。

背景技術：

磨削加工具有加工精度高、表面質量好和應用範圍廣等優點。然而，磨削加工在去除材料的過程中會產生大量磨削熱，並且極大部分磨削熱都集中在磨削區，容易形成高溫，高溫會引起各種形式的工件熱損傷，如：燒傷、金相轉變、二次淬火引起的表層軟化（退火）、磨削表層拉應力、磨削裂紋以及疲勞強度降低等，另外磨削中的熱膨脹也會造成工件的變形。磨削生產率通常由於磨削高溫的負面影響而受到限制，因此通常需要對磨削區進行潤滑和冷卻。傳統的冷卻方法是在磨削區附近安裝噴嘴，通過噴嘴噴射出的磨削液對工件和砂輪進行冷卻。然而，由於砂輪高速旋轉，在砂輪表面形成氣障層，因此磨削液難以進入磨削區產生有效的潤滑冷卻作用。基於上述原因，廣大學者對磨削液的供給方式進行了大量研究，主要包括以下幾個方面。

第一種方法是普通供液法，普通供液法亦稱澆注供液法，是應用最廣的供液方法。普通供液法的供液壓力一般低於0.2mpa，用於對供液無特殊要求的場合。很多學者針對噴嘴形狀、入射角度和磨削液壓力進行了研究。研究發現，優化上述噴嘴條件能夠保證較好的冷卻效果，但是磨削液利用效率處於較低水平，造成了磨削液的大量浪費。

第二種方法是噴射供液法。噴射供液法是用管徑較小的噴嘴，用1mpa以上的高壓向磨削區供液。該供液方法冷卻效果得到顯著改善，但是，高壓噴射的磨削液容易汙染環境。

第三種方法是穿流供液法，穿流供液法又稱砂輪片內冷卻法。該種方法是利用砂輪自身的多孔性，從砂輪的中心供給磨削液，由於砂輪轉動時離心力的作用，使磨削液從砂輪的氣孔直接浸潤到工作表面。在使用這種方法時，必須有將磨削液送至砂輪中心的主軸裝置和中空主軸。尤其重要的是為了不使砂輪氣孔堵塞，必須去除磨削液中3微米粒徑以上的雜質，因此需要精密的磨削液過濾裝置，這使得供液系統運行成本提高。此外，必須考慮解決磨削液隨著砂輪旋轉而四處飛濺，造成磨削液的浪費以及汙染環境的問題。

第四種方法是噴霧冷卻法。噴霧冷卻法是在壓縮空氣作用下，磨削液經霧化器霧化形成粒徑很小的霧滴，霧滴經噴嘴以很高的速度噴到磨削區，霧滴在高溫作用下很快汽化，吸收大量的磨削熱；另外噴嘴高速噴射時，流體膨脹使霧滴束本身的溫度降低，也可以吸收大量的熱量。但是，由於該方法必須採用加壓和霧化設備，所以成本很高，且由於進入磨削區的液滴為霧狀，因此衝洗磨屑的性能較差。

綜上所述，現在的磨削加工冷卻系統還有待進一步改進。

技術實現要素：

為了解決現有的問題，本發明公開了一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴，包括刷式噴嘴和流量自動調節系統。所述的刷式噴嘴能夠破壞砂輪表面氣障層，使得磨削液能夠有效進入磨削區進行潤滑冷卻；所述流量自動調節系統根據磨削力大小產生反饋信號，控制進入磨削區的磨削液流量，實現磨削液流量的自動調節。本發明具有提高磨削液的利用率、降低磨削溫度、改善磨削質量、保護環境和節約成本等優點。

為了實現上述目的，一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴，其特徵在於主要包括刷式噴嘴和流量自動調節系統；所述的刷式噴嘴包括中空纖維束和萬向竹節管，萬向竹節管包裹中空纖維束構成刷式噴嘴；通過調整萬向竹節管控制柔性的中空纖維束使其末端緊貼砂輪工作面，導致砂輪高速旋轉時在其表面產生的氣障層被破壞，使得經中空纖維噴出的磨削液不受氣障層的阻礙而直接進入磨削區；

所述的流量自動調節系統包括流量調節模塊和自動控制模塊；所述的流量調節模塊包括閥體、閥芯、電機和齒輪；所述的閥體通過螺栓和螺母固定在防護罩上，閥體上開有進液口和出液口，進液口上安裝有濾網，並與供液軟管相連，刷式噴嘴安裝在出液口上；所述的閥芯的一端有閥板，閥板與中空纖維束上纖維開口的端面配合；閥芯中間部分設有凸臺，凸臺安裝在閥體的連接槽內，並使用緊固環擰緊，防止閥芯軸向竄動，凸臺外圓柱面上設有密封槽，將o型密封圈安裝在其中，實現閥芯和閥體之間的密封，同時凸臺與連接槽之間存在間隙，確保閥芯與閥體之間可以相對轉動，閥芯的另一端開有凹槽，凹槽上加工有內齒輪；所述電機通過電機底座固定於閥體上，其主軸上的齒輪與閥芯端面凹槽上的內齒輪嚙合，電機通過齒輪帶動閥芯轉動，使閥芯一端的閥板控制與閥體內腔連通的纖維開口的數量，實現了磨削液流量的調節作用；所述的自動控制模塊包括電機和力傳感器，所述的力傳感器安裝在夾具上，當磨削力變化時，根據力傳感器的反饋信號，電機帶動閥芯轉動，從而控制磨削液流量的大小，實現了磨削液流量的自動控制。

所述的中空纖維束的材質為尼龍，中空纖維束的纖維開口端面與閥芯的閥板工作面為半徑相同的圓弧面，使得纖維開口端面能夠和閥板工作面緊密貼合，從而中空纖維束與閥體以及閥板之間形成具有密封性能的配合，當閥板轉過一定角度時，部分纖維開口與閥體內腔連通，其餘的纖維開口被閥板阻擋，從而中空纖維內的磨削液都會以一定的壓力噴出，這使得當磨削液流量發生變化時不會對磨削液噴射壓力造成影響，提高磨削液的利用率。

所述的中空纖維束通過沉頭螺釘固定在閥體上，防止中空纖維束轉動，萬向竹節管包裹中空纖維束並通過連接螺紋與出液口上的出液口螺紋聯接，將萬向竹節管與中空纖維束固定在閥體上。

所述的閥芯的旋轉角度是由電機控制，電機為伺服電機，當磨削力大小發生變化時，安裝在夾具上的力傳感器產生反饋信號，電機根據反饋信號帶動閥芯轉動，並使得閥板位於合適的位置；所述合適的位置，指的是根據磨削力大小變化，增加或減少與閥體內腔連通的纖維開口的數量，均有足夠的磨削液進入磨削區進行潤滑冷卻。

所述的磨削液的流向依次為：供液軟管、濾網、進液口、閥體內腔、纖維開口、中空纖維，最後到達磨削區。

所述的濾網篩孔尺寸為40~80目，濾網可以濾去磨削液中的大顆粒雜質。

所述的萬向竹節管能夠改變中空纖維束的形狀，從而能夠根據不同的砂輪尺寸調整形態，同時也能根據實際工況調整磨削液的入射角度。

所述的力傳感器安裝在夾具上，在磨削過程中，砂輪轉速、工件速度和切深的變化都會體現在磨削力的變化上，磨削力大小的變化有效地反映了磨削情況的變化。

上述一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴，與現有的技術相比，其技術效果在於。

①磨削液能夠突破砂輪表面氣障層。萬向竹節管能夠使柔性的中空纖維束的末端緊貼砂輪工作面，在很大程度上突破高速旋轉的砂輪表面產生的氣障層，磨削液受氣障層的阻礙顯著減小，從中空纖維束噴出直接進入磨削區，在較大程度上解決了傳統磨削冷卻系統中因砂輪周圍氣障層而導致磨削液很難進入磨削區的問題。

②能夠實現磨削液流量的自動調節。當砂輪轉速、工件速度以及切深等磨削參數變化時會引起磨削力發生改變，當磨削力增大時會使磨削溫度升高，因此需要更多的磨削液對磨削區進行潤滑冷卻，當磨削力減小時磨削溫度通常會降低，因此可以減少磨削液的使用。根據安裝於夾具上的力傳感器的反饋信號，電機通過齒輪帶動閥芯轉過合適的角度，使得與閥體內腔連通的纖維開口的數量改變，實現磨削液流量的自動調節。磨削液的自動調節能夠保證有足夠的磨削液進入磨削區進行潤滑冷卻，同時也大大減少了磨削液的浪費。

③磨削液保持有穩定的噴射壓力。閥板和中空纖維束的配合使得磨削液流量的改變不會引起磨削液噴射壓力的變化，解決了磨削液流量變化而出現的磨削液噴射壓力過大或不足的問題。中空纖維束上的部分纖維開口與閥體內腔連通，磨削液可以經纖維開口進入中空纖維內部，最終進入磨削區，其餘的纖維開口被閥板阻擋，不會流入磨削液，因此避免了磨削液流量變化引起的噴射壓力的變化。

④能夠根據需要調整中空纖維束的形態。當使用不同尺寸的砂輪時，通過萬向竹節管調整中空纖維束的形態，使得中空纖維束末端始終緊貼砂輪工作面，同時也能根據實際工況和需要調整磨削液的入射角度。

⑤濾網能夠過濾磨削液中的大顆粒雜質。磨削液中的大顆粒雜質會堵塞中空纖維束而產生無法供液的問題，同時在磨削過程中也會在磨削區進行反覆碾壓，降低了磨削加工的表面精度。安裝在進液口的濾網可以有效解決這些問題。

⑥該噴嘴整體結構簡單，拆裝方便，利於使用和維護。

附圖說明

圖1是本發明整體外觀圖。

圖2是本發明整體結構剖視圖。

圖3是本發明閥體內腔徑向剖視圖。

圖4是本發明流量調節模塊爆炸視圖。

圖5是本發明閥體半剖視圖。

圖6是本發明流量調節模塊局部軸向剖視圖。

圖7是本發明中空纖維束結構示意圖。

圖8是本發明其他零件結構示意圖。

附圖中：1—中空纖維束，1-1—中空纖維，1-2—纖維開口，2—閥體，2-1—進液口，2-2—出液口，2-3—閥體內腔，2-4—連接槽，2-5—出液口螺紋，2-6—淺槽，2-7—深槽，2-8—安裝凸臺，3—閥芯，3-1—閥板，3-2—凹槽，3-3—內齒輪，3-4—凸臺，4—齒輪，5—萬向竹節管，5-1—連接螺紋，6—力傳感器，7—閥體端蓋，8—電機，9—防護罩，10—砂輪，11—電機底座，12—緊固環，13—濾網，14—夾具，15—電磁吸盤，16—供液軟管，17—螺栓，18—螺母，19—o型密封圈，20—沉頭螺釘，21—螺釘一，22—螺釘二，23—螺釘三。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明。

本發明一種可自動調節磨削液流量的刷式噴嘴，包括刷式噴嘴和流量自動調節系統。所述的刷式噴嘴包括萬向竹節管5和中空纖維束1；所述流量自動調節系統包括閥體2、閥芯3、電機8、齒輪4和力傳感器6。磨削液由閥體2上的進液口2-1進入閥體內腔2-3，然後依次經過纖維開口1-2和中空纖維1-1，最後到達磨削中心區。在這個過程中，與閥體內腔2-3連通的纖維開口1-2數量由電機8根據力傳感器6的反饋信號通過齒輪4帶動閥芯3轉動而進行調節，以實現在不同磨削條件下磨削液流量的自動調節。下面根據該系統的磨削液流向和流量自動調節系統運作方式詳細介紹本發明的實施方式和特點。

中空纖維束1通過沉頭螺釘20安裝在閥體2的出液口2-2上，防止中空纖維束1轉動，萬向竹節管5包裹中空纖維束1通過連接螺紋5-1與出液口螺紋2-5聯接固定在閥體2出液口2-2上，並且中空纖維束1比萬向竹節管5長6mm，從而中空纖維束1的末端能夠略微伸出萬向竹節管5，通過改變萬向竹節管5的形態調整中空纖維束1的形態，使得中空纖維束1的末端可以緊貼砂輪10工作面，破壞砂輪10表面的氣障層，在較大程度上解決了傳統磨削冷卻系統中因砂輪10周圍氣障層而導致磨削液很難進入磨削區的問題。

閥芯3一端有閥板3-1，閥板3-1工作面與纖維開口1-2端面為半徑相同的圓弧面，閥板3-1工作面與纖維開口1-2端面緊密貼合，中空纖維束1上的部分纖維開口1-2與閥體內腔2-3連通，磨削液能夠經纖維開口1-2進入中空纖維1-1內部，最終進入磨削區，其餘的纖維開口1-2被閥板3-1阻擋，不會流入磨削液，從而改變磨削液流量不會影響磨削液的噴射壓力。

閥芯3中間部分設有凸臺3-4，凸臺3-4安裝在閥體2的連接槽2-4的深槽2-7內，連接槽2-4的淺槽2-6邊沿內圓周面上設有螺紋，用設有螺紋的緊固環12擰緊，防止閥芯3軸向竄動，同時凸臺3-4與連接槽2-4之間存在間隙，閥芯3與閥體2可以相對轉動，凸臺3-4外圓柱面上設有密封槽，將o型密封圈19安裝在密封槽內，實現閥芯3和閥體2之間的密封，防止磨削液洩漏。閥芯3的另一端開有凹槽3-2，凹槽3-2上加工有內齒輪3-3。

電機8通過螺釘三23固定在電機底座11上，電機底座11通過螺釘一21安裝在閥體2的安裝凸臺2-8上，電機8主軸上安裝有齒輪4，齒輪4與閥芯3的凹槽3-2上的內齒輪3-3嚙合，夾具14安裝在電磁吸盤15上，根據安裝在夾具14上力傳感器6的反饋信號控制電機8轉動的角度大小，從而實現磨削液流量的自動控制。閥體端蓋7通過螺釘二22安裝在閥體2上，避免加工中的粉塵產生不利影響。

閥體通過6對螺栓17和螺母18固定在防護罩9上，進液口2-1上安裝有濾網13，濾網13篩孔尺寸為60目，進液口2-1與供液軟管16連接，對噴嘴進行供液。濾網13過濾掉磨削液中的大顆粒雜質，防止出現雜質堵塞內徑很小的中空纖維1-1而無法進行正常供液的現象，同時也使得磨削過程中不會出現大顆粒雜質在磨削區形成的反覆碾壓現象，提高了磨削加工的表面精度。

該噴嘴正常工作時，磨削液由供液軟管16經過濾網13和進液口2-1進入閥體內腔2-3，然後通過與閥體內腔2-3連通的纖維開口1-2進入中空纖維束1，最終從中空纖維1-1末端噴出，進入磨削加工中心區。當砂輪轉速、工件速度以及切深等磨削參數變化時會引起磨削力發生改變，當磨削力增大時會使磨削溫度升高，因此需要更多的磨削液對磨削區進行潤滑冷卻，當磨削力減小時磨削溫度通常會降低，因此可以減少磨削液的使用。當磨削條件發生變化時，電機8根據力傳感器6的反饋信號帶動齒輪4使閥芯3上的閥板3-1轉過合適的角度，從而控制了與閥體內腔2-3連通的纖維開口1-2的數量，使得能夠對磨削區進行供液的中空纖維1-1的數量改變，確保有足量且適當的磨削液進入磨削區，達到了根據磨削條件自動調整磨削液流量的效果。由此實現了磨削液的高效利用，降低了生產成本，改善了工作環境。同時該噴嘴結構簡單，安裝維護方便。

上述實施例，僅為對本發明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發明並非限定於此。凡是在本發明的公開範圍之內所做的任何等同替換、修改等，均包含在本發明的保護範圍之內。