机械类毕业设计-内冷式砂轮的理论研究、牛头刨床设计、抛光机设计.docx

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1、四川理工学院毕业设计（论文）说明书内冷式砂轮的理论研究雷志江机电工程系专业班级学 号指导教师机械设计制造及自动化03. 2班030110409张 捷该设计通过对各种构想理论的分析筛选，初步设计出内冷式砂轮的结构。设计对于内冷式砂轮的内部结构，流道设计，流道布置等问题作了比较完整的分析，该次设计的内冷式砂轮，主要是通过改造传统砂轮结构而来的，易实现理论的现实转化，该设计有效的解决了砂轮加工中，磨削热导致的磨削烧伤和磨削裂纹的问题，具有很高的实用价值。但该设计还有不够完善的地方，需要更进一步的研究，于实践中得到不断改进并成关键词：内冷式砂轮、喷液流道、切开线、开槽式砂轮、蜂窝式内冷式砂轮I摘要AB

2、STRACTThe design concept of the various theoretical analysis of thescreening, preliminary design cooling-wheel structure . Design forthe Cold-wheel within the internal structure, the design flow, flowlayout made more complete analysis, The design of the cooling-wheel,mainly through the transformatio

3、n of traditional structures fromthe wheel, easy realization of the theory into reality The designof an effective solution to the wheel machining, grinding thermalburns caused by the grinding and grinding cracks, has high practicalvalue But the design also not perfect and needs further study,the prac

4、tice has been continually improving and moldingKeywords : cold-wheelz jet flow, the incision line, slot-type wheel,cellular cooling Wheel中文摘要I英文摘要II前言1第1章绪论4第2章 内冷式砂轮设计构想与材料的现实分析82.1 设想1：利用泡沫金属82.2 设想2：利用粉末冶金生产一种适合的材料92.3 设想3：利用黏土和高硬磨粒混合烧结102.4 设想4：利用传统工艺制作内冷式砂轮13第3章 内冷式砂轮的结构设计143.1 开槽式内冷式砂轮结构的初步构想1

5、41 .1.1渐开线流道分析153 .L2冷却方式的分析183.2 蜂窝式内冷式砂轮结构设计203. 2.1内冷式砂轮流道设计研究213. 2. L 1切开线的发现与分析213. 2.1. 2切开线流道的数学分析223. 2.2蜂窝式内冷式砂轮结构初步构想233. 2. 3蜂窝式内冷式砂轮的内部结构设计243. 2. 3.1蜂窝式内冷式砂轮的内部容液及密封结构设计 253. 2. 3. 2孔道大小的确定263. 2. 3. 3砂轮的流道布置分析273. 2. 3. 4砂轮孔道的成型303. 2. 3. 5内冷式砂轮的制作工艺情况说明32第4章结论33参考文献34致谢35附录A：切削液选用参考表

6、36附录B：塑料浇铸情况简介37附录C：磨削弧区采用径向射流冲击强化换热的试验研究39随着现代机械加工的不断发展及各种新型材料的出现，对其加工精度表面粗糙度要求越来越高，磨削加工有很大的发展，已广泛应用于机械加工行业，磨削的机械零件有很高的精度和极低的表面粗糙度。随着机械制造的精度提高，一个国家的磨削工艺水平，往往地反映了国家机械制造的水平。磨削加工除能磨削外圆，内圆，平面外，还能磨削螺纹、齿轮，以及刀具、模具等复杂零件表面加工。磨削技术不断研制和使用新型的超硬的磨料磨具，开发和推广超精密磨削，高效的磨削工艺和研制，应用在高精度、高刚度的磨床和磨削加工中。一、新型和超硬磨料磨具1、陶瓷刚玉磨料

7、砂轮陶瓷刚玉磨料经过化学陶瓷化处理，晶体瓷胶仪后破碎成颗粒，最后烧结成磨料,陶瓷刚玉砂轮韧性比普通刚玉砂轮好，其自锐性、锋利性形状保持及寿命比普通砂轮高2-2.5倍，但这种砂轮目前的制造成本高，通常多与白刚玉或棕刚玉砂轮混合体，这种混合砂轮仅在发达国家被普遍使用O2、人造金刚石砂轮人造金刚石砂轮，由磨料层、过渡层和基体三部份组成，人造金刚石砂轮用于磨削超高硬度的脆性材料，如硬度合金，花岗岩，宝石，光学玻璃，和陶瓷等。3、立方氮化硼砂轮立方氮化硼砂轮的立方氮化硼颗粒粘在普通砂轮表面只有很薄一层，其磨粒韧性、硬度、耐用度是刚玉类砂轮的100倍，适用于高速或超高速磨削，以及难加工材料如高速纲，耐热钢

8、等。它不能用普通切削液，需要特殊的切削液。在机械加工中砂轮磨削作为磨削加工一个重要的组成部分，不仅从砂轮材料方面得到不断的发展，各种技术改革一时间成为一种热点。其相应的各种砂轮磨削方式不断出现来满足现代工业的不断发展。二、砂轮磨削特点砂轮是由磨料和结合剂粘结而成的特殊多刃刀具，在砂轮表面每平方厘米面积上约有60 1400颗磨料，每颗磨粒相当于一个刀齿，磨粒是一种高硬度的非金属晶体，它不但可磨削铜，铸铁等较软的材料，而且还可以加工各种淬火钢的零件，高速钢刀具和硬质合金等硬材料以及超硬材料。它与其它加工方式比较具有自己的特点：（1）磨削速度很高，每秒可达30m50m；磨削温度较高，可达1000 C

9、 1500 C；磨削过程历时很短，只有万分之一秒左右。（2）磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。（3）磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料，如瓷件、硬质合金等（4）磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。（5）砂轮磨削具有自锐性，磨削效率高，磨削稳定。砂轮磨削的现状磨削温度高,在磨削过程中常规的冷却方法在某些精度及表面质量要求高的场合下已经明显不能达到冷却要求，经常出现冷却不足，造成磨削裂纹等质量问题。为了解决磨削裂纹，便出现了各种理论和改进方法。各国科研人员对此进行了广泛地研究，有的提出了设计制

10、造特别疏松组织的砂轮，利用其内部空隙通以一定压力的磨削液，温度相对较低的磨削液通过砂轮内部达到磨削区，起到减少磨削热，降低磨削温度的作用。但该方法很不好控制砂轮内部疏松状况，因而不能很好控制磨削液，进入磨削区的磨削液实际是间断的，因而砂轮高速旋转时甩出的磨削液不能形成水流状，而是雾状，影响冷却效果，很难控制磨削质量；有的研制出带通液孔的CBN砂轮，这一方案虽然保证了进入磨削区的磨削液是连续的，但由于喷嘴工作时喷出液体到达砂轮内时压力不稳，并且较小。另外通液孔尺寸较小，形状、位置不佳，使磨削液从砂轮内部出来时成雾状，也不能达到良好的降温效果。从国际上的研究情况表明，内冷式砂轮在这方面具有很好的效

11、果，由于其在冷却过程中有即时冷却的特点，也使我们对这一设计有了自己的一些想法。内冷式砂轮的设计目的及思路1、 内冷式砂轮作为砂轮磨削中的一种新技术，其本身的设计目的就是为了使磨削过程中的冷却变得更充分，以达到快速降低磨削区温度，从而减少因磨削热导致的磨削裂纹等情况的发生。国际上的相关研究也取得了一些相应的成果，市场上也出现了一些相关的产品，但在技术方面还处于起步阶段，内冷式砂轮的结构还不十分理想，从这一点来看仍然还有广阔的研究空间和研究价值。2、 在内冷式砂轮方面，中国目前还没有相应的产品，国际市场中的内冷式砂轮其价格又较高，以中国国情来看很难进行规模化，因此，有必要研究设计出一种价格便宜，冷

12、却性能好，适应中国国情推广和使用的内冷式砂轮。3、 国内的磨削加工水平不足，在许多加工质量要求较高的地方，我们不得不采用国外的先进技术，这也从一定程度上制约了我国的机械加工水平的发展。由于要实现砂轮的内冷，砂轮的结构就会比较复杂，制造工艺也就相对变得复杂,必然使砂轮的制作成本增加。在设计时我们要考虑到我国目前的国情，以及砂轮在国内的可推广性，在这个设计中，无论我们是试图通过何种方式来实现内冷式砂轮这一设计,我们都应以减少制作的工艺，降低砂轮的成本为出发点。并经过筛选分析，选择一种最适合的方式入手来进行设计。3第一章绪论磨削与常规的机械加工相比，砂轮表面的微小磨粒切削刃的几何形状是不确定的（负前

13、角为60。85。，刃口楔角为80。145。，刃端钝圆半径为328 u m）,而且切削刃的排列（凹凸、刃距）是随机分布的，磨削厚度非常薄，在几个微米以下；磨削速度高达10007000mmin,磨削点的瞬时温度可达1000C以上，因此去除相同体积的材料所消耗的能量达到车削时的30倍。磨屑的形成过程磨屑的形成大致分三个阶段，下图用单个磨粒磨削时磨屑的形成过程。图1 1单个磨粒磨削过程示意图第I阶段（弹性变形阶段）由于磨削深度小，磨粒以大负前角切削，砂轮结合剂及工件、磨床系统的弹性变形，当磨粒开始接触工件时产生退让，磨粒仅在工件表面上滑擦而过，不能切入工件，仅在工件表面产生热应力。第阶段（塑性变形阶段

14、）随着磨粒磨削深度的增加，磨粒已能逐渐刻划进入工件，工件表面由弹性变形逐步过渡到塑性变形，使部分材料向磨粒两旁隆起，工件表面出现刻痕（耕犁现象），但磨粒前刀面上没有磨屑流出。此时除磨粒与工件的相互摩擦外，更主要是材料内部发生摩擦。磨削表层不仅有热应力，而且有因弹、塑性变形所产生的应力。第I阶段（形成磨屑阶段）此时磨粒磨削深度、被切处材料的切应力和温度都达到一定值，因此材料明显地沿剪切面滑移而形成切屑从前刀面流出。这一阶段工件的表层也产生热应力和变形应力。但是由于磨粒在砂轮表面上排列的随机性，磨削时，每个磨粒与工件在整个接触过程中，作用情况可分如下三种：1、只有弹性变形阶段；2、弹性变形阶段+塑

15、性变形阶段+弹性变形阶段；2、弹性变形阶段+塑性变形阶段+切屑形成阶段+塑性变形阶段+弹性变形阶段。磨削热和磨削温度 磨削过程中所消耗的能量儿乎全部转变为磨削热。试验研究表明，根据磨削条件的不同，磨削热约有6085%进入工件，103()%进入砂轮,0.5-3()%进入磨屑，另有少部分以传导、对流和辐射形式散出。磨削时每颗磨粒对工件的切削都可以看作是一个瞬时热源，在热源周围形成温度场。磨削区的平均温度约为4001000 ,至于瞬时接触点的最高温度可达工件材料熔点温度。磨粒经过磨削区的时间极短，一般在0.010.1毫秒以内，在这期间以极大的加热速度使工件表面局部温度迅速上升，形成瞬时热聚集现象，会影响工件表层材料的性能和砂轮的磨损。磨削精度和表面质量大多数情况下磨削是最终加工工序，因此直接决定工件的质量。磨削力造成磨削工艺系统的变形和振动，磨削热引起工艺系统的热变形，两者都影响磨削精度。磨削表面质量