基于环形旋转热管砂轮的难加工材料绿色高效磨削研究

针对航空航天高强韧性难加工材料（如钛合金、高温合金）高效磨削时尚无法有效解决磨削弧区的高温问题，以及由此带来的诸如工件烧伤、磨削加工材料去除率低与砂轮磨损快的问题。提出利用热管这样一种结构简单且能够高速传递热量的绿色传热元件，并将其布置在超硬磨料工具基体上，同时考虑到难加工材料高效磨削时应把冷却的重心转向砂轮一方，利用超硬磨料的良好导热性及内置于砂轮并贴近砂轮表面的环形热管，将磨削弧区产生大量的热有效地疏导出去。突破难加工材料高效磨削时高比能作业下临界热流密度的束缚，强化磨削弧区换热，降低磨削温度，高效率地获得难加工材料精密零件表面，亦即在保证零件加工精度的及表面完整性的前提下，大幅度地提高材料去除率。

项目设计制作出基体中带有热管的新型磨具——热管砂轮，使积累在磨削弧区的热量能够经砂轮自身热管作用迅速的疏导出去，从而达到降低磨削弧区温度的目的。设计制作了一种热管砂轮结构，结构的密封性与结构强度进检测结果表明，密封效果能够保证热管后续的使用寿命，且砂轮结构强度可以满足高效磨削加工时的使用要求。建立了热管砂轮制作平台，制作出能够用于磨削的电镀CBN热管砂轮。建立了热管砂轮传热性能评价系统平台，揭示了不同因素对热管砂轮传热能力与启动时间的影响规律，由于热管的传热作用可以将砂轮传热能力提高一个量级的水平。建立了热管砂轮在平面磨削中的三维传热模型，分析了砂轮转速、冷凝端冷却条件以及热端热流输入条件等因素对磨削弧区温度的影响。仿真结果表明，热管砂轮在磨削中能够起到有效降低磨削弧区温度的作用。有/无热管电镀CBN砂轮高效磨削钛合金和高温合金材料试验结果表明，在相同试验条件下，热管砂轮在缓磨和高效深磨过程中能够有效疏导磨削弧区的热量，从而将磨削温度始终维持在较低水平，有效抑制和避免了工件烧伤。