【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪及其制備方法。所述砂輪適用于磨削加工領域，通過在砂輪中振蕩熱管流道的熱輸入端嵌入梯度泡沫金屬，顯著增強磨削過程中砂輪內部工質的相變傳熱，還有效避免了局部燒干現象的發生。伴隨著砂輪自身傳熱性能的提升，更多的磨削熱能通過砂輪疏導出磨削弧區，進而減少磨削弧區熱量的積聚，有效降低磨削溫度，避免工件表面發生熱損傷。
技術介紹
1、磨削難加工材料時會在磨削弧區產生大量的熱量，且熱量容易在磨削弧區(工件與砂輪的接觸區域)積累，導致磨削溫度過高，影響加工質量和效率。振蕩熱管作為一種傳熱系數極高的元件，將其與砂輪基體相結合，依靠振蕩熱管內工質的循環運動與相變能持續且高效的將熱量從磨削弧區疏導出，實現強化傳熱，避免磨削燒傷，提高磨削效率。
2、有研究已經公開了制作組合式和整體式軸向熱管砂輪的方法，例如：公開號為cn109623675b的專利技術專利公開了一種組合式軸向旋轉脈動熱管砂輪及其制備方法，公開號為cn111283561b的專利技術專利公開了一種整體式軸向旋轉振蕩熱管砂輪及其制作方法，兩項專利都提供了制作軸向振蕩熱管砂輪的具體步驟，且結構簡單可靠、制作成本低。在這兩項專利技術專利中，振蕩熱管以其自激發的氣泡-液塞振蕩流動的兩相運動形式和以顯熱傳熱為主的傳熱形式，為實現砂輪的高效換熱提供了條件。然而在傳熱過程中，由于流道管壁的光滑表面減少了氣泡成核點的數量，導致了振蕩熱管砂輪啟動時間延長。
3、有相關研究提供了制備梯度泡沫金屬的方法，yahui?ma等研究人員在
4、有相關研究將傳統相同孔徑大小的泡沫金屬應用到單層超硬磨料砂輪中，公開號為cn109571292b的專利技術專利公開了一種新型高導熱相變儲熱超硬磨料砂輪及其制備方法，包括設有環形管腔的砂輪基體，環形管腔的內部塞滿傳統泡沫金屬，且填充有適量的傳熱工質。該砂輪旨在借助泡沫金屬比表面積大和通過性好的特點，加快工質發生沸騰，且加快傳入砂輪的磨削熱向基體內端轉移。然而上述專利未考慮泡沫金屬的高致密度影響了工質回流，這容易導致加熱壁面處發生干涸現象，進而影響砂輪整體的傳熱性能，使其惡化。
5、基于以上問題可以發現，軸向振蕩熱管砂輪的性能尚需優化，以提升其熱疏導能力和工作穩定性。
技術實現思路
1、專利技術目的：針對現有技術的不足，本專利技術提供一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪及其制備方法，其核心思想是在砂輪中振蕩熱管流道的熱輸入端嵌入梯度泡沫金屬。所述梯度泡沫金屬從流道壁面至流道中心方向孔徑和孔隙率逐漸增大且親水性逐漸減弱，形成沿砂輪軸線豎直向下材料厚度逐漸增加的中空喇叭形結構。在磨削過程中，所述砂輪中梯度泡沫金屬因多孔結構特性，增加流道內汽化核心密度的同時，加速核態沸騰過程中的氣泡脫離，促進了管內相變傳熱，還有效避免了局部燒干現象的發生。此外，該砂輪基體采用點陣結構和3d打印技術相結合優化設計制造而成，所以砂輪整體的力學性能和熱學性能會變得更加優異，還能實現砂輪整體的輕量化，降低功耗。本專利技術所述的砂輪結構可顯著提升傳統振蕩熱管砂輪在高效磨削加工中的熱疏導能力和工作穩定性，進而拓寬軸向振蕩熱管砂輪的工作范圍。
2、技術方案：為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪。所述的熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，包括：基體、蓋板、刀桿、工質、磨料層、梯度泡沫金屬等。其磨削運動為繞自身軸線的旋轉運動。
3、本專利所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其基體內部加工有多回路振蕩熱管流道，在流道的熱輸入端嵌入梯度泡沫金屬，使用蓋板對多回路流道進行密封，并在基體的工作面上電鍍或釬焊單層超硬磨料。將抽真空注液系統與砂輪基體上的抽真空注液管道相連接，完成注液工作，再對管道進行密封，并確保砂輪整體具有良好的氣密性。刀桿一頭與蓋板采用裝配式連接，另一頭與機床主軸相連以帶動砂輪繞其自身軸線做旋轉運動。
4、基上所述，所述振蕩熱管砂輪各部分均采用導熱系數較高和結構強度較好的鋼制材料(例如：碳鋼、不銹鋼等)；
5、基上所述，所述砂輪基體的中心區域采用點陣結構優化設計，除實現輕量化外，同時顯著提升了其力學性能和熱學性能；
6、基上所述，所述具有多回路流道的砂輪基體通過3d打印技術加工而成，可采用的3d打印技術包括：激光粉末床熔融技術、激光定向能量沉積技術等；
7、基上所述，所述梯度泡沫金屬可采用泡沫銅、泡沫鋼、泡沫鎳等材料，孔徑在30ppi-30000ppi之間梯度變化，孔隙率在75％-98％之間梯度變化，通孔率≥90％；
8、基上所述，每條回路通道中都嵌入2根梯度泡沫金屬，且梯度泡沫金屬的外圓面與流道壁面緊密貼合；
9、基上所述，所述梯度泡沫金屬具有雙重特性：一是孔徑從振蕩熱管壁至中心由亞微米級增至亞毫米級，且孔隙率也遞增；二是壁面附近親水性強，中心區域疏水性強。此外，該泡沫金屬呈中空喇叭形，向砂輪底端壁厚漸增；在流道的熱輸入端嵌入梯度泡沫金屬，改變了工質與流道管壁的接觸環境。泡沫金屬的微空隙結構、比表面積大等特性，為工質成核沸騰提供了大量的汽化核心，促進了相變傳熱的發生，因此該新型砂輪在對磨削弧區進行強化換熱上具有顯著優勢；
10、基上所述，蓋板與砂輪基體的連接，可采用多種焊接方式，例如：激光焊接、氬弧焊接等。
11、基上所述，所述工質可選用水、甲醇、丙酮等，可根據實際磨削工況而定；
12、基上所述，所述超硬磨料可采用金剛石或cbn，且磨料在砂輪工作面上的排布方式可采用無序排布或有序排布；
13、本專利技術涉及的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，具體的制作步驟如下：
14、步驟1：根據實際磨削加工要求，利用點陣結構和3d打印技術優化設計并加工振蕩熱管砂輪基體；砂輪基體為空心圓柱，中間區域有蜂窩狀結構，該砂輪基體內部設有多回路的振蕩熱管流道，且熱輸入端設有抽真空注液管道，熱輸出端設有一個以上的散熱翅片；
15、步驟2：加工梯度泡沫金屬，整體呈現中空的喇叭形，越向底端壁厚越大；從振蕩熱管流道的壁面至中心，孔徑逐漸從亞微米級增長至亞毫米級，同時孔隙率也逐漸增大；隨后在其外表面涂抹一層具有高導熱系數的結構銀膠，將其嵌入振蕩熱管砂輪熱輸入端的多回路流道中，使其底部與直流流道底部相持平；然后將砂輪本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述砂輪包括：基體、蓋板、刀桿、工質、磨料層、梯度泡沫金屬；
2.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述的振蕩熱管流道的回路數為六；直流流道和連通流道的數量均為12個；所述的工質包括但不限于水、甲醇、丙酮。
3.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述的蜂窩狀結構(1-4)是六邊形晶格，底面與基體底部平齊，是采用點陣結構優化設計結合3D打印技術獲得，所述的3D打印技術包括但不限于激光粉末床熔融技術、激光定向能量沉積技術。
4.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，梯度泡沫金屬(2)整體呈現中空的喇叭形，越向底端壁厚越大，底部與直流流道底部相持平；從振蕩熱管流道的壁面至中心，孔徑逐漸從亞微米級增長至亞毫米級，同時孔隙率也逐漸增大；在梯度泡沫金屬外圓面上均勻涂抹一層具有高導熱系數的結構銀膠。
5.根據權利要求4所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強
6.根據權利要求4所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，梯度泡沫金屬的材料為泡沫銅；從振蕩熱管流道的壁面至中心，孔徑逐漸從30000ppi梯度增大至30ppi，孔隙率逐漸從90％梯度增大至98％，通孔率為98％。
7.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述的散熱翅片(1-2)一共有6片，其中最上邊的翅片厚度大于其余翅片厚度，兩翅片之間的間距為非接觸狀態，散熱翅片對基體之間有一個凹槽。
8.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪的制備方法，其特征在于，步驟如下：
...【技術特征摘要】
1.一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述砂輪包括：基體、蓋板、刀桿、工質、磨料層、梯度泡沫金屬；
2.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述的振蕩熱管流道的回路數為六；直流流道和連通流道的數量均為12個；所述的工質包括但不限于水、甲醇、丙酮。
3.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，所述的蜂窩狀結構(1-4)是六邊形晶格，底面與基體底部平齊，是采用點陣結構優化設計結合3d打印技術獲得，所述的3d打印技術包括但不限于激光粉末床熔融技術、激光定向能量沉積技術。
4.根據權利要求1所述的一種熱輸入端梯度泡沫金屬增強的軸向振蕩熱管砂輪，其特征在于，梯度泡沫金屬(2)整體呈現中空的喇叭形，越向底端壁厚越大，底部與直流流道底部相持平；從振蕩熱管流道的壁面至中心，孔徑逐漸從亞微米級增長至亞毫米級，同時孔隙率也逐漸增大；在梯度泡沫金屬外圓面上均勻涂抹一層具有...
【專利技術屬性】
技術研發人員：錢寧，謝永晨，王興超，姜帆，趙彪，傅玉燦，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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