【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮及其制备方法。所述砂轮适用于磨削加工领域，通过在砂轮中振荡热管流道的热输入端嵌入梯度泡沫金属，显著增强磨削过程中砂轮内部工质的相变传热，还有效避免了局部烧干现象的发生。伴随着砂轮自身传热性能的提升，更多的磨削热能通过砂轮疏导出磨削弧区，进而减少磨削弧区热量的积聚，有效降低磨削温度，避免工件表面发生热损伤。
技术介绍
1、磨削难加工材料时会在磨削弧区产生大量的热量，且热量容易在磨削弧区(工件与砂轮的接触区域)积累，导致磨削温度过高，影响加工质量和效率。振荡热管作为一种传热系数极高的元件，将其与砂轮基体相结合，依靠振荡热管内工质的循环运动与相变能持续且高效的将热量从磨削弧区疏导出，实现强化传热，避免磨削烧伤，提高磨削效率。
2、有研究已经公开了制作组合式和整体式轴向热管砂轮的方法，例如：公开号为cn109623675b的专利技术专利公开了一种组合式轴向旋转脉动热管砂轮及其制备方法，公开号为cn111283561b的专利技术专利公开了一种整体式轴向旋转振荡热管砂轮及其制作方法，两项专利都提供了制作轴向振荡热管砂轮的具体步骤，且结构简单可靠、制作成本低。在这两项专利技术专利中，振荡热管以其自激发的气泡-液塞振荡流动的两相运动形式和以显热传热为主的传热形式，为实现砂轮的高效换热提供了条件。然而在传热过程中，由于流道管壁的光滑表面减少了气泡成核点的数量，导致了振荡热管砂轮启动时间延长。
3、有相关研究提供了制备梯度泡沫金属的方法，yahui ma等研究人员在
4、有相关研究将传统相同孔径大小的泡沫金属应用到单层超硬磨料砂轮中，公开号为cn109571292b的专利技术专利公开了一种新型高导热相变储热超硬磨料砂轮及其制备方法，包括设有环形管腔的砂轮基体，环形管腔的内部塞满传统泡沫金属，且填充有适量的传热工质。该砂轮旨在借助泡沫金属比表面积大和通过性好的特点，加快工质发生沸腾，且加快传入砂轮的磨削热向基体内端转移。然而上述专利未考虑泡沫金属的高致密度影响了工质回流，这容易导致加热壁面处发生干涸现象，进而影响砂轮整体的传热性能，使其恶化。
5、基于以上问题可以发现，轴向振荡热管砂轮的性能尚需优化，以提升其热疏导能力和工作稳定性。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提供一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮及其制备方法，其核心思想是在砂轮中振荡热管流道的热输入端嵌入梯度泡沫金属。所述梯度泡沫金属从流道壁面至流道中心方向孔径和孔隙率逐渐增大且亲水性逐渐减弱，形成沿砂轮轴线竖直向下材料厚度逐渐增加的中空喇叭形结构。在磨削过程中，所述砂轮中梯度泡沫金属因多孔结构特性，增加流道内汽化核心密度的同时，加速核态沸腾过程中的气泡脱离，促进了管内相变传热，还有效避免了局部烧干现象的发生。此外，该砂轮基体采用点阵结构和3d打印技术相结合优化设计制造而成，所以砂轮整体的力学性能和热学性能会变得更加优异，还能实现砂轮整体的轻量化，降低功耗。本专利技术所述的砂轮结构可显著提升传统振荡热管砂轮在高效磨削加工中的热疏导能力和工作稳定性，进而拓宽轴向振荡热管砂轮的工作范围。
2、技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮。所述的热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，包括：基体、盖板、刀杆、工质、磨料层、梯度泡沫金属等。其磨削运动为绕自身轴线的旋转运动。
3、本专利所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其基体内部加工有多回路振荡热管流道，在流道的热输入端嵌入梯度泡沫金属，使用盖板对多回路流道进行密封，并在基体的工作面上电镀或钎焊单层超硬磨料。将抽真空注液系统与砂轮基体上的抽真空注液管道相连接，完成注液工作，再对管道进行密封，并确保砂轮整体具有良好的气密性。刀杆一头与盖板采用装配式连接，另一头与机床主轴相连以带动砂轮绕其自身轴线做旋转运动。
4、基上所述，所述振荡热管砂轮各部分均采用导热系数较高和结构强度较好的钢制材料(例如：碳钢、不锈钢等)；
5、基上所述，所述砂轮基体的中心区域采用点阵结构优化设计，除实现轻量化外，同时显著提升了其力学性能和热学性能；
6、基上所述，所述具有多回路流道的砂轮基体通过3d打印技术加工而成，可采用的3d打印技术包括：激光粉末床熔融技术、激光定向能量沉积技术等；
7、基上所述，所述梯度泡沫金属可采用泡沫铜、泡沫钢、泡沫镍等材料，孔径在30ppi-30000ppi之间梯度变化，孔隙率在75％-98％之间梯度变化，通孔率≥90％；
8、基上所述，每条回路通道中都嵌入2根梯度泡沫金属，且梯度泡沫金属的外圆面与流道壁面紧密贴合；
9、基上所述，所述梯度泡沫金属具有双重特性：一是孔径从振荡热管壁至中心由亚微米级增至亚毫米级，且孔隙率也递增；二是壁面附近亲水性强，中心区域疏水性强。此外，该泡沫金属呈中空喇叭形，向砂轮底端壁厚渐增；在流道的热输入端嵌入梯度泡沫金属，改变了工质与流道管壁的接触环境。泡沫金属的微空隙结构、比表面积大等特性，为工质成核沸腾提供了大量的汽化核心，促进了相变传热的发生，因此该新型砂轮在对磨削弧区进行强化换热上具有显著优势；
10、基上所述，盖板与砂轮基体的连接，可采用多种焊接方式，例如：激光焊接、氩弧焊接等。
11、基上所述，所述工质可选用水、甲醇、丙酮等，可根据实际磨削工况而定；
12、基上所述，所述超硬磨料可采用金刚石或cbn，且磨料在砂轮工作面上的排布方式可采用无序排布或有序排布；
13、本专利技术涉及的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，具体的制作步骤如下：
14、步骤1：根据实际磨削加工要求，利用点阵结构和3d打印技术优化设计并加工振荡热管砂轮基体；砂轮基体为空心圆柱，中间区域有蜂窝状结构，该砂轮基体内部设有多回路的振荡热管流道，且热输入端设有抽真空注液管道，热输出端设有一个以上的散热翅片；
15、步骤2：加工梯度泡沫金属，整体呈现中空的喇叭形，越向底端壁厚越大；从振荡热管流道的壁面至中心，孔径逐渐从亚微米级增长至亚毫米级，同时孔隙率也逐渐增大；随后在其外表面涂抹一层具有高导热系数的结构银胶，将其嵌入振荡热管砂轮热输入端的多回路流道中，使其底部与直流流道底部相持平；然后将砂轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述砂轮包括：基体、盖板、刀杆、工质、磨料层、梯度泡沫金属；
2.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述的振荡热管流道的回路数为六；直流流道和连通流道的数量均为12个；所述的工质包括但不限于水、甲醇、丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述的蜂窝状结构(1-4)是六边形晶格，底面与基体底部平齐，是采用点阵结构优化设计结合3D打印技术获得，所述的3D打印技术包括但不限于激光粉末床熔融技术、激光定向能量沉积技术。
4.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，梯度泡沫金属(2)整体呈现中空的喇叭形，越向底端壁厚越大，底部与直流流道底部相持平；从振荡热管流道的壁面至中心，孔径逐渐从亚微米级增长至亚毫米级，同时孔隙率也逐渐增大；在梯度泡沫金属外圆面上均匀涂抹一层具有高导热系数的结构银胶。
5.根据权利要求4所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强
6.根据权利要求4所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，梯度泡沫金属的材料为泡沫铜；从振荡热管流道的壁面至中心，孔径逐渐从30000ppi梯度增大至30ppi，孔隙率逐渐从90％梯度增大至98％，通孔率为98％。
7.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述的散热翅片(1-2)一共有6片，其中最上边的翅片厚度大于其余翅片厚度，两翅片之间的间距为非接触状态，散热翅片对基体之间有一个凹槽。
8.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮的制备方法，其特征在于，步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述砂轮包括：基体、盖板、刀杆、工质、磨料层、梯度泡沫金属；
2.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述的振荡热管流道的回路数为六；直流流道和连通流道的数量均为12个；所述的工质包括但不限于水、甲醇、丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，所述的蜂窝状结构(1-4)是六边形晶格，底面与基体底部平齐，是采用点阵结构优化设计结合3d打印技术获得，所述的3d打印技术包括但不限于激光粉末床熔融技术、激光定向能量沉积技术。
4.根据权利要求1所述的一种热输入端梯度泡沫金属增强的轴向振荡热管砂轮，其特征在于，梯度泡沫金属(2)整体呈现中空的喇叭形，越向底端壁厚越大，底部与直流流道底部相持平；从振荡热管流道的壁面至中心，孔径逐渐从亚微米级增长至亚毫米级，同时孔隙率也逐渐增大；在梯度泡沫金属外圆面上均匀涂抹一层具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱宁，谢永晨，王兴超，姜帆，赵彪，傅玉灿，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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