一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测方法及系统技术方案

一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测方法和系统，其利用导电砂轮电化学特性检测体系空行程电解电流及阳极有效面积，得到空行程的阳极电流密度和阳极电位；基于粘附物电化学特性检测体系的电解电流及阳极有效面积，得到其阳极电流密度和阳极电位；基于阳极电流密度及阳极电位，确定两个体系相应的阳极电位与电流密度的关系；根据导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的电解电流及其阳极有效面积，计算其磨削行程阳极电位，并结合两个体系相应的阳极电位与电流密度关系曲线，得到导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程砂轮表面及粘附物表面的平均电流密度；并基于平均电流密度得到磨削行程砂轮表面粘附物所占的面积比。本发明专利技术能实现砂轮粘附率的测量。现砂轮粘附率的测量。现砂轮粘附率的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及机械零件磨削加工
，尤其涉及基于电化学原理的砂轮粘附率检测技术。

技术介绍

[0002]在铝合金、钛合金、钛铝合金和高温合金等金属磨削过程中，切屑材料会粘附在磨粒表面或嵌入到磨粒间隙，使砂轮发生粘附。砂轮粘附现象使得砂轮磨削性能和工件加工质量显著降低。砂轮粘附的定量检测对于分析粘附形成机理、评估粘附对磨削性能影响、优化磨削参数和确定砂轮修整周期等至关重要。
[0003]传统砂轮粘附的检测方法包括：称重法、机器视觉、放射性示踪法、X射线荧光法、电涡流法、声发射法和动压法。称重法是最基础的测量砂轮粘附的方法，可用于校核其它测量砂轮粘附的新方法，主要缺点是操作繁琐，需要拆卸砂轮、测量灵敏度低，周期长。机器视觉是应用最广泛的可在位检测砂轮粘附的方法，主要缺点为当砂轮表面与磨屑颜色和反射率差异不大时，或受到磨削液污染时，检测精度会急剧下降。放射性示踪法和X射线荧光法均需要拆卸砂轮，且会使机床受到反射性污染，有害于人身健康。电涡流法可在线检测砂轮粘附，但其测量精度受粘附物几何形状和导电导磁率的影响较大，且标定困难，易受电磁场干扰，因此推广难度较大。声发射法和动压法均属于间接测量方法，二者基于磨削过程中的一些特征信号与砂轮粘附程度的相关性，利用所测得得信号大小评估粘附程度。由于噪声信号的存在，间接测量法只能定性检测砂轮粘附程度，远不如直接测量法精确。由上述分析可知，传统砂轮粘附检测方法在适用性、检测效率和精度等方面均存在一定程度的局限性。因此对传统磨削技术进行一种另辟蹊径的革新，是提升砂轮粘附检测精度和效率的关键，也是提高延塑性金属类零件磨削加工精度的必由之路。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测方法及系统，以实现延塑性金属磨削过程中砂轮粘附程度的定量评估。
[0005]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0006]由上述本专利技术的技术方案可以看出，本专利技术具有如下技术效果：
[0007]其根据不同材料的电化学性能差异，基于磨削机理与电化学原理分析，对磨削过程中砂轮未被粘附表面和粘附金属表面的电化学反应占比进行解耦，定量地确定出延塑性金属磨削过程中砂轮的粘附程度。
附图说明
[0008]图1为本专利技术中的导电砂轮电化学特性检测体系的结构示意图；
[0009]图2
‑
1为本专利技术的导电砂轮电化学特性检测体系中的紫铜阴极的结构示意图；
[0010]图2
‑
2为本专利技术的导电砂轮电化学特性检测体系中的紫铜阴极的分解爆炸图；
[0011]图3为本专利技术中的粘附物电化学特性检测体系的结构示意图；
[0012]图4为本专利技术中的导电砂轮电化学特性检测体系和粘附物电化学特性检测体系的阳极电位
‑
阳极电流密度的关系曲线。
[0013]附图标记说明：
[0014]机床主轴1、阳极电刷2、数字万用表3、直流电源4、紫铜阴极5、被磨工件6、磨削液喷嘴7、导电砂轮8、柔性砂条9、工件材料制件10；
[0015]阴极主体51、阴极压板52、螺栓53；
[0016]阴极接线端511、工作面512、电解液入口513、电解液出口514。
具体实施方式
[0017]以下结合附图并结合实施例对本专利技术进行详细说明。
[0018]实施例一：
[0019]本专利技术实施例一提出一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测系统，其包括导电砂轮电化学特性检测体系和粘附物电化学特性检测体系。通过导电砂轮电化学特性检测体系可获得：空行程砂轮表面阳极电位与阳极电流密度的关系，磨削行程砂轮和粘附物组合表面的阳极电位与阳极电流密度的对应关系；通过粘附物电化学特性检测体系可获得：粘附物表面的阳极电位与阳极电流密度的对应关系。本专利技术利用上述阳极电位与阳极电流密度的对应关系，根据不同材料的电化学性能差异，基于磨削机理与电化学原理分析，对磨削过程中砂轮未被粘附表面和粘附金属表面的电化学反应占比进行解耦，能够定量地确定出延塑性金属磨削过程中砂轮的粘附程度。
[0020]一、导电砂轮电化学特性检测体系
[0021]导电砂轮电化学特性检测体系的结构如图1所示，包括机床主轴1、阳极电刷2、数字万用表3、直流电源4、紫铜阴极5、被磨工件6、磨削液喷嘴7和导电砂轮8。
[0022]其中的紫铜阴极5的结构如图2
‑
1、图2
‑
2所示，该紫铜阴极5包括阴极主体51和阴极压板52，二者通过螺栓53密封连接。
[0023]阴极主体51内开有用于盛装电解液的槽体，并在槽体上方设有承台，用于搭接阴极压板52，并用螺栓53锁紧密封。阴极主体51一侧边有阴极接线端511、另一侧边开有电解液入口513；阴极主体51上还设计有工作面512，该工作面512为扇环形，能够覆盖砂轮在阴极面上的对应投影。该扇环形的工作面512上开有多条电解液出口514，为了保证出液的均匀，该多条电解液出口514均以工作面512的中心为圆心向外延伸而成。
[0024]紫铜阴极5安装时，其工作面512与导电树脂超硬磨料砂轮8的切削面平行，二者间隙为0.2mm～0.8mm。阴极主体51通过阴极接线端511连接导线来连接直流电源4的负极；
[0025]导电砂轮8为导电树脂超硬磨料砂轮，其包括砂轮基体81和砂轮磨料层82。砂轮基体81材料可以是铝合金或45钢；砂轮磨料层82包括导电超硬磨料和绝缘的树脂结合剂，具体由导电超硬磨料分散在绝缘的酚醛树脂结合剂中形成的复合型导电高分子材料制得。其中的导电超硬磨料可以是铜、镍或镍磷合金包覆型超硬磨料或者导电CVD超硬磨料膜包覆型超硬磨料。
[0026]导电砂轮8随机床主轴1运转，利用砂轮磨料层82对被磨工件6进行磨削；在磨削过程中，磨削液喷嘴7向所述导电砂轮8和被磨工件6之间的磨削区不断地喷射磨削液；磨削液
可以为自来水。
[0027]在该导电砂轮电化学特性检测体系中，导电砂轮8作为阳极，通过机床主轴1、阳极电刷2和导线与直流电源4的正极连接；紫铜阴极5作为阴极，通过导线与直流电源4负极连接；紫铜阴极5开有电解液出口514，在电解过程中，通过电解液出口514向导电砂轮8和紫铜阴极5之间的阴阳两极间隙提供电解液。电解液可以为自来水。
[0028]该导电砂轮电化学特性检测体系工作时，导电砂轮8在机床主轴1的带动下开始旋转。直流电源4保持开启状态，以提供电能。数字万用表3保持开启状态，以记录电路电流。导电砂轮8通过机床主轴1、阳极电刷2、数字万用表3、导线与直流电源4的正极连接作为阳极；紫铜阴极5通过导线与直流电源4的负极连接作为阴极。同时，通过紫铜阴极5的电解液出口514向导电砂轮8和紫铜阴极5形成的电极间隙提供电解液；通过磨削液喷嘴7向磨削区提供磨削液。
[0029]该导电砂轮电化学特性检测体系工作时，利用导电砂轮8对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学原理的砂轮粘附率检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：步骤S201，利用导电砂轮电化学特性检测体系的导电砂轮对被磨工件进行磨削；并在磨削过程中，检测得到导电砂轮电化学特性检测体系空行程的电解电流和磨削行程的电解电流，分别记为I
s
和I
c
；步骤S202，利用得到的导电砂轮电化学特性检测体系空行程的电解电流I
s
及所述导电砂轮电化学特性检测体系阳极有效面积，根据公式(1)计算得到导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电流密度i
a,s
，并根据公式(3)，计算得到导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电位导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电流密度i
a,s
为：i
a,s
＝I
s
/A
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，i
a,s
为导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电流密度；I
s
为导电砂轮电化学特性检测体系空行程的电解电流；A
c
为导电砂轮电化学特性检测体系阴极工作面被导电砂轮表面覆盖的面积，其等于导电砂轮电化学特性检测体系阳极有效面积；导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电位可以表示为：式(3)中，为导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电位；R
Ω,s
为导电砂轮电化学特性检测体系的电路总阻抗；U
appl
为工作电压；E
eq,c
为阴极反应的平衡电位；b
c
为常用对数下阴极反应的塔菲尔Tafel斜率；I
s
为导电砂轮电化学特性检测体系空行程的电解电流；A
c
为导电砂轮电化学特性检测体系的阴极工作面被砂轮表面覆盖的面积；i
0,c
为阴极反应的交换电流密度；步骤S203，利用粘附物电化学特性检测体系的工件材料制件磨削柔性砂条，并检测得到粘附物电化学特性检测体系的电解电流I
adh
；基于所述粘附物电化学特性检测体系的电解电流I
adh
及所述粘附物电化学特性检测体系的阳极有效面积，根据公式(7)计算得到粘附物电化学特性检测体系的阳极电流密度i
a,adh
；并根据公式(8)，计算粘附物电化学特性检测体系的阳极电位i
a,adh
＝I
adh
/A
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式(7)中，i
a,adh
为粘附物电化学特性检测体系的阳极电流密度；I
adh
为粘附物电化学特性检测体系的电解电流；A
c
为导电砂轮电化学特性检测体系的阴极工作面被砂轮表面覆盖的面积；式(8)中，为粘附物电化学特性检测体系的阳极电极电位；R
Ω,adh
为粘附物电化学特性检测体系的电路总阻抗；U
appl
为工作电压；E
eq,c
为阴极反应的平衡电位；b
c
为常用对数下阴极反应的塔菲尔Tafel斜率；I
adh
为粘附物电化学特性检测体系的电解电流；A
c
为导电砂轮电化学特性检测体系的阴极工作面被砂轮表面覆盖的面积；i
0,c
为阴极反应的交换电流密度；步骤S204，基于步骤S202计算得到的导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电流密度以及阳极电位；以及，基于步骤S203计算得到的粘附物电化学特性检测体系的阳极电流密度以及阳极电位，确定出导电砂轮电化学特性检测体系空行程和粘附物电化学特性检
测体系的阳极电位与阳极电流密度的关系；步骤S205，利用公式(9)，根据步骤S201得到的导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的电解电流I
c
，计算得到导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的阳极电位，计算得到导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的阳极电位式(9)中，为导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的阳极电位；U
appl
为工作电压；E
eq,c
为阴极反应的平衡电位；b
c
为常用对数下阴极反应的塔菲尔Tafel斜率；A
c
为导电砂轮电化学特性检测体系的阴极工作面被砂轮表面覆盖的面积；i
0,c
为阴极反应的交换电流密度；I
c
为导电砂轮电化学特性检测体系磨削行程的电解电流；R
Ω,s
为导电砂轮电化学特性检测体系的电路总阻抗；步骤S206，令导电砂轮电化学特性检测体系空行程的阳极电位和粘附物电化学特性检测体系的阳极电位分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：金滩，高宾华，何训，王其荣，苏庆怀，尚振涛，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：