沈陽(yáng)第一機(jī)床廠切削溫度測(cè)量方法總述
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠1.導(dǎo)語(yǔ)
在機(jī)械制作業(yè)中，雖然已發(fā)展出各種不相同的零件成型技術(shù)，但當(dāng)時(shí)仍有90%以上的機(jī)械零件是通過(guò)切削加工制成。在切削過(guò)程中，機(jī)床作功轉(zhuǎn)換為等量的切削熱，這些切削熱除少數(shù)逸散到周?chē)橘|(zhì)中以外，其他均傳入刀具、切屑和工件中，刀具、工件和機(jī)床溫升將加速刀具磨損，致使工件熱變形，嚴(yán)肅時(shí)甚至致使機(jī)床熱變形。因此，在進(jìn)行切削理論研討、刀具切削功用試驗(yàn)及被加工材料加工功用試驗(yàn)等研討時(shí)，對(duì)切削溫度的測(cè)量非常重要。測(cè)量切削溫度時(shí)，既可測(cè)定切削區(qū)域的平均溫度，也可測(cè)量出切屑、刀具和工件中的溫度分布。常用的切削溫度測(cè)量方法首要有熱電偶法、光輻射法、熱輻射法、金相方案法等。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠2.切削溫度測(cè)量方法
2.1 熱電偶法
當(dāng)兩種不相同材料組成的材料副如切削加工中的刀具—工件靠近并受熱時(shí)，會(huì)因表層電子溢出而發(fā)作溢出電動(dòng)勢(shì)，并在材料副的接觸界面間構(gòu)成電位差即熱電勢(shì)。由于特定材料副在一定溫升條件下構(gòu)成的熱電勢(shì)是一定的，因此可根據(jù)熱電勢(shì)的大小來(lái)測(cè)定材料副即熱電偶的受熱情況及溫度改動(dòng)情況。選用熱電偶法的測(cè)溫設(shè)備方案簡(jiǎn)略，測(cè)量便當(dāng)，是當(dāng)時(shí)較老到也較常用的切削溫度測(cè)量方法。
根據(jù)不相同的測(cè)量原理和用途，熱電偶法又可細(xì)分為以下幾種：
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠1天然熱電偶法
天然熱電偶法首要用于測(cè)定切削區(qū)域的平均溫度。選用天然熱電偶法的測(cè)溫設(shè)備是運(yùn)用刀具和工件分別作為天然熱電偶的南北極，組成閉合電路測(cè)量切削溫度。刀具引出端用導(dǎo)線接入毫伏計(jì)的一極，工件引出端的導(dǎo)線通過(guò)起電刷作用的銅頂尖接入毫伏計(jì)的另一極。測(cè)溫時(shí)，刀具與工件引出端應(yīng)處于室溫下，且刀具和工件應(yīng)分別與機(jī)床絕緣。切削加工時(shí)，刀具與工件接觸區(qū)發(fā)作的高溫?zé)岫伺c刀具、工件各自引出端的室溫冷端構(gòu)成溫差電勢(shì)，該電勢(shì)值可用接入的毫伏計(jì)測(cè)出，切削溫度越高，該電勢(shì)值越大。切削溫度與熱電勢(shì)毫伏值之間的對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)可通過(guò)切削溫度標(biāo)定得到。根據(jù)切削試驗(yàn)中測(cè)出的熱電勢(shì)毫伏值，可在標(biāo)定曲線上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。
選用天然熱電偶法測(cè)量切削溫度簡(jiǎn)練可靠，可便當(dāng)?shù)匮杏懬邢鳁l件如切削速度、進(jìn)給量等對(duì)切削溫度的影響。值得注意的是，用天然熱電偶法只能測(cè)出切削區(qū)的平均溫度，無(wú)法測(cè)得切削區(qū)指定點(diǎn)的溫度；一同，當(dāng)?shù)毒卟牧匣蚝凸ぜ牧限D(zhuǎn)換后，切削溫度—毫伏值曲線也有必要從頭標(biāo)定。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠2人工熱電偶法
人工熱電偶法也稱(chēng)熱電偶刺進(jìn)法可用于測(cè)量刀具、切屑和工件上指定點(diǎn)的溫度，并可測(cè)得溫度分布場(chǎng)和最高溫度的方位。人工熱電偶法測(cè)溫設(shè)備是在刀具或工件被測(cè)點(diǎn)處鉆一個(gè)小孔孔徑越小越好，通常φ＜0.5mm，孔中刺進(jìn)一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶并使其與孔壁之間堅(jiān)持絕緣。切削時(shí)，熱電偶接點(diǎn)感受出被測(cè)點(diǎn)溫度，并通過(guò)串接在回路中的毫伏計(jì)測(cè)出電勢(shì)值，然后參照熱電偶標(biāo)定曲線得出被測(cè)點(diǎn)的溫度。
人工熱電偶法的利益是：關(guān)于特定的人工熱電偶材料只需標(biāo)定一次；熱電偶材料可活絡(luò)選擇，以改進(jìn)熱電偶的熱電活絡(luò)性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，跋涉熱電偶傳感質(zhì)量。但由于將人工熱電偶埋入超硬刀具材料如陶瓷、PCBN、PCD等內(nèi)比照困難，因此綁縛了該方法的推行運(yùn)用。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠3半人工熱電偶法
將天然熱電偶法和人工熱電偶法結(jié)合起來(lái)即組成了半人工熱電偶法。半人工熱電偶是將一根熱電活絡(luò)材料金屬絲如康銅焊在待測(cè)溫點(diǎn)上作為一極、以工件材料或刀具材料作為另一極而構(gòu)成的熱電偶。選用該方法測(cè)量切削溫度的工作原理與天然熱電偶法和人工熱電偶法相同。由于半人工熱電偶法測(cè)溫時(shí)選用單根導(dǎo)線聯(lián)接，不必考慮絕緣疑問(wèn)，因此得到了較廣泛的運(yùn)用。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠4等效熱電偶法
選用天然熱電偶法測(cè)量切削溫度時(shí)，由于溫升的影響，導(dǎo)線引出點(diǎn)的溫度已不是標(biāo)守時(shí)的室溫，因此需要進(jìn)行冷端溫度賠償。但冷端溫度賠償在原理和具體完畢方法上均存在一定疑問(wèn)，如測(cè)量PCBN刀具的切削溫度時(shí)，由于作為熱電偶一端的PCBN復(fù)合片標(biāo)準(zhǔn)小、導(dǎo)熱系數(shù)大，導(dǎo)線引出點(diǎn)的溫升較大，影響測(cè)量精度，需要予以消除，但選用接長(zhǎng)刀片消除法在PCBN刀具上不易完畢，若選用附加電勢(shì)消除規(guī)則因刀片引出點(diǎn)有溫升，所測(cè)電動(dòng)勢(shì)也難以反映實(shí)在的切削溫度。此時(shí)，可選用等效熱電偶法測(cè)量PCBN焊接車(chē)刀外圓車(chē)削的切削溫度，其工作原理是由刀片與工件組成天然熱電偶的南北極，熱端為刀—屑接觸有些A其平均溫度即為需要測(cè)量的切削溫度θ；冷端分別為工件與刀具的引出端。工件引出點(diǎn)C處的溫度為室溫θ0，刀具引出點(diǎn)B由于距離刀尖較近而有溫升，由于B點(diǎn)溫度是測(cè)量核算切削溫度悉數(shù)必要的，因此需一同測(cè)量B點(diǎn)溫度θ′。測(cè)量時(shí)，選用一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶NiCr-NiSi測(cè)量B點(diǎn)溫度θ′其間NiCr端也是主測(cè)量回路C-AB的引出端。測(cè)量得到兩個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)：E1為工件—刀具—導(dǎo)線NiCr所構(gòu)成的主測(cè)量回路發(fā)作的熱電動(dòng)勢(shì)；E2為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶NiCr-NiSi發(fā)作的熱電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)標(biāo)定設(shè)備獲得各材料間的熱電特性曲線，求出其斜率，再由測(cè)得的E1、E2核算出切削溫度θ為
θ=E1/bWT+(bbw+bWT)E2/bbbWT+θ0
式中：bWT為工件—刀具的熱電特性曲線斜率；bbw為導(dǎo)線—工件的熱電特性曲線斜率；bb為刀具引出點(diǎn)測(cè)量熱電偶熱電特性曲線斜率。
2.2 光、熱輻射法
選用光、熱輻射法測(cè)量切削溫度的原理是刀具、切屑和工件材料受熱時(shí)都會(huì)發(fā)作一定強(qiáng)度的光、熱輻射，且輻射強(qiáng)度隨溫度升高而加大，因此可通過(guò)測(cè)量光、熱輻射的能量直接測(cè)定切削溫度。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠1輻射高溫計(jì)法
運(yùn)用紅外輻射高溫計(jì)可測(cè)定刀具或工件表面的溫度分布。紅外勘探器將接收的紅外線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)線性化處置后即可獲得相應(yīng)的溫度值。但選用紅外輻射高溫計(jì)只限于測(cè)量刀具或工件表面面的溫度。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠2紅外照相法
選用紅外照相法的車(chē)削溫度測(cè)量設(shè)備設(shè)備于車(chē)床橫溜板的機(jī)座板上，使刀具、照相機(jī)相關(guān)于工件排成一線；照相機(jī)配有專(zhuān)門(mén)的紅外輻射集結(jié)調(diào)度設(shè)備；刀夾可使照相機(jī)鏡頭盡可能靠近工件表面；為避免切屑濺射的影響，照相機(jī)鏡頭用有機(jī)玻璃罩子罩住，鏡頭與工件表面之間方案了擋屑板，透過(guò)板上的小孔可對(duì)刀具和工件表面攝影選用高溫紅外膠卷。測(cè)量溫度前，首先用熱電偶進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，即熱電偶由電加熱并在不相同溫度下照相，所需曝光時(shí)間通過(guò)預(yù)試驗(yàn)判定，顯影后的膠卷用顯微光密度計(jì)讀數(shù)，得到高溫紅外膠卷在不相同曝光時(shí)間下光密度與溫度的對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)。根據(jù)此對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)，可以判定切削過(guò)程中工件或刀具的溫度。用紅外照相法測(cè)定的切削溫度可用于研討切削溫度的分布情況。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠3紅外熱像儀法
紅外熱像儀的根柢工作原理是運(yùn)用了斯蒂芬—波爾茲曼規(guī)則，即
E=εσT4
式中：E為物體輻射單元單位面積的輻射能量W/m2；ε為物體輻射單元表面輻射率取決于物體表面性質(zhì)；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)σ=5.76×10 -8W/m2·K4；T為物體輻射單元的表面溫度K。
切削時(shí)，紅外熱像儀通過(guò)光機(jī)掃描安排勘探工件或刀具表面輻射單元的輻射能量，并將每個(gè)輻射單元的輻射能量轉(zhuǎn)換為電子視頻信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處置，以可見(jiàn)①只能測(cè)量600℃以上的溫度；②樣件制作恰當(dāng)繁瑣；③屬往后破壞性測(cè)量，不便于在出產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推行運(yùn)用；④所判定的切削溫度分布情況歸于定量分析；⑤設(shè)備凌亂，技術(shù)難度高，實(shí)習(xí)運(yùn)用遭到一定綁縛。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠2.4 其它方法
除上述切削溫度測(cè)量方法外，常見(jiàn)的測(cè)溫方法還有顯微硬度分析法、量熱法、涂色法等。
顯微硬度分析法是將刀具、工件和切屑在不相同溫度下呈現(xiàn)不相同硬度的根柢原理進(jìn)行逆向運(yùn)用，根據(jù)材料受熱后的顯微硬度直接測(cè)知其切削溫度。
量熱法是將受熱后的刀具、切屑或工件浸入水中并測(cè)定水溫的升高，根據(jù)水的溫升核算刀具、切屑或工件的溫度。這種方法常用于測(cè)定金屬切削過(guò)程中進(jìn)入刀具、切屑或工件的熱量百分比。
另一方法是將刀具沿切屑流出方向?qū)ΨQ(chēng)剖開(kāi)，在剖面上涂上可在一定溫度下熔解的微細(xì)金屬粉末，然后將刀具合攏固定進(jìn)行切削，切削完后再將刀具分脫離，通過(guò)查詢(xún)微細(xì)粉末熔化區(qū)域來(lái)判定刀具內(nèi)部切削溫度的分布情況。
此外，還可用涂色法判定切削溫度，但該方法測(cè)量精度較低。
沈陽(yáng)第一機(jī)床廠3．結(jié)語(yǔ)
綜上所述，各種測(cè)量切削溫度的方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和不相同的適用范圍。因此，在實(shí)習(xí)運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)具體情況選用最恰當(dāng)?shù)那邢鳒囟炔轵?yàn)方法。此外，為了在出產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)切削溫度進(jìn)行更精確、更便當(dāng)、更及時(shí)的測(cè)量，還需要對(duì)切削溫度測(cè)量方法作進(jìn)一步深化研討和改進(jìn)完善。
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