3.5.Методы оценки температур в зоне резания.
Определение температуры в указанных ранее зонах I,II,III затруднительно, ибо эти зоны взаимно влияют друг на друга. Для практических целей применяются приближенные экспериментальные методы определения температуры в зоне резания, на передней поверхности у режущего лезвия и средней температуры стружки.
В зависимости от конкретных условий температуру можно измерить косвенным или непосредственными способами.
К косвенному способу относится измерение температуры:
1. По цветам побежалости. Определяют среднюю температуру стружки по цвету (светло-желтый – 220оС, пурпурный – 270оС, светло-синий – 320оС).
2. Калориметрический. Он позволяет определить количество теплоты, переходящей в стружку, деталь и инструмент, а также их средние температуры. Например, улавливая в калориметр горячую стружку, зная массу стружки и воды в калориметре и изменение температуры воды, можно определить среднюю температуру стружки. Есть также калориметры, в которые погружают деталь и инструмент.
3. Метод пленок. Заключается в том, что на контактные площадки инструмента наносится в вакууме тонкий слой чистого металла с известной температурой плавления. Теплота, выделяющаяся при резании, оплавляет пленку в области, где достигается температура ее плавления и тем самым обозначает соответствующую изотерму.
4. Метод термокрасок. Принципиально аналогичен методу пленок, но вместо чистых металлов используются специальные составы, изменяющие свой цвет под действием температур.
5. Метод структурного анализа основан на остаточном изменении микроструктуры и твердости материала режущей части инструмента. Однако метод очень трудоемок, не работает при низких температурах.
6. Оптический метод. Основан на принципе собирания теплового излучения с участка нагретой поверхности с помощью линз и направления его на фотосопротивления. Под действием теплового излучения в фотоэлементе возникает ток, который повышается усилителем и регистрируется измерительным устройством.
Непосредственно температура резания измеряется 3 способами:
-при помощи искусственной,
-полуискусственной,
-естественной термопар.
При использовании искусственной термопары (рис. 3.6) в резце снизу просверливается отверстие диаметром 1,5 мм, которое на 0,5 мм не доходит до передней поверхности резца.
1- горячий спай
2- изолирующая трубка
3-проводники
4-гальванометр
Рис. 3.6. Измерение температуры в зоне резания при помощи искусственной термопары.
В него вставляется термопара из изолированных медной и константановой проволок небольшого диаметра (0,02-0,05 мм). Под действием высокой температуры в термопаре возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), регистрируемая гальванометром. Однако такая термопара вследствие значительного удаления ее спая режущего лезвия дает заниженные результаты.
При измерении температуры полуискусственной термопарой в резце сверлится канал диаметром 1 мм, который около задней поверхности сужается до 0,4 мм. В это отверстие затягивается константановая проволока, изолированная от стенок трубкой. Конец проволоки расклепывается на задней поверхности резца. Такие резцы допускают малое количество переточек и измеренная температура получается заниженной.
1-горячий спай
2-изолирующая трубка
3-проводники
4-гальванометр
Рис.3.7. Полуискусственная термопара.
Измерение температуры с помощью естественной термопары лишено вышеуказанных недостатков, хотя этот способ обеспечивает измерение лишь усредненной температуры в зоне резания вдоль режущего лезвия. Элементами такой термопары являются разнородные металлы резца и обрабатываемого изделия, а спаем термопары – область контакта передней и задней поверхностей режущего клина с металлом заготовки.
Рис.3.8. измерение температуры в зоне резания при помощи естественной термопары.
Здесь медное кольцо 3 токосъемника закреплено на детали 1 и опущено в ванночку 4 с ртутью (возможны и другие конструкции токосъемников – подвижные, скользящие контакты, гибкие валики и др.), а ТЭДС регистрируется гальванометром 5.
Эта термопара измеряет суммарную температуру в зоне контакта за определенный промежуток резания.
Тарировка термопар необходима каждый раз при изменении материала заготовки или резца.