Способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов. Техническим результатом является одновременное определение величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале при механической обработке заготовок лезвийными и абразивными инструментами, а также инструментами из сверхтвердых материалов. Способ включает установку искусственной термопары в обрабатываемом материале и осциллографирование ее выходного напряжения. При этом в процессе обработки материала инструмент непрерывно подается до соприкосновения с термопарой. Обрабатывая полученную осциллограмму, определяют предварительную величину температурного поля, которую затем увеличивают на размер спая термопары, а также получают аппроксимирующую характер распределения температуры в обрабатываемом материале функцию. Ее экстраполируют от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай, что позволяет определить температуру в зоне резания. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерения температур, в частности к способам определения температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале при использовании лезвийных и абразивных инструментов, а также инструментов из сверхтвердых материалов.

Известен способ определения температуры шлифуемой поверхности металла в зоне резания с помощью срезаемой термопары, состоящей из детали и термоэлектрода, помещенного в шлифуемую деталь (1). Согласно этому способу закладной срезаемый термоэлектрод покрывают предварительно электроизоляционным лаком и защемляют по нормали к шлифуемой поверхности между двумя половинами исследуемого образца. Полученную таким образом срезаемую полуискусственную термопару «деталь-закладной срезаемый термоэлектрод» подключают к электронному осциллографу, по осциллограммам определяют величину выходного напряжения данной термопары и вычисляют контактную температуру по определенной зависимости.

Недостатком указанного способа является отсутствие возможности определения температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале, когда обрабатываемый и режущий материалы - диэлектрики, поскольку известный способ применим лишь при обработке деталей из электропроводных материалов, образующих с закладным термоэлектродом полуискусственную термопару.

Известен также способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах с помощью искусственной термопары (2). Согласно известному способу в процессе изнашивания инструмента периодически выполняют одновременные измерения расстояний от места перехода термоэлектродов в спай до рабочей поверхности кристалла и соответствующие этим расстояниям значения температуры с последующей аппроксимацией экспериментальных результатов функцией, впоследствии экстраполируемой до зоны резания (до места перехода термоэлектродов в спай).

Недостатком этого способа является невозможность его использования для определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале при распиловке, например, природных камней (гранита, мрамора). Реализация известного способа предполагает предварительную установку термопары в природном камне, последовательное выполнение алмазным кругом ряда проходов (резов) на различных расстояниях от термопары при одновременном измерении температуры, соответствующей определенному расстоянию от термопары до зоны резания.

Однако небольшое температурное поле, которое образуется вокруг зоны резания при распиловке (обработке) природного камня алмазным дисковым кругом, работающим с обильным охлаждением, ограничивает число проходов (резов), выполняемых по мере приближения к термопаре и необходимых для аппроксимации экспериментальных результатов искомой функцией (ширина сегмента дисковых пил составляет 3,0...10,0 мм; большую ширину должна иметь и полоса, которую следует отрезать от камня при очередном проходе (резе)).

Целью изобретения является одновременное определение величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале при механической обработке заготовок лезвийными и абразивными инструментами, а также инструментами из сверхтвердых материалов.

Технический результат достигается за счет того, что в процессе резания инструмент непрерывно подается навстречу термопаре до соприкосновения с ней. При этом одновременно фиксируется значение температуры, которая возрастает по мере приближения зоны резания к термопаре, установленной в обрабатываемом материале. В момент соприкосновения инструмента с горячим спаем термопары характер возрастания температуры резания резко меняется. Изменение температуры резания, соответствующее времени непрерывного сближения инструмента и термопары, аппроксимируется функцией, которая характеризует распределение температуры в обрабатываемом материале. Участок осциллограммы, соответствующий возрастанию температуры резания (до точки соприкосновения инструмента с термопарой) и увеличенный на размер спая термопары, характеризует величину температурного поля. Экстраполяция аппроксимирующей функции на участке от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай позволяет определить значение температуры в зоне резания.

На чертеже изображена характерная осциллограмма изменения температуры при распиловке природного камня алмазным отрезным кругом, поясняющая предлагаемый способ. Точка 1 соответствует началу роста температуры резания, а точка 2 - моменту соприкосновения инструмента с термопарой, которое сопровождается резким повышением температуры (участок 2-3). До точки 1 температурное поле еще не достигло места перехода термоэлектродов в спай термопары (поэтому изменений на осциллограмме нет). На участке «а» (участок дальнейшего сближения инструмента и термопары) происходит возрастание температуры от точки 1 до точки 2, которое соответствует характеру распределения температуры резания в обрабатываемом материале. Зная в ходе эксперимента скорость протягивания светочувствительной бумаги на осциллографе, а также время нарастания температуры (на участке между точками 1 и 2), можно определить длину участка «а», которая соответствует части величины температурного поля в направлении подачи инструмента (вся величина температурного поля в указанном направлении состоит из участков «а» и «b», причем участок «b» равен размеру спая термопары). Для определения значения температуры в зоне резания осциллограмму на участке «а» аппроксимируют функцией, которую затем экстраполируют от точки 2 соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай (до точки 4).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить величину температурного поля, температуру в зоне резания и характер ее распределения в обрабатываемом материале. Разработанный способ позволяет оценить указанные температурные характеристики процесса резания с учетом изменения теплофизических свойств обрабатываемых материалов, зависящих от температуры. Способ может быть использован не только при обработке природных камней, но и при других видах механической обработки, предполагающей возможность непрерывного сближения инструмента и термопары, установленной в обрабатываемом материале (например, при сверлении, фрезеровании и т.д.).

Определение величины температурного поля и температуры в зоне резания, а также характера ее распределения в обрабатываемом материале позволит в дальнейшем оптимизировать технологические процессы механической обработки материалов. Реализация предлагаемого способа будет способствовать разработке методов повышения стойкости лезвийных инструментов и шлифовальных кругов, а также ресурса инструментов из сверхтвердых материалов.

Источники информации

1. Жабокрицкий Р.А. Способ определения температуры шлифуемой поверхности металла в зоне резания срезаемой термопарой, состоящей из детали и термоэлектрода, помещенного в шлифуемую деталь. - А.с. СССР, №468108, G 01 K 7/08.

2. Хапачев Б.С. Способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах. - Решение о выдаче патента по заявке на изобретение №2003116115/28, G 01 K 7/04, G 01 N 3/58.

3. Сухобрус А.А. и др. Способ определения температуры в зоне резания. - А.с. СССР, №522049, В 24 В 49/14, B 23 Q 15/00.

4. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

Способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале с помощью искусственной термопары, заключающийся в осциллографировании ее выходного напряжения, отличающийся тем, что в процессе резания инструмент непрерывно подают до соприкосновения с термопарой, установленной в обрабатываемом материале, по осциллограмме определяют предварительную величину температурного поля, которую затем увеличивают на размер спая термопары, и аппроксимирующую характер распределения температуры в обрабатываемом материале функцию, а для определения температуры в зоне резания функцию экстраполируют от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай.