Способ определения контактной температуры при механической обработке материалов

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов. Заявлен способ определения контактной температуры при механической обработке материалов искусственной термопарой, заключающийся в непрерывной подаче инструмента навстречу термопаре с одновременным осциллографированием ее выходного напряжения и определением аппроксимирующей функции распределения температуры в обрабатываемом материале. В процессе резания подачу инструмента прекращают при достижении оптимального расстояния между инструментом и термопарой, а для определения контактной температуры аппроксимирующую функцию, полученную на этапе их сближения, экстраполируют на оставшемся до зоны резания участке. Технический результат - обеспечение возможности определения действительного значения контактной температуры при механической обработке материалов и оценка значения температуры в зоне резания с учетом изменения теплофизических свойств обрабатываемого материала от температуры. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов.

Известен способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах с помощью искусственной термопары (Хапачев Б.С. Способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах. - Патент на изобретение РФ №2248537, G01K 7/04, G01N 3/58). 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.

Недостатком этого способа является невозможность его использования для экспериментального определения контактной температуры при обработке различных материалов инструментами из сверхтвердых материалов. По мере износа кристалла в нем накапливаются повреждения (появляются трещины на рабочей поверхности алмаза) под действием циклически изменяющихся и многократно действующих термических напряжений. Процесс накопления повреждений приводит к изменению физико-механических свойств кристаллов алмаза, в частности к постепенному снижению (по мере выработки ресурса работы инструмента) прочности на сжатие алмаза. Поэтому значения температуры, полученные на различных этапах износа алмаза, невозможно экстраполировать до зоны резания, поскольку на осциллограмме не наблюдается непрерывное возрастание температуры по мере приближения рабочей зоны (по мере износа кристалла) к спаю термопары.

Известен также способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале с помощью искусственной термопары (Хапачев Б.С. Способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале. - Патент на изобретение РФ №2287787, G01K 7/04). Согласно известному способу, 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.

Реализация данного способа позволяет определить величину температурного поля и характер распределения температуры в обрабатываемом материале. Однако известный способ нельзя использовать для определения контактной температуры при механической обработке различных материалов, в том числе и природных камней. Известно, что для надежного контакта горячего спая термопары с поверхностью, температура которой измеряется, термопара должна быть плотно прижата к ней с усилием не менее 50Н (Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1985. - 304 с.). При непрерывной подаче инструмента до соприкосновения с термопарой, когда расстояние между инструментом (например, отрезным алмазным кругом) и термопарой уменьшается до незначительных величин (до 1…2 мм), образовавшаяся тонкая перегородка (разделяющая на последнем этапе резания инструмент и термопару) под действием силы, с которой термопара прижата к поверхности, разрушается. Это исключает возможность фиксирования температуры в момент соприкосновения инструмента с термопарой, т.е. определить контактную температуру в зоне резания.

Задачей изобретения является определение контактной температуры при механической обработке различных материалов лезвийными и алмазно-абразивными инструментами.

Технический результат достигается за счет того, что в процессе резания инструмент непрерывно подают навстречу термопаре, но не до соприкосновения с ней, а до максимального сближения с термопарой, исключающего разрушение тонкой перегородки между инструментом и термопарой, образующейся на последних этапах резания. При этом одновременно фиксируют значение температуры, которая возрастает по мере приближения зоны резания к термопаре, прижатой к поверхности обрабатываемого материала. Толщина тонкой перегородки, которая образовалась в процессе резания, должна быть такой, чтобы исключить разрушение этой перегородки от действия силы, с которой термопара прижата к поверхности. С другой стороны, необходимо обеспечить максимально возможное сближение инструмента и термопары, поскольку такое сближение позволяет получить осциллограмму и, после ее обработки, аппроксимирующую функцию, наиболее полно описывающую распределение температуры в обрабатываемом материале. Полученную таким способом аппроксимирующую функцию, описывающую распределение температуры на участке от начала резания до точки, отстоящей на незначительном расстоянии от термопары, впоследствии экстраполируют до зоны резания, и тем самым получают величину контактной температуры.

На фиг. 1 представлена схема резания природного камня алмазным дисковым инструментом, а на фиг. 2 - характерная осциллограмма изменения температуры в камне до точки М (сплошная линия) и изменение температуры на участке от М до N (см. фиг. 1), полученное путем расчета предварительно полученной функции распределения температуры в обрабатываемом материале t=ae-bx (штриховая линия, участок MN2 (см. фиг. 2)).

При сближении алмазного круга 1 и термопары 2, прижатой к природному камню 3, начиная с какого-то момента времени, измерительный прибор будет фиксировать все возрастающую температуру до точки М. При этом в точке М, находящейся на незначительном расстоянии X от термопары 2, следует остановить подачу инструмента (см. фиг. 1). В предварительных экспериментах необходимо установить для каждого обрабатываемого материала величину X, соответствующую оптимальному сближению инструмента и термопары. Зная температуру в точке М (показание измерительного прибора) и величину X (расстояние между инструментом и термопарой), а также параметры функции распределения температуры в обрабатываемом материале (например, параметры а и b функции t=ae-bx), определяют контактную температуру при резании, экстраполируя аппроксимирующую функцию до точки N. Так, при следующих значениях температуры t=400°C в точке М, параметров а=400 и b=0,2 искомая температура в точке N будет:

а) при Х=-1 мм t1=ae-bx=400*2,72-0,2*(-1)=488°С;

б) при Х=-2 мм t2=596,8°C (знак «минус» в расчетах перед значениями X появляется, поскольку начало координатной системы X0t проходит через точку М, а точки N1 и N2 лежат левее ординаты этой системы (см. фиг. 2)).

Результаты расчета показывают, что значения контактной температуры в зоне резания (t1=488°С, t2=596,8°C) существенно отличаются (при выбранных параметрах расчета) от показания измерительного прибора в точке М (t=400°C). Так, если термопара отстоит от зоны резания на 1 мм, относительная погрешность измерения температуры составляет 22%. С увеличением этого расстояния до 2 мм относительная погрешность измерения температуры возрастает более чем в 2 раза (49,2%).

Технический результат предлагаемого способа состоит в том, что он позволяет определить действительное значение контактной температуры при механической обработке материалов и дает возможность оценить значение температуры в зоне резания с учетом изменения теплофизических свойств обрабатываемого материала от температуры.

Определение температуры в зоне резания позволит в дальнейшем разработать пути ее снижения, а значит, и параметров теплонагружения инструментального материала. Реализация предлагаемого способа способствует разработке методов повышения стойкости и срока службы при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов, а следовательно, их конкурентоспособности.

Способ определения контактной температуры при механической обработке материалов искусственной термопарой, заключающийся в непрерывной подаче инструмента навстречу термопаре с одновременным осциллографированием ее выходного напряжения и определением аппроксимирующей функции распределения температуры в обрабатываемом материале, отличающийся тем, что в процессе резания подачу инструмента прекращают при достижении оптимального расстояния между инструментом и термопарой, а для определения контактной температуры аппроксимирующую функцию, полученную на этапе их сближения, экстраполируют на оставшемся до зоны резания участке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике, которая используется для измерения сил сопротивления грунтов и снежно-ледяных образований резанию, действующих на режущий орган землеройной или снегоуборочной машин при различных углах резания и установки рабочего органа в виде отвала.

Изобретение относится к области исследования и анализа свойств материалов путем измерения усилий элементарного резания и может быть использовано для определения физико-механических свойств и макроскопического строения различных материалов, в частности древесины, а также в изучении силовых характеристик процессов механического простого и сложного резания.

Изобретение относится к области метрологии. Способ определения предельного износа сменного режущего инструмента заключается в том, что в процессе резания измеряют виброакустические сигналы с дальнейшим выделением из последних высокочастотного и низкочастотного диапазонов.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при шлифовании заготовок деталей машин и приборов на шлифовальных станках.

Способ выбора инструментального материала заключается в поочередном силовом воздействии индентора из предназначенного для обработки материала на поверхность образцов инструментальных материалов при их взаимном перемещении.

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию и может быть использовано для определения сил, действующих на вибрационный режущий орган строительно-дорожных машин.

Изобретение относится к области обработки резанием и может быть использовано для испытания зенкеров и исследования обрабатываемости конструкционных материалов зенкерованием.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к обработке материалов шлифованием и может быть использовано для оценки режущих свойств абразивного материала шлифовальных кругов. Осуществляют закрепление кольца, имеющего базовую наружную поверхность, на планшайбе шлифовального круга соосно с его рабочей поверхностью Обрабатываемый образец устанавливают на поверхности стола станка, используемой в качестве дополнительной базовой поверхности, и шлифуют.

Изобретение относится к термометрии и предназначено для определения температуры химически агрессивных расплавов тугоплавких веществ, например соединений типа А2B6.

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов. .

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к датчикам температуры. .

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к измерению температуры. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительных приборов. .

Изобретение относится к области измерения температуры. .

Изобретение относится к области измерения температур в зоне резания при использовании инструментов из сверхтвердых материалов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при измерении температуры с помощью термопар в условиях промышленных помех в комплекте с регистрирующим прибором автоматического следящего уравновешивания.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в металлургии в процессах высокотемпературного жидкофазного восстановления металлов из оксидных композиций.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению температуры поверхности элементов различных объектов и устройств. .

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов. Заявлен способ определения контактной температуры при механической обработке материалов искусственной термопарой, заключающийся в непрерывной подаче инструмента навстречу термопаре с одновременным осциллографированием ее выходного напряжения и определением аппроксимирующей функции распределения температуры в обрабатываемом материале. В процессе резания подачу инструмента прекращают при достижении оптимального расстояния между инструментом и термопарой, а для определения контактной температуры аппроксимирующую функцию, полученную на этапе их сближения, экстраполируют на оставшемся до зоны резания участке. Технический результат - обеспечение возможности определения действительного значения контактной температуры при механической обработке материалов и оценка значения температуры в зоне резания с учетом изменения теплофизических свойств обрабатываемого материала от температуры. 2 ил.

Наверх