7.5. Экспериментальные методы исследования температур резания

Калориметрический метод позволяет определить количество теплоты, переходящей в стружку, деталь или инструмент, а также их средние температуры. В калориметр погружается горячий объект с известной массой. Масса и исходная температура воды в калориметре также известны. По изменению температуры воды в калориметре определяют среднюю температуру погружаемого объекта.

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.

Метод термокрасок принципиально аналогичен методу пленок, но вместо чистых металлов используются специальные составы, изменяющие свой цвет под действием температур.

Термоэлектрический метод заключается в том, что если нагреть место спая двух проводников из различных металлов, оставляя при этом свободными концы при более низкой температуре, на последних возникает ЭДС, которая зависит от разности температур спая и более холодных концов. Замыкая цепь через вольтметр, можно измерить ЭДС. Такая цепь называется термоэлектрической. Этот метод является наиболее распространенным и подразделяется на несколько разновидностей.

Метод искусственной термопары заключается в том, что в инструменте просверливается отверстие малого диаметра, не доходящее до какой-либо точки передней или задней поверхности. В это отверстие вставляется изолированная термопара. Температура в точке соприкосновения термопары и инструмента регистрируется включенным в цепь термопары гальванометром. Этот метод дает возможность определить температуру различных точек на передней и задней поверхностях инструмента и на поверхности стружки.

Более точные значения температур можно получить, используя скользящие или бегущие термопары. Деталь имеет гребни в форме винта с ленточной резьбой. В них сверлят отверстия, в которые вставляют защитные трубки с двумя изолированными проводниками термопары. Трубка из обрабатываемого или близкого к нему по свойствам материала защищает проводники от преждевременного замыкания. При перерезании резцом трубки проводники замыкаются и на поверхности резания образуется точечная термопара, которая движется вместе с прирезцовым слоем стружки по передней поверхности. Это позволяет записать распределение температуры по длине контакта. Участки проводников, оставшиеся в заготовке, позволяют определить распространение температуры вначале по задней поверхности инструмента, а затем температуру обработанной поверхности. Стремление уменьшить размеры слоев термопар и приблизить последние к контактным поверхностям инструмента привело к созданию пленочных термопар. Например, резец с искусственной пленочной термопарой состоит из пластин, прижатых друг к другу с помощью накладки в державке. На одну из пластин с помощью трафарета напылены последовательно химически чистое железо, слой изоляции и химически чистый никель. К концам напыленной термопары припаиваются проводники, соединенные с измерительным устройством. Пленочные термопары существенно снижают погрешности измерения.

В методе полуискусственной термопары один из ее элементов (инструмент или деталь) вводится в зону обработки только с целью измерения температуры в качестве проводника. Метод полуискусственной термопары дает более точные результаты, чем метод искусственной, но, обеспечивая измерение температур в данных точках поверхности, не дает возможности изучить закономерности влияния элементов режима резания на наивысшую температуру процесса резания.

В методе естественной термопары элементами термопары служат деталь и инструмент, которые, будучи разнородными металлами, в процессе резания имеют сильно нагретый контакт, являющийся спаем этой термопары. Концы инструмента и детали имеют значительно более низкую температуру. Естественная термопара измеряет некоторую среднюю температуру, тогда как на площадках контакта в процессе резания развивается различная температура в разных точках контакта. Отношение этой средней температуры к наивысшей непостоянно.

Метод бесконтактного измерения температур представляет собой регистрацию теплового излучения отдельных участков детали или инструмента в процессе обработки. Он основан на принципе собирания теплового излучения с участка нагретой поверхности с помощью линз и направления его на фотосопротивление. Под действием теплового излучения в фотоэлементе возникает ток, который повышается усилителем и регистрируется измерительным устройством. Фотоэлектрический метод позволяет измерять температуру различных участков зоны резания и определять температурные поля передней и задней поверхности резца.