6.3.Экспериментальные методы определения температуры резания при точении

1. Метод термопар впервые был предложен в 1908-1912 г. Я.Г.Усачевым.

1.1. Метод закладной (искусственной) термопары.

В теле резца просверливается канал диаметром 2-3 мм. В него вставляется термопара с изолированными проводниками (диаметром 0,1-0,05 мм.). горячий спай термопары (шарик) располагают как можно ближе к задней или передней поверхности инструмента, а холодные концы выводят к гальванометру. О значении температуры судят по показаниям гальванометра, который регулирует величину термоэлектродвижущей силы (рис. 6.6).

1.2. Метод искусственной термопары – один изолированный проводник термопары выводится на заднюю или переднюю поверхность инструмента расклепывается. Вторым проводником является резец. Это упрощает схему измерения. Гальванометр подключают к изолированному проводнику термопары и холодному концу резца.

Рис. 6.71. Искусственная термопара

Рис. 6.72. Искусственная термопара с выводом проводника термопары на заднюю поверхность

Недостатки этих двух методов:

1. Измеряется не максимальная температура на контактных поверхностях, а более низкая, соответствующая месту нахождения спая термопары.

2. Спай термопары не всегда плотно прилегает к поверхности отверстия.

3. Резцы, оснащенные такими термопарами, допускают всего 1-3 переточки. Поэтому нельзя исследовать влияние условий резания на температуру резания.

1.3. Модификация данных методов заключается в том, что на резец накладывается твердосплавная пластинка, которую крепят механически или на передние поверхности резца делается выточка. В ней делают ряд отверстий, в них закладываются термопары. Этим способом можем получить температурное поле резца (рис. 6.8).

Рис. 6.73. Модификация искусственной термопары

1.4. Конструкция бегущей термопары (Резников А.Н.) позволяет одновременно измерить температуры на контактных площадках «резец – стружка» и «резец – заготовка».

Рис. 6.74. Бегущая термопара

Резец перерезает защитную трубку и проводники термопары образуют горячие спаи двух искусственных термопар. Контакты К₁- К₂, К₃-К₄ выводятся на соответствующие гальвонометры.

Метод естественной термопары был предложен в 1925 г. Готвейном (Германия) и Гербертом (Англия) – независимо (рис. 6.10).

Проводниками термопары являются инструмент, деталь, спаем – место контакта инструмента с изделием и стружкой . Для повышения точности измерения инструмент и деталь изолируются. В зоне контакта возникает ТЭДС. К изделию подводится щетка F из материала детали (чтобы избежать паразитной ТЭДС).

Для расшифровки полученных показаний гальванометра проводится тарирование термопары резец – деталь. В ванну с расплавленным алюминий (или свинцом, или оловом) или в печь помещается отградуированная термопара (рис. 6.11).

Рис. 6.75. Метод естественной термопары

Рис. 6.76. Тарирование термопары ( - гальванометр естественной термопары (стружка – резец), - гальванометр оттарированный термопары (медь - константан).

По результатам опыта строится тарировочный график (рис. 6.12):

Рис. 6.77. Тарировочный график

Недостаток метода: естественная термопара дает одну осредненную температуру в зоне контакта стружки с резцом и резца с изделием. Эта температура близка к максимальному значению. Для простых инструментов (резец): . Но чем сложнее инструмент, тем осреднение больше.

Естественная термопара не может быть использована для построения температурного поля.

2. Другие методы измерения температуры:

2.1. Калориметрический – определяют среднюю температуру стружки. Метод применяют при скоростном резании. Стружка собирается в специальный калориметр с водой. Начальная температура воды и температура смеси – вода + стружка – известна, и вес стружки, ее теплоемкость.

2.2. Цветовые побежалости – определяется по цветам побежалости – прост, но дает значительную погрешность, т.к. определяется температура окисленной поверхности стружки. При применении смазочно-охлаждающих технологических средств цвета побежалости исчезают.

2.3. Метод термокрасок – малая точность, применяется при определении температуры на поверхностях инструмента. Термочувствительную краску наносят на поверхность инструмента – тепло изменяет цвет краски. Есть шкала красок «Цвет + температура», которая не дает возможность определять температуру на контактных поверхностях инструмента.

2.4. Под влиянием температуры в металлах происходят структурные превращения и изменяется микротвердость металла. Это явление используется в методе исследования температурного поля по изменению микротвердости и микроструктуры. С его помощью строятся изотермы на передней и задней поверхности инструмента.