切削温度测量方法概述

热工测量仪表作业

切削温度测量方法概述

Summary of Cutting Temperature Measurement

Methods

作者姓名： 王 韬 专 业： 冶金工程 学 号： 20101360 指导老师： 张 华

东北大学

Northeastern university

2013年6月

切削温度测量方法概述

王韬 东北大学

摘要：高速切削加工现已成为当代先进制造技术的重要组成部分,切削热与切削温度是高速切削技术研究的重要内容。本文根据国内外高速切削温度测量方法的研究现状，对目前常用的切削温度测量方法进行了分类和比较，主要包括接触式测温、非接触式测温和其他测量方法三种，详细介绍了热电偶法、光辐射法、热辐射法、金相结构法等几种常用切削测温方法的基本原理、优缺点、适用范围及发展状况；介绍了几种新型高速切削温度测量方法。最后对各种测量方法作了比较，探讨了切削温度实验测量方法研究的发展方向。 关键词: 切削温度，测量方法，发展状况

Summary of Cutting Temperature Measurement Methods

Wang Tao

Northeastern university

Abstract: High-speed machining has become an important part of the contemporary advanced manufacturing technology. Cutting heat and cutting temperature is the important content of high speed cutting technology research. This paper gives the background to the measurement of metal cutting temperatures and a review of the practicality of the various methods of measuring cutting temperature while machining metals. Classify the cutting temperature measurement methods, mainly including non-contact temperature measurement, non-contact temperature test of other three kinds of measurement methods; Introduced the thermocouple method, radiation method, radiation method and metallographic structure of the basic principle of several kinds of commonly used cutting temperature measurement method, the advantages and disadvantages, applicable scope and the status of the development; Several new high-speed cutting temperature measurement methods are introduced. Finally discusses the development direction of cutting temperature experiment measurement method research for a variety of measurement methods. Keywords: metal cutting, cutting temperature, measurement method

I

目录

摘要 ............................................................................................................................................ I 1 引言 ................................................................................................................................. - 1 - 2接触式测量方法 ................................................................................................................ - 1 - 2.1 自然热电偶法 ............................................................................................................ - 1 - 2.2 人工热电偶法 ............................................................................................................ - 2 - 2.3 半人工热电偶法 ........................................................................................................ - 3 - 3 非接触式测温 ................................................................................................................... - 4 - 3.1 红外辐射法红外 ........................................................................................................ - 4 - 3.2 增强 CCD 相机法 ..................................................................................................... - 5 - 3.3 红外—光学法 ............................................................................................................ - 5 - 3.4 金相结构法 .............................................................................................................. - 6 - 4 其他切削温度测量方法 ................................................................................................... - 6 - 5 切削测温技术发展方向 ................................................................................................... - 7 - 6 总结 ................................................................................................................................... - 7 - 参考文献 ............................................................................................................................... - 8 -

II

1 引言

在机械制造业中,虽然已发展出各种不同的零件成型工艺,但目前仍有90%以上的机械零件是通过切削加工制成。在切削过程中,机床作功转换为等量的切削热,这些切削热除少量逸散到周围介质中以外,其余均传入刀具、切屑和工件中,刀具、工件和机床温升将加速刀具磨损,引起工件热变形,严重时甚至引起机床热变形。

因此,在进行切削理论研究、刀具切削性能试验及被加工材料加工性能试验等研究时,对切削温度的测量非常重要。测量切削温度时,既可测定切削区域的平均温度,也可测量出切屑、刀具和工件中的温度分布。已有的高速切削温度测量方法，可以归纳为接触式测温、非接触式测温和其他测量方法三种。常用的切削温度测量方法主要有热电偶法、光辐射法、热辐射法、金相结构法等。

2接触式测量方法

当两种不同材质组成的材料副接近并受热时，会因表层电子溢出而产生溢出电动势，并在材料副的接触界面间形成电位差(即热电势)。由于特定材料副在一定温升条件下形成的热电势是一定的，因此可根据热电势的大小来测定材料副的受热状态及温度变化情况。采用热电偶法的测温装置结构简单、测量方便，是目前较成熟也较常用的切削温度测量方法。根据不同的测量原理和用途，接触式测量方法又可细分为以下几种：

2.1 自然热电偶法

自然热电偶法的刀具和工件，组成自然热电偶的材料副，通过测量热电偶两端的热电势，确定切削区域的温度。自然热电偶法主要用于测定切削区域的平均温度。采用自然热电偶法的测温装置，如图1所示。

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图1 自然热电偶法测量切削温度示意图

它是利用刀具和工件分别作为自然热电偶的两极，组成闭合电路测量切削温度。刀具引出端用导线接入毫伏计的一极，工件引出端的导线通过起电刷作用的铜顶尖接入毫伏计的另一极。测温时，刀具与工件引出端应处于室温下，且刀具和工件应分别与机床绝缘。切削加工时，刀具与工件接触区产生的高温(热端)与刀具、工件各自引出端的室温(冷端)形成温差电势，切削温度越高，该电势值越大。切削温度与热电势毫伏值之间的对应关系可通过切削温度标定得到。根据切削实验中测出的热电势毫伏值，可在标定曲线上查出对应的温度值。

其存在的问题是：测得的是刀—工接触面的平均热电势，不太适合于精确测量切削区域的绝对温度，也不能捕捉瞬态的温度分布，在有积屑瘤时，测量结果不准确，要求刀具和工件都能导电，且受刀具和工件材料脆性和电阻率的限制；不适用于工件微熔状态时的温度测量；需要对刀具和工件精确标定，并会产生较大的噪音信号，当材料变换后，必须重新标定。

2.2 人工热电偶法

①夹丝热电偶法。在刀具或工件被测点处钻一个小孔(孔径越小越好，通常?<0·5mm)，孔中插入一对标准热电偶并使其与孔壁之间保持绝缘。切削时，热电偶接点感受出被测点温度，并通过串接在回路中的毫伏计测出电势值，然后参照热电偶标定曲线得出被测点的温度。

其优点是：可测量单点或多点温度，不需要对刀具材料进行标定，可用于刀具材料为绝缘体时的场合，线性度好，热电势较大。

存在的问题是：开小孔增加了工艺难度，不易获得刀刃位置的温度梯度，小

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