ТЕМПЕРАТУРА РЕЗАНИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Под температурой резания понимают среднюю температуру на контактных площадках режущего инструмента. Она характеризует уровень нагрева режущего инструмента и в значительной степени влияет на износ инструмента по передней и задней поверхностям. Наиболее просто температуру резания можно определить экспериментально - путем измерения.

Способы измерения температуры резания условно делят на прямые и косвенные. К прямым способам относят измерения с помощью различного типа термопар, а к косвенным способам - оценку температуры:

по цветам побежалости стружки;

с помощью термокрасок, меняющих цвет в зависимости от температуры;

путем измерения инфракрасного излучения наружной поверхности стружки фотоэлектрическими датчиками и радиационными пирометрами;

путем измерения микротвердости зоны термических превращений в режущем инструменте, происходящих под воздействием высоких температур.

Косвенные способы измерения температуры имеют низкую точность, поэтому на практике чаще всего применяют прямые способы измерения и, в частности, искусственные, полуискусственные и естественные термопары.

Величина термо-ЭДС, возникающая в термопаре от нагрева, мала и ее обычно регистрируют милливольтметром или записывают на осциллографе. В качестве электродов термопары можно использовать практически любые материалы, отличающиеся химическим составом или физическими свойствами. Так, например, стандартные термопары изготавливают из специальных высокочувствительных сплавов на основе меди: «хромель-алюмель», «хромель-копель» и др. Хорошей чувствительностью к температуре обладает также термопара «железо-константан».

Для измерения температуры в различных точках инструмента используют искусственные термопары в виде тонких проводов, которые устанавливают в отверстие диаметром 0,5...0,7 мм с максимально возможным (0,2...0,5 мм) приближением «горячего» спая к точке измерения (рис. 5.5, а). При этом спай прижимают с усилием не менее 50 Н, а провода пары надежно изолируют друг от друга и от корпуса инструмента.

Обеспечить надежное прижатие термопары удается не всегда, и поэтому часто применяют полуискусственную термопару (рис. 5.5, б). В последней один электрод пары приваривают к поверхности инструмента в точке, где требуется измерить температуру, а вторым электродом является сам инструмент. Перед использованием искусственной термопары ее тарируют (градуируют) с помощью стандартной контрольной термопары (рис. 5.6).

Искусственные и полуискусственные термопары не позволяют измерять температуру непосредственно на контактных поверхностях инструмента, где она значительно выше из-за концентрации теплоты в тончайших поверхностных слоях и высокого градиента температуры. Поэтому температура, регистрируемая с помощью таких термопар, оказывается значительно меньше фактической и ее необходимо уточнять методом экстраполяции.

Рис. 5.5. Термопары для измерения температуры резания:

а - искусственная; б - полуискусственная; в - естественная

В экспериментах по измерению температуры резания и изучению влияния на нее режимов резания широко применяют естественную термопару, в которой в качестве электродов выступает пара «инструмент-заготовка» (см. рис. 5.5, в). При этом по сравнению с термопарой «быстрорежущая сталь - обрабатываемая сталь» более чувствительной из-за своего химического состава и других свойств является термопара «твердый сплав-обрабатываемая сталь».

Естественную термопару получают следующим образом (см. рис.5.5, в). Резец и заготовку изолируют от станка, один провод регистрирующего прибора присоединяют к инструменту, а второй - к заготовке. В случаях, когда заготовка вращается, используют токосъемник специальной конструкции (на рисунке не показан), не вносящий искажения в показания термопары. Рабочим спаем естественной термопары являются площадки контакта инструмента с заготовкой по передней и задней поверхностям.

Следует отметить, что способом естественной термопары измеряют не максимальную, а некоторую усредненную температуру на контактных площадках инструмента, которая, однако, достаточно близка к максимальной температуре.

Рис. 5.6. Тарировка рабочей термопары с помощью контрольной термопары: 1 - рабочая термопара; 2 - контрольная термопара; 3 - расплавленная соль или легкоплавкий металла

Перед использованием естественной термопары ее также тарируют с помощью контрольной термопары 2 (рис.5.6). Для этого электроды 7 рабочей термопары, изготовленные в виде стержней из материалов инструмента и заготовки, помещают в расплавленный легкоплавкий металл (например, свинец) или в расплав солей 3. При этом если в качестве легкоплавкого металла используют свинец, то из-за хорошей проводимости такого расплава концы электродов тарируемой термопары не сваривают.