Измерение температуры резания методом естественной термопары

На рис.3 представлена схема измерения температуры резания методом естественной термопары.

Рис. 3 Схема измерения температуры резания методом естественной термопары

Метод естественной термопары или, как его ещё называют, метод естественно образующейся термопары применяется для измерения средней температуры контактных поверхностей инструмента и заготовки. Эту температуру часто называют температурой резания.

Проводниками термопары в данном случае являются заготовки 1 и резец (режущая пластина) 2, которые изолированы от станка с помощью прокладок 5 из диэлектрика. Горячим спаем термопары является скользящий контакт резца с заготовкой и стружкой. Холодные спаи – торцы заготовки и резца. Возникшая, при резании между заготовкой и резцом, ТЭДС измеряется при помощи элетроизмерительного прибора милливольтметра 4. Цепь замыкается при помощи присоединительных проводов 6 и токосъёмника 3, который замыкает электрическую цепь с вращающейся заготовкой.

Для повышения точности измерения температуры необходимо уменьшить или исключить влияние паразитных термопар в замкнутой цепи. Так, при нагреве токосъёмника 3 за счёт трения в скользящем контакте в нём возникает паразитная ТЭДС. Для уменьшения трения в токосъёмнике его неподвижный контакт выполнен в виде заострённого стержня, соприкасающегося с серединой торца вращающегося изолированного от станка диска.

Между режущей пластиной и державкой резца 2 за счёт прогрева места их контакта при резании также возможно возникновения паразитной ТЭДС.

Однако, при кратковременном резании в эксперименте (4-5 с.) влияние паразитной термопары несущественно. При более продолжительном резании паразитную ТЭДС в резце можно уменьшить за счёт увеличения размеров режущей пластины или за счёт применения заострённого щупа, изготовленного из того же материала, что и режущая пластина. Причём, во избежание прогрева щупа контакт его с режущей пластиной следует производить только в момент измерения сигнала ТЭДС [A].

Тарирование термопары. Тарирование и проверку стандартных термопар осуществляют или по постоянным точкам затвердевания химически чистых веществ, или путём слияния с образцовым прибором. Тарирование графики некоторых стандартных термопар представлен на рис. 4 [В].

200 400 600 800 1000 1200 1400

Рис.4 Зависимость ТЭДС от температуры: 1- платинородий – платина; 2 – хромель – алюмель; 3 – платинородий – платина – золото – палладий; 4 – медь – констан; 6 – медь – копель; 7 – железо – копель; 8 – хромель – копель.

Из рис.4 следует, что зависимости ТЭДС от температуры для стандартных термопар являются практически линейными (отклонение от линейности пренебрежимо мало и составляет менее 2 % в широком диапазоне температур 0-1000 , что находится в пределах допустимой погрешности измерения температуры резания).

Большое влияние на ТЭДС естественной термопары оказывает химический состав и наличие примесей в обрабатываемом и инструментальном материалах. Так, допускаемые изменения химического состава в конструкционных сталях колеблются в очень широком диапазоне – 20 % и более по каждому легирующему элементу. Поэтому при смене заготовки и режущего инструмента естественную термопару необходимо заново тарировать. А это является технически трудновыполнимой задачей. В связи с этим, а также с целью повышения точности, тарирование естественной термопары целесообразно выполнять непосредственно в процессе резания. Для этого воспользуемся связью наростообразования и стружкообразования с температурой резания. Известно, что при точении конструкционных сталей на передней поверхности резца образуется нарост [1,3].

Однако при температуре нарост исчезает, что сказывается на виде стружки. При увеличении скорости резания V стружка постепенно становится сливной, приобретает синий цвет, а прирезцовая поверхность стружки переходит от матовой (с задирами) к гладкой, блестящей.

Таким образом, косвенно по виду стружки можно определить режим, соответствующий температуре при точении сталей с относительно толстыми срезами острым резцом. Так определяют одну точку на тарированном графике. А затем, предполагая, что зависимость ТЭДС от температуры является линейной (см. рис. 4), проводим прямую линию через точку и начало координат, получая линейной тарировочный график.

Цель работы. Доказать возможность тарирования естественной термопары в процессе резания на основании зависимости наростообразования и стружкообразования от температуры.

Планирование эксперимента. Для определения режима, соответствующего температуре 600 проводим серию опытов со ступенчато увеличивающейся скоростью резания . Каждый опыт продолжается 4 –5 с.

После резания производится наблюдение за прирезцовой поверхностью стружки, её цветом и видом. Примерный план предварительного эксперимента приведён в табл. 2.

План предварительного эксперимента

Таблица 2

№ опыта	t,	S,	n,	, м/мин	Вид стружки	Примечание
	1,5	0,3			Матовая, суставчатая	Обрабатываемый материал – Сталь 45 Инструментальный материал – Т15К6 Диаметр заготовки D =…
	1,5	0,3			Матовая, суставчатая
	1,5	0,3			Матовая, суставчатая
n	1,5	0,3	n		Блестящая, сливная

План эксперимента по тарированию естественной термопары

Таблица 3