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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。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 切削温度测量方法

  1. 热电偶法
    当两种不同材质组成的材料副(如切削加工中的刀具—工件)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(即热电偶)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,热电偶法又可细分为以下几种:

    对目前常用的切削温度测量方法进行了综合评述,介绍了各种测温方法的基本原理、优缺点及适用范围。

    E——物体辐射单元单位面积的辐射能量(W/m2)
    e——物体辐射单元表面辐射率(取决于物体表面性质)
    s——斯蒂芬—波尔兹曼常数(s=5.76×10-8W/m2·K4)
    T——物体辐射单元的表面温度(K)
    切削时,红外热像仪通过光机扫描机构探测工件(或刀具)表面辐射单元的辐射能量,并将每个辐射单元的辐射能量转换为电子视频信号,通过对信号进行处理,以可见①只能测量600℃以上的温度;②样件制作相当繁琐;③属事后破坏性测量,不便于在生产现场推广应用;④所确定的切削温度分布状态属于定量分析;⑤设备复杂,技术难度高,实际应用受到一定限制。
    其它方法
    除上述切削温度测量方法外,常见的测温方法还有显微硬度分析法、量热法、涂色法等。显微硬度分析法是将刀具、工件和切屑在不同温度下呈现不同硬度的基本原理进行逆向应用,根据材料受热后的显微硬度间接测知其切削温度。量热法是将受热后的刀具、切屑或工件浸入水中并测定水温的升高,根据水的温升计算刀具、切屑或工件的温度。这种方法常用于测定金属切削过程中进入刀具、切屑或工件的热量百分比。另一方法是将刀具沿切屑流出方向对称剖开,在剖面上涂上可在一定温度下熔解的微细金属粉末,然后将刀具合拢固定进行切削,切削完后再将刀具分离开,通过观察微细粉末熔化区域来确定刀具内部切削温度的分布情况。
    此外,还可用涂色法确定切削温度,但该方法测量精度较低。
    3 结语
    综上所述,各种测量切削温度的方法各有其优缺点和不同的适用范围。因此,在实际应用中应根据具体情况选用最适当的切削温度测试方法。此外,为了在生产现场对切削温度进行更精确、更方便、更及时的测量,还需要对切削温度测量方法作进一步深入研究和改进完善。

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