您好,上海自动化仪表三厂官方网站欢迎您!

官方微信|加入收藏|联系我们|

公司微信

上海自动化仪表三厂

全国咨询服务热线:

021-5672511502156413113

新闻资讯

联系我们

基于热电偶和红外传感器的金属切削温度分布测量

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-03-08

    在金属切削中,刀具切屑界面温度的大小是切削参数的函数。这个温度直接影响生产;因此,增加对切削温度作用的研究可以改进加工操作。在这项研究中,工具温度是通过同时测量K型热电偶和红外辐射(IR)高温计来测量工具芯片界面温度来估算的。由于加工过程的复杂性,为了获得一致的温度数据,需要集成不同的测量技术。通过ANSYS有限元方法比较热分析结果。在使用AISI 4140合金钢的工件材料的干加工中进行实验,所述工件材料通过感应工艺热处理至硬度为50HRC。在车削过程中使用PVD TiAlN-TiN涂层的WNVG 080404-IC907硬质合金刀片。结果表明,随着切削速度,进给速度和切削深度的增加,刀具温度升高;切割速度被认为是评估温度升高的最有效参数。刀具,刀具 - 刀具接口和工件的热分布为正交加工期间选定的切削参数的优化提供了有效和有用的数据。

    在金属切削过程中,切削刃上温度的大小是切削参数的函数。这个温度直接影响生产。加工过程中产生的热量会受到许多事件的影响,包括刀具寿命,切屑形成,表面质量,切削力等。刀具 - 切屑界面处会产生最大热量。因此,通过监控工具的切削温度可以提高机加工性。

    温度估算是金属切削操作中最困难和最复杂的过程之一。由于在工具和工件接触点发生的各种事件的复杂性,开发用于测量温度的模型是一个非常困难的过程。因此,由于接触现象的这种复杂性,准确和可重复的温度预测仍然是一个挑战。测量温度非常困难,因为该区域的热量非常接近切削刃。由于缺乏足够的实验数据,无法验证数学模型;然而,在加工操作中已经进行了许多尝试来测量温度。


    其中t是平均切削温度,V是切削速度,f是进给速率。

    温度测量技术包括使用嵌入式工具芯片对进行热偶耦合,测量红外辐射(高温计,红外摄影等)和使用热敏涂料,以及基于金属微观结构或显微硬度变化的金相学,测量回火颜色以及使用热像仪。每种技术都有其自身的优点和局限性,取决于物理测量。

    热电偶是用于测量加工温度的最广泛使用的实验方法之一。我们上海自动化仪表三厂的热电偶具有导电性,价格低廉,可以在很宽的温度范围内工作,并且可以轻松应用。然而,它们仅测量工具和工件的整个接触区域的平均温度。 Stephenson表示,基于这种使用热电偶的测量技术,平均电动势(emf)在工具 - 工件接口[8]中。 Grzesik [9]研究了使用涂层工具加工AISI 1045和AISI 304时,工具界面温度的影响。使用插入工件的标准K型热电偶来测量界面温度。在侧面上的摩擦对以大约200米/分钟的切割速度产生的热量有很大影响。在加工铝6082-T6时,Cotterm [10]测量了加工过的表面温度,其中两个热电偶插入到工件中。结果表明,切削速度的增加导致切削力和机加工表面温度的降低。温度的降低归因于更高的金属去除速率,导致更多的热量被芯片带走。

    Ay和Yang使用K型热电偶技术分析切割各种材料(如铜,铸铁,铝6061和AISI 1045钢)时硬质合金刀片的温度变化。他们观察到,切削刃附近位置处的温度振荡对于韧性材料来说更严格,对于硬加工材料来说则更少。 Yujing等人文献报道了通过应用半人造热电偶对Ti6Al4V铣削切削参数对切削温度影响的实验研究。分析结果表明,随着切削速度,进给速度,径向进给量,轴向进给量等切削参数的增加,刀具和工件温度呈现类似的上升趋势,并且其影响程度依次降低。克里希纳等人。研究了AI / SiCp复合材料正交加工中的温度预测。使用热电偶,进行实验以测量不同切削速度和切削深度沿切削刀具边缘的温度,同时保持进给速率恒定,同时使用K-20硬质合金切削刀具进行车削。对稳态传热进行了分析,并报告了切削刃,剪切区和界面区域的温度分布。

    除了热电偶,红外技术可能是第二种用于测量加工温度的常用方法。在红外技术中,人体的表面温度是根据其发出的热能来测量的。在这种技术中,测量来自工具,工件和芯片的辐射,以在这些区域的外表面上建立温度。辐射技术是基于其发射的热能来测量身体表面温度的非接触式方法。这种技术可能是最适合车削的,因为不存在与热源的直接接触,因此可以轻松捕捉高温。另一方面,由于芯片阻塞,很难测量刀具接口处的温度。 Lin等人使用红外高温计以600 m / min的切削速度测量硬质合金和陶瓷刀具的刀具芯片温度。 Dewes等人采用红外热像仪和热电偶技术测量加工H13硬化钢时的切屑温度。在一项比较通过钎焊和粘合工具的热流的研究中,Darwish等人使用了一台红外热像仪。 在正交切割测试中测量刀具芯片接口温度。 Young 使用红外摄像机测量AISI 1045钢正交切割时芯片背部的温度和界面温度。

    切削参数对刀具温度的影响已经在其他研究中得到了研究,例如1998年Chu和Wallbank的研究,在切削温度和切削参数之间建立了一定的关系,用于特定的切削速度和进给速度范围。建立了工件温度与切削参数之间的关系,结果表明,温度与切削速度和进给速度有很好的相关性,但对半径的影响不大。 Liang等人开发了一种三维反向热传导程序,该程序被提出用于定量确定干车削中的稳态刀具 - 切屑界面温度。在进给运动停止后,利用红外线方法测量瞬态冷却过程中刀片前刀面的温度。利用实验测得的温度数据,利用刀具三维热传导模型和优化方案求解刀具切屑界面上的有效热流量和车削过程中的界面温度。 Zgorniak和Grdulska采用IR测量技术测量了镁合金AZ91HP端铣操作过程中切削区的温度分布。总之,可以观察温度分布,甚至可以监测制造过程中产生的芯片温度;然而,加工温度的测量仍然是一个挑战,需要独特的解决方案。

    在这项研究中,选择使用最广泛的嵌入式K型热电偶和红外高温计来测量正交金属切削过程中的刀具和刀具切屑界面温度。观察切割速度,进料速率和切割深度对温度的影响。刀具,刀具接口和工件上的热量分布提供了关于所选切削参数优化的有用信息。


磁翻板液位计

金属管转子流量计

涡街流量计

压力变送器

雷达液位计

铠装热电偶

智能电磁流量计

孔板流量计