磨削温度

磨削热的产生与传散•磨削热来源于磨削功率的消耗。•磨削能量的分配：•磨削加工的比能非常高，这些能量除了极少部分消耗于新生面所需的表面能、残留于表层和磨屑中的应变能和使磨屑流走的动能外，绝大部分消耗在加热工件、砂轮和磨屑及辐射散逸。•全部的磨削比能包括成屑能、耕犁能和滑擦能：•从热传递角度考虑，砂轮磨钝平面和工件界面间生成的几乎所有滑擦能量都作为热传给了工件。耕犁只只促成了工件材料变形而没有材料去除，故几乎所有的耕犁能都传给了工件材料。•右图为热传导方向和工件表面层下温度分布的等温线。磨削热的产生与传散•图为平面磨削在工件速度和磨削深度变化时，磨削热量的分配情况（干磨）。•随工件速度的提高，工件、砂轮、切屑之间带走热量的比例基本不变，而切削深度发生变化时，三者比例则有所变化。•工件、砂轮、切屑之间带走热量的比例还受其热导系数的影响，如使用金刚石砂轮时，由于金刚石具有优良的导热性能，因而导入砂轮的热量比例较大，而加工一些导热性较差的材料时，导入工件的热量比例就会下降。磨削热的产生与传散•普通磨削磨削比能为20-60J/mm3，切割磨削磨削比能则为10-30J/mm3。普通磨削时产生热量较大，切割磨削时，由于磨屑厚度较大，耗于磨屑形成的比能较小，传到工件上的热量就相应减少了。磨削时的热传散•切割磨削的热集中在砂轮的前方，在接触处温度最高，如果切入进给速度选择不当，将会有大量的热传入工件，进给速度太低时，磨削热向工件深处传热的速度将超过砂轮的切入速度，工件温度会迅速提高。进给速度适当时，大部分预热的材料将会迅速切去，可以避免向工件内部传递，此为切割磨削可以取很高的切除率而工件不烧伤的原因。热模型热模型磨削时由于切削深度较小，接触弧长也很小。所以可以将它视为带状热源在半无限体表面上移动来考虑。这就是J.C.Jaeger解法的前提。图为干磨削的例子。ww（a）磨削区面热源（b）运动的面热源坐标系统•理论研究用的热源模型常采用矩形热源，但从磨削区的切削和摩擦情况看，磨粒上所受的力，由切入处向切出处逐渐增大，故有些讨论也常采用右下角所示的三角形热源模型。热模型•(1)工件的平均温升θw•(2)接触面温度θ、θm•(3)磨粒切刃温度θg•(4)切屑温度θc•通常情况下，θw约为几十摄氏度，θ可达数百摄氏度，θg则可超过1000℃.磨削温度的分类和意义•将砂轮和工件的接触区作为一个热源，其流入工件的热量Qw使工件整体上升的温度称为工件的平均温升θw。这一温度主要影响工件的尺寸和形状精度。工件的平均温升θw接触面温度θ、θm•砂轮与工件的接触弧部分的表面温度称为接触面温度或磨削区温度。它又分为平均温度θ和最高温度θm。接触面温度与工件的烧伤、裂纹和变质层有密切关系。磨粒切刃温度θg•磨粒与切屑或工件接触的微小部分的温度称为磨粒切刃温度。它对于切刃的热损伤、磨粒的磨损和破裂有重要的影响。切屑温度θc•切屑被排除时瞬间的平均温度称为切屑温度。通常切屑在空气中氧化产生火花飞散现象，在这一过程中切屑温度变化较大。我们把切屑形成并从工件分离时瞬间的温度作为切屑温度来考虑。磨削温度的测量•热电偶测量法•⑴测温试件结构（夹式和顶式）•均为在两试件本体间夹入热电偶丝材或箔材，热电偶丝与本体间由绝缘材料相隔，开合方式均采用环氧树脂黏结。•①夹式测温•用于测量磨削表面温度，可以连续磨削测量。如果把它装得与磨削件同样高度而一起磨削，就可以方便地测量出磨削温度随磨削过程（时间）的变化情况。夹式测温试件的结构•结构(a)、(b)、(c)的对合面上双边或单边刻出半圆槽。(a)、(b)夹入漆包康铜丝或套有玻璃管的裸丝康铜丝。(c)一槽夹入套有玻璃管的镍铬丝，另一槽夹入套有玻璃管的镍铝丝。(d)夹入的是厚0.35mm、宽2~6mm的康铜箔片，绝缘采用厚度不大于0.02mm的云母片。•前两种结构，沿试件长、宽方向均可以磨削。沿长度方向磨削时，胶层对试件正常热传导作用影响较小。后两种结构，磨削方向只能沿长度方向，而此时试件的热传导情况与整体磨削件的热传导情况有较大不同。夹式测温试件的结构•夹式测温试件一经磨削，由于切削过程中的塑性变形及高的磨削温度的作用，试件本体与热电偶丝或箔片在顶部相互搭接或焊在一起形成热电偶结点。制作夹式测温试件时，应严格控制试件本体与热电偶丝间尽可能小的间隔，这是保证每次磨削中可靠地形成并保持热电偶结点和稳定输出磨削热电势的关键。•由漆包层绝缘的夹式试件宜用于湿磨测温，玻璃管、云母片绝缘的宜用于湿磨或干磨测温。夹式测温顶式测温试件结构•②顶式测温试件结构•试件本体上钻一个或几个台阶孔，孔径根据工艺可尽量小些。热电偶丝端头打磨成尖形，并绕出一小段成螺旋弹簧状，套以适当粗细的绝缘套管，装入台阶中。端头顶到孔底，并使弹簧部分受到一定压缩，最后在空口用室温固化硅橡胶粘封。•热电偶丝端头与孔底接触之处就是半自然热电偶的结点。在磨削过程中，孔与顶面的距离在改变，因而每次磨削所输出的热电势反映磨削表面下不同深度处的温度。磨削后孔与顶面的距离可根据试件本体高度h的改变量来确定。•理论上，当孔底刚好磨穿时的热电势反映的温度是磨削表面的温度。顶式测温试件结构两种测温试件的缺陷•两种测温试件有共同缺陷，都破坏了试件整体性，造成传热有异于实体件的传热情况，影响测得温度的真实性。夹式试件所形成的热电偶结点总是有一定厚度，绝缘层的破坏总是有一定深度，所以它反映的不是真正的表面温度，顶式试件在顶丝即将磨透时，顶部金属很薄、刚性差，也影响磨削温度的真实性。热电偶测温法—外圆磨削测温•由康铜丝与试件组成热电偶，试件与热电偶之间用软橡皮绝缘，热电偶冷端接入集流器上，通过电刷将热电势引出，经放大器放大后进行记录。由于磨削集中在工件表面上，温度梯度非常大，如果热电偶的热端的尺寸为1mm的话，则热端两侧所感测到的温度可能相差数百度，因此，它不可能读出基本点的温度，只能测出工件内某一区域内的平均温度。•用板弹簧将热电偶材料压入小孔底部，使其保持与孔底的良好接触，这样热电偶材料与工件形成半人工热电偶，在磨削温度作用下，热电偶产生感应热电势，将热电势放大，记录测量的结果。热电偶测温法—平面磨削测温热电偶嵌在槽中，热接端焊牢于被测部位，连接焊点的热电偶丝沿等温线压在试样中，磨削时一层层磨下去，热接端的位置就从离表面较远的部位逐渐向表面接近，分别测得的温度即为离表面不同深度的温度。热电偶的标定•在高温硅碳棒管状电炉中进行。待标定的电热偶10由工件材料和康铜丝3组成。康铜丝夹在两块材料相同的钢板4之间，用两片薄的云母片2作为绝缘层，尾部用瓷管隔开。为保证标定精度，将补偿导线7、8浸在水槽中，以降低并保持冷端温度，待标定的热电偶10与标准热电偶12的端部尽量靠近，两者同置于管式炉中。所需标定的温度由温度自动控制器13加以控制。红外辐射测温法•主要依据•温度由热流组成，热是一种能量，它构成物质基本粒子的功能。温度表示这些粒子骚动程度，骚动越大，产生的电磁场的波动也越大，即温度越高，由辐射发出的能量也越大，这就是红外测温的主要依据。红外辐射测温原理•磨削区的高温使工件上开着的测量底孔部相应发热，产生较强的红外辐射，红外信号通过放大后送入光线示波器或其他记录仪记录。红外辐射测温装置的标定•采用相对标定法，因为它比较简单，其方法是对被测试件用标准热电偶及红外测温装置同时进行测量，从而得到温度与辐射强度之间的对应关系。