RU2688862C1 - Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials - Google Patents

Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2688862C1
RU2688862C1 RU2018125094A RU2018125094A RU2688862C1 RU 2688862 C1 RU2688862 C1 RU 2688862C1 RU 2018125094 A RU2018125094 A RU 2018125094A RU 2018125094 A RU2018125094 A RU 2018125094A RU 2688862 C1 RU2688862 C1 RU 2688862C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
thermocouple
tool
contact temperature
materials
Prior art date
Application number
RU2018125094A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Сосрукович Хапачев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Priority to RU2018125094A priority Critical patent/RU2688862C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2688862C1 publication Critical patent/RU2688862C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/04—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured not forming one of the thermoelectric materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/58—Investigating machinability by cutting tools; Investigating the cutting ability of tools

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to measurement of temperature in cutting zone when using blade and diamond-abrasive tools. Disclosed is a method of determining contact temperature during mechanical processing of materials by an artificial thermocouple, consisting in continuous supply of the tool towards the thermocouple with simultaneous oscillography of its output voltage and determination of the approximating function of temperature distribution in the processed material. In process of cutting, tool feed is stopped when optimum distance between tool and thermocouple is achieved, and to determine contact temperature, the approximating function obtained at the stage of their approach is extrapolated on the section remaining to the cutting zone.EFFECT: possibility of determining actual value of contact temperature during mechanical processing of materials and evaluation of temperature value in cutting zone taking into account change in thermophysical properties of treated material from temperature.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения температуры в зоне резания при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов.The invention relates to the field of temperature measurement in the cutting zone when using blade and diamond-abrasive tools.

Известен способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах с помощью искусственной термопары (Хапачев Б.С. Способ определения контактной температуры и характера ее распределения в режущих инструментах. - Патент на изобретение РФ №2248537, G01K 7/04, G01N 3/58). Согласно известному способу, в процессе изнашивания инструмента периодически выполняют одновременные измерения расстояний от места перехода термоэлектродов в спай до рабочей поверхности кристалла и соответствующие этим расстояниям значения температуры с последующей аппроксимацией экспериментальных результатов функцией, впоследствии экстраполируемой до зоны резания.There is a method of determining the contact temperature and the nature of its distribution in cutting tools using an artificial thermocouple (Hapachev BS. The method for determining the contact temperature and the nature of its distribution in cutting tools. - Patent for the invention of the Russian Federation No. 22248537, G01K 7/04, G01N 3 / 58). According to a known method, in the process of tool wear, periodically simultaneous measurements of the distances from the transition point of the thermoelectrodes to the junction to the working surface of the crystal and the temperatures corresponding to these distances are performed with the subsequent approximation of the experimental results by a function subsequently extrapolated to the cutting zone.

Недостатком этого способа является невозможность его использования для экспериментального определения контактной температуры при обработке различных материалов инструментами из сверхтвердых материалов. По мере износа кристалла в нем накапливаются повреждения (появляются трещины на рабочей поверхности алмаза) под действием циклически изменяющихся и многократно действующих термических напряжений. Процесс накопления повреждений приводит к изменению физико-механических свойств кристаллов алмаза, в частности к постепенному снижению (по мере выработки ресурса работы инструмента) прочности на сжатие алмаза. Поэтому значения температуры, полученные на различных этапах износа алмаза, невозможно экстраполировать до зоны резания, поскольку на осциллограмме не наблюдается непрерывное возрастание температуры по мере приближения рабочей зоны (по мере износа кристалла) к спаю термопары.The disadvantage of this method is the impossibility of its use for the experimental determination of the contact temperature when processing various materials with tools from superhard materials. As the crystal is worn, damage accumulates in it (cracks appear on the working surface of the diamond) under the action of cyclically varying and repeatedly acting thermal stresses. The process of damage accumulation leads to a change in the physicomechanical properties of diamond crystals, in particular, to a gradual decrease (as the tool life develops) the compressive strength of the diamond. Therefore, the temperature values obtained at various stages of diamond wear cannot be extrapolated to the cutting zone, since the oscillogram does not show a continuous increase in temperature as the working zone approaches (as the crystal wears) to the thermocouple junction.

Известен также способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале с помощью искусственной термопары (Хапачев Б.С. Способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале. - Патент на изобретение РФ №2287787, G01K 7/04). Согласно известному способу, инструмент непрерывно подают до соприкосновения с термопарой, установленной в обрабатываемом материале, по осциллограмме определяют предварительную величину температурного поля, которую затем увеличивают на размер спая термопары, и аппроксимирующую характер распределения температуры в обрабатываемом материале функцию, а для определения температуры в зоне резания функцию экстраполируют от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай.There is also known a method for determining the magnitude of the temperature field, the temperature in the cutting zone and the nature of its distribution in the material being processed using an artificial thermocouple (Khapachev BS. The method for determining the magnitude of the temperature field, temperature in the cutting zone and the nature of its distribution in the material being processed. - Patent invention of the Russian Federation No. 22777787, G01K 7/04). According to a known method, the instrument is continuously fed before contact with the thermocouple installed in the material being processed, according to the oscillogram, a preliminary value of the temperature field is determined, which is then increased by the size of the thermocouple junction, and the function that approximates the temperature distribution in the material being processed the function is extrapolated from the point of contact of the instrument with the thermocouple to the point where the thermoelectrodes transition to the junction.

Реализация данного способа позволяет определить величину температурного поля и характер распределения температуры в обрабатываемом материале. Однако известный способ нельзя использовать для определения контактной температуры при механической обработке различных материалов, в том числе и природных камней. Известно, что для надежного контакта горячего спая термопары с поверхностью, температура которой измеряется, термопара должна быть плотно прижата к ней с усилием не менее 50Н (Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1985. - 304 с.). При непрерывной подаче инструмента до соприкосновения с термопарой, когда расстояние между инструментом (например, отрезным алмазным кругом) и термопарой уменьшается до незначительных величин (до 1…2 мм), образовавшаяся тонкая перегородка (разделяющая на последнем этапе резания инструмент и термопару) под действием силы, с которой термопара прижата к поверхности, разрушается. Это исключает возможность фиксирования температуры в момент соприкосновения инструмента с термопарой, т.е. определить контактную температуру в зоне резания.The implementation of this method allows to determine the magnitude of the temperature field and the nature of the temperature distribution in the material being processed. However, the known method cannot be used to determine the contact temperature during the machining of various materials, including natural stones. It is known that for reliable contact of the hot junction of the thermocouple with the surface, the temperature of which is measured, the thermocouple should be tightly pressed to it with a force of at least 50N (Granovsky GI, Granovsky VG Metal cutting: Textbook for the machine industry. And instrument. special universities. - M .: Higher School., 1985. - 304 S.). When the tool is continuously fed before contact with the thermocouple, when the distance between the tool (for example, cutting diamond wheel) and the thermocouple decreases to insignificant values (up to 1 ... 2 mm), a thin partition formed (separating the tool and thermocouple at the last stage of cutting) with which the thermocouple is pressed to the surface, is destroyed. This eliminates the possibility of fixing the temperature at the moment of contact of the instrument with the thermocouple, i.e. determine the contact temperature in the cutting zone.

Задачей изобретения является определение контактной температуры при механической обработке различных материалов лезвийными и алмазно-абразивными инструментами.The objective of the invention is to determine the contact temperature during the machining of various materials with blade and diamond-abrasive tools.

Технический результат достигается за счет того, что в процессе резания инструмент непрерывно подают навстречу термопаре, но не до соприкосновения с ней, а до максимального сближения с термопарой, исключающего разрушение тонкой перегородки между инструментом и термопарой, образующейся на последних этапах резания. При этом одновременно фиксируют значение температуры, которая возрастает по мере приближения зоны резания к термопаре, прижатой к поверхности обрабатываемого материала. Толщина тонкой перегородки, которая образовалась в процессе резания, должна быть такой, чтобы исключить разрушение этой перегородки от действия силы, с которой термопара прижата к поверхности. С другой стороны, необходимо обеспечить максимально возможное сближение инструмента и термопары, поскольку такое сближение позволяет получить осциллограмму и, после ее обработки, аппроксимирующую функцию, наиболее полно описывающую распределение температуры в обрабатываемом материале. Полученную таким способом аппроксимирующую функцию, описывающую распределение температуры на участке от начала резания до точки, отстоящей на незначительном расстоянии от термопары, впоследствии экстраполируют до зоны резания, и тем самым получают величину контактной температуры.The technical result is achieved due to the fact that during the cutting process the tool is continuously fed towards the thermocouple, but not to contact with it, but to the closest approach to the thermocouple, eliminating the destruction of the thin partition between the tool and the thermocouple formed in the last stages of cutting. At the same time, the temperature value is fixed, which increases as the cutting zone approaches the thermocouple pressed to the surface of the material being processed. The thickness of the thin partition, which was formed during the cutting process, should be such as to prevent the destruction of this partition from the action of the force with which the thermocouple is pressed to the surface. On the other hand, it is necessary to ensure that the instrument and the thermocouple approach as closely as possible, since such a convergence makes it possible to obtain an oscillogram and, after its processing, an approximating function that best describes the temperature distribution in the material being processed. The approximating function obtained in this way, which describes the temperature distribution in the area from the beginning of the cutting to the point at a slight distance from the thermocouple, is subsequently extrapolated to the cutting zone, and thus the value of the contact temperature is obtained.

На фиг. 1 представлена схема резания природного камня алмазным дисковым инструментом, а на фиг. 2 - характерная осциллограмма изменения температуры в камне до точки М (сплошная линия) и изменение температуры на участке от М до N (см. фиг. 1), полученное путем расчета предварительно полученной функции распределения температуры в обрабатываемом материале t=ae-bx (штриховая линия, участок MN2 (см. фиг. 2)).FIG. 1 shows a scheme for cutting natural stone with a diamond disc tool, and FIG. 2 is a characteristic oscillogram of the temperature change in the stone to the point M (solid line) and the temperature change in the area from M to N (see Fig. 1) obtained by calculating the previously obtained temperature distribution function in the material being processed t = ae -bx (dashed line plot MN 2 (see Fig. 2)).

При сближении алмазного круга 1 и термопары 2, прижатой к природному камню 3, начиная с какого-то момента времени, измерительный прибор будет фиксировать все возрастающую температуру до точки М. При этом в точке М, находящейся на незначительном расстоянии X от термопары 2, следует остановить подачу инструмента (см. фиг. 1). В предварительных экспериментах необходимо установить для каждого обрабатываемого материала величину X, соответствующую оптимальному сближению инструмента и термопары. Зная температуру в точке М (показание измерительного прибора) и величину X (расстояние между инструментом и термопарой), а также параметры функции распределения температуры в обрабатываемом материале (например, параметры а и b функции t=ae-bx), определяют контактную температуру при резании, экстраполируя аппроксимирующую функцию до точки N. Так, при следующих значениях температуры t=400°C в точке М, параметров а=400 и b=0,2 искомая температура в точке N будет:When the diamond wheel 1 and thermocouple 2, pressed against the natural stone 3, are approaching, starting from a certain moment of time, the measuring device will record the ever-increasing temperature to the point M. At the point M, which is at a small distance X from the thermocouple 2, stop the tool feed (see fig. 1). In preliminary experiments it is necessary to establish for each material being processed the value of X, corresponding to the optimal approach of the instrument and the thermocouple. Knowing the temperature at point M (meter reading) and the value of X (the distance between the instrument and the thermocouple), as well as the parameters of the temperature distribution function in the material being processed (for example, parameters a and b of the function t = ae -bx ), determine the contact temperature during cutting extrapolating the approximating function to point N. Thus, for the following temperatures t = 400 ° C at point M, parameters a = 400 and b = 0.2, the desired temperature at point N will be:

а) при Х=-1 мм t1=ae-bx=400*2,72-0,2*(-1)=488°С;a) at X = -1 mm t 1 = ae -bx = 400 * 2.72 -0.2 * (- 1) = 488 ° C;

б) при Х=-2 мм t2=596,8°C (знак «минус» в расчетах перед значениями X появляется, поскольку начало координатной системы X0t проходит через точку М, а точки N1 и N2 лежат левее ординаты этой системы (см. фиг. 2)).b) at X = -2 mm t 2 = 596.8 ° C (the minus sign in the calculations in front of the X values appears because the beginning of the X0t coordinate system passes through the point M, and the points N 1 and N 2 lie to the left of the ordinates of this system (see fig. 2)).

Результаты расчета показывают, что значения контактной температуры в зоне резания (t1=488°С, t2=596,8°C) существенно отличаются (при выбранных параметрах расчета) от показания измерительного прибора в точке М (t=400°C). Так, если термопара отстоит от зоны резания на 1 мм, относительная погрешность измерения температуры составляет 22%. С увеличением этого расстояния до 2 мм относительная погрешность измерения температуры возрастает более чем в 2 раза (49,2%).The calculation results show that the values of the contact temperature in the cutting zone (t 1 = 488 ° C, t 2 = 596.8 ° C) differ significantly (with the selected calculation parameters) from the meter reading at point M (t = 400 ° C) . So, if the thermocouple is 1 mm from the cutting zone, the relative error of temperature measurement is 22%. With an increase in this distance to 2 mm, the relative error in temperature measurement increases by more than 2 times (49.2%).

Технический результат предлагаемого способа состоит в том, что он позволяет определить действительное значение контактной температуры при механической обработке материалов и дает возможность оценить значение температуры в зоне резания с учетом изменения теплофизических свойств обрабатываемого материала от температуры.The technical result of the proposed method is that it allows you to determine the actual value of the contact temperature during machining of materials and makes it possible to estimate the value of temperature in the cutting zone, taking into account the change in thermophysical properties of the material being processed from temperature.

Определение температуры в зоне резания позволит в дальнейшем разработать пути ее снижения, а значит, и параметров теплонагружения инструментального материала. Реализация предлагаемого способа способствует разработке методов повышения стойкости и срока службы при использовании лезвийных и алмазно-абразивных инструментов, а следовательно, их конкурентоспособности.Determining the temperature in the cutting zone will further develop ways to reduce it, and hence the parameters of the heat load of the tool material. The implementation of the proposed method contributes to the development of methods to increase durability and service life when using blade and diamond-abrasive tools, and therefore their competitiveness.

Claims (1)

Способ определения контактной температуры при механической обработке материалов искусственной термопарой, заключающийся в непрерывной подаче инструмента навстречу термопаре с одновременным осциллографированием ее выходного напряжения и определением аппроксимирующей функции распределения температуры в обрабатываемом материале, отличающийся тем, что в процессе резания подачу инструмента прекращают при достижении оптимального расстояния между инструментом и термопарой, а для определения контактной температуры аппроксимирующую функцию, полученную на этапе их сближения, экстраполируют на оставшемся до зоны резания участке.Method for determining contact temperature during mechanical processing of materials with an artificial thermocouple, consisting in continuously supplying a tool towards a thermocouple with simultaneous oscillography of its output voltage and determining an approximating temperature distribution function in the material being processed, characterized in that during the cutting process the flow of the tool is stopped when the optimum distance between the tool is reached and a thermocouple, and to determine the contact temperature approximating Functions obtained in the stage of their convergence, to extrapolate on the remaining portion of the cutting zone.
RU2018125094A 2018-07-09 2018-07-09 Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials RU2688862C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125094A RU2688862C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125094A RU2688862C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688862C1 true RU2688862C1 (en) 2019-05-22

Family

ID=66636675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018125094A RU2688862C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688862C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU468108A1 (en) * 1972-08-30 1975-04-25 The method of determining the temperature of the grinded metal surface in the cutting zone of a sheared thermocouple consisting of a part and a thermoelectrode placed in the part to be ground
SU1185116A1 (en) * 1984-06-04 1985-10-15 Тольяттинский политехнический институт Device for measuring the temperature of cutting
RU2248537C1 (en) * 2003-05-30 2005-03-20 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Method of determination of contact temperature and nature of its distribution in cutting tools
RU2287787C1 (en) * 2005-04-12 2006-11-20 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Method of measuring value of temperature field, of temperature in area of cutting and character of its distribution in processed material
CN101694406B (en) * 2009-10-09 2011-05-04 南京林业大学 Device for testing cutting temperature of wood cutting tool
RU2589289C1 (en) * 2015-02-17 2016-07-10 Борис Сосрукович Хапачев Method of determining contact temperature using tools from superhard materials
US9518871B2 (en) * 2012-01-31 2016-12-13 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Method of measuring temperature in cutting process

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU468108A1 (en) * 1972-08-30 1975-04-25 The method of determining the temperature of the grinded metal surface in the cutting zone of a sheared thermocouple consisting of a part and a thermoelectrode placed in the part to be ground
SU1185116A1 (en) * 1984-06-04 1985-10-15 Тольяттинский политехнический институт Device for measuring the temperature of cutting
RU2248537C1 (en) * 2003-05-30 2005-03-20 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Method of determination of contact temperature and nature of its distribution in cutting tools
RU2287787C1 (en) * 2005-04-12 2006-11-20 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Method of measuring value of temperature field, of temperature in area of cutting and character of its distribution in processed material
CN101694406B (en) * 2009-10-09 2011-05-04 南京林业大学 Device for testing cutting temperature of wood cutting tool
US9518871B2 (en) * 2012-01-31 2016-12-13 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Method of measuring temperature in cutting process
RU2589289C1 (en) * 2015-02-17 2016-07-10 Борис Сосрукович Хапачев Method of determining contact temperature using tools from superhard materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Specific energy as an index to identify the critical failure mode transition depth in rock cutting
Kim et al. Heat flux distribution and energy partition in creep-feed grinding
Badger et al. Acoustic emission in dressing of grinding wheels: AE intensity, dressing energy, and quantification of dressing sharpness and increase in diamond wear-flat size
Guo et al. Analytical and experimental investigation of burnout in creep-feed grinding
Thanedar et al. Surface integrity investigation including grinding burns using barkhausen noise (BNA)
Choi Influence of rake angle on surface integrity and fatigue performance of machined surfaces
RU2688862C1 (en) Method of determining contact temperature during mechanical processing of materials
Sridharan et al. A functional approach to integrating grinding temperature modeling and Barkhausen noise analysis for prediction of surface integrity in bearing steels
Klocke et al. Influence of the dressing process on grinding wheel wear
Pombo et al. Experimental and numerical analysis of thermal phenomena in the wear of single point diamond dressing tools
Di Ilio et al. Characterization and modelling of the grinding process of metal matrix composites
Fritsche et al. Experimental investigation of the heat flux distribution in grinding of titanium alloy
Jermolajev et al. A new approach for the prediction of surface and subsurface properties after grinding
Gołąbczak et al. Assessment method of cutting ability of CBN grinding wheels
RU2287787C1 (en) Method of measuring value of temperature field, of temperature in area of cutting and character of its distribution in processed material
RU2589289C1 (en) Method of determining contact temperature using tools from superhard materials
Poklad et al. Surface-layer properties of turbine-blade tailpiece in deep grinding by highly porous wheels.
Sutowski Surface evaluation during the grinding process using acoustic emission signal
Molenda et al. Using thermovision for temperature measurements during turning process
Yadav et al. Effect of process parameters on surface roughness and MRR in cylindrical grinding using response surface method
Khapachev et al. The Determination of Contact Temperature during Mechanical Treatment of Materials
RU2278001C1 (en) Method for determining mean temperature and length values of contact areas of worked material with front and back faces of lathe cutter
RU2535250C2 (en) Method to identify critical temperature of cutting
Denkena et al. Temperature and energy partition for grinding of mixed oxide ceramics
Singh et al. Diamond tool wear measurement by profilometry method for ultra-precision machining of silicon