ИНСТРУМЕНТ С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРУЮЩЕГО ВЫГЛАЖИВАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для контроля температуры поверхностного слоя в контактной зоне очага деформации при отделочно-упрочняющей обработке деталей методом интенсивной пластической деформацией выглаживанием.
При наноструктурировании поверхностных слоев конструкционных материалов требуются точные измерения температуры, позволяющие определять предельные параметры режимов обработки и управлять процессом для обеспечения высокого качества и сдвиговой устойчивости обрабатываемой поверхности деталей.
Известны инструменты со встроенной системой контроля режимов выглаживания (патент на полезную модель №120385) и с оптоэлектронным датчиком виброперемещений индентора (патент на полезную модель №97671).
Указанные инструменты не обеспечивают измерение температуры.
Измерительные преобразователи (датчики или сенсоры) позволяют с высокой точностью получать информацию о контролируемых параметрах. В современной промышленности наиболее распространенными являются различные температурные датчики, которыми осуществляют бесконтактное и контактное (на основе металлических термопар) измерение температуры в зоне контакта индентора инструмента и поверхностного слоя заготовки.
Поиск и анализ информации по данной тематике (по доступному фонду патентной и научно-технической литературы) позволил отобрать технические решения, касающиеся способов и конструкций инструментов с измерительными устройствами, позволяющими регистрировать температуру в процессе обработки (а.с. №1185116 «Устройство для измерения температуры резания»; а.с. №89287 «Устройство для измерения температуры при резании»; патент №2445588 «Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла»; а.с. №461316 «Устройство для измерения температуры шлифуемой поверхности в зоне ее контакта со шлифовальным кругом»; патент №2314187 «Устройство для измерения температур при круглом шлифовании деталей»). Указанные технические решения касаются лезвийной и абразивной обработки. Подобных инструментов и способов, применяющихся при обработке поверхностной пластической деформацией - выглаживанием - не обнаружено.
При наноструктурирующей обработке поверхностей деталей на токарно-фрезерных центрах измерение температуры необходимо производить непосредственно в контактной зоне, что исключает применение дистанционных датчиков температуры.
Наиболее близким по совпадающим признакам является выглаживатель, содержащий корпус, в котором установлен стержень с закрепленным рабочим элементом - алмазом (Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М., «Машиностроение», 1972 стр.81, рис.526).
Выглаживатель не содержит устройства для измерения температуры. Для регистрации изменения температуры в контактной зоне и назначения требуемых параметров режима обработки поверхности заготовок в интервале сдвиговой устойчивости поверхностного слоя, предлагается инструмент с системой контроля температуры поверхностного слоя в контактной зоне очага деформации при наноструктурирующем выглаживании, содержащий корпус, стержень и рабочий элемент. В корпусе, выполненном с цанговым зажимом, установлена втулка со встроенной термопарой и рабочим элементом из сверхтвердого материала с высокой теплопроводностью. Втулка выполнена из теплоизоляционного материала с низкой теплопроводностью, в стержне выполнен канал для шлейфа термопары.
*0
*0
2
2
3
На фиг.1 изображен инструмент с системой контроля температуры поверхностного слоя в контактной зоне очага деформации при наноструктурирующем выглаживании, состоящий из рабочего элемента 1 из сверхтвердого материала с высокой теплопроводностью, втулки 2 из теплоизоляционного материала с низкой теплопроводностью, термопары 3, корпуса с цанговым зажимом 4, стержня 5 с каналом 6, в котором расположен шлейф 7 термопары 3. Шлейф 7 соединен с внешним интерфейсом 8, подключенным к компьютеру 9. Втулка 2 выполнена из теплоизоляционного материала с низкой теплопроводностью 1,2…2,7 Вт/МК, например из композиционных материалов на основе диоксида циркония (Теплопроводность монокристаллических твердых растворов ZrO - YO в интервале температур 50-300К. Попов П.А., Соломенник В.Д., Ломонова Е.Е., Борик М.А., Мызина В.А. Физика твердого тела, 2012, том 54, вып.3, стр.615). Рабочий элемент, имеющий массу не более 0,5 гр, выполнен из сверхтвердого материала с высокой теплопроводностью 200…600 Вт/МК, например из поликристаллического кубического нитрида бора (Твердость и прочность высокочистых поликристаллических материалов кубического нитрида бора. Петруша И.А. Смирнова Т.И., Осипов А.С., Стратийчук Д.А., Шишонок Н.А.). При условии теплоизоляции рабочего элемента от окружающей среды в нем устанавливается температура, равная температуре поверхности заготовки в контактной зоне в течение 1-2 секунд.
Выполнение втулки и рабочего элемента из разных материалов с существенно различной теплопроводностью обеспечивает в установившемся режиме равенство температуры термопары и температуры в зоне контакта.
Работает инструмент для контроля температуры в контактной зоне очага деформации поверхностного слоя при наноструктурирующем выглаживании следующим образом. Рабочий элемент 1 помещают во втулке 2 со встроенной термопарой 3. Втулку устанавливают в корпус 4 с цанговым зажимом, заворачивают на стержень 5. Выполнение корпуса с цанговым зажимом обеспечивает надежное закрепление рабочего элемента и возможность быстрой замены его после изнашивания.
Шлейф 7 термопары 3 подключают к компьютеру 9 через интерфейс 8. Инструмент подводят к рабочей поверхности заготовки, включают подачу и регистрируют изменение температуры.
Применение предлагаемого инструмента для контроля температуры в контактной зоне очага деформации поверхностного слоя при наноструктурирующем выглаживании обеспечивает регистрацию изменения температуры в контактной зоне и назначения требуемых параметров режима обработки поверхности заготовок в интервале сдвиговой устойчивости поверхностного слоя.