Методика измерения импульсных температур при круглом шлифовании

УДК 536.5:621.923

Д.П. САЛОВА, Е.А. ТЕРЕНТЬЕВ, П.М. САЛОВ МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ТЕМПЕРАТУР ПРИ КРУГЛОМ ШЛИФОВАНИИ

Ключевые слова: измерение, температура, шлифование, термопара.

Приведены методика измерения импульсной температуры при круглом шлифовании, конструкция устройства, позволяющего производить измерения импульсной температуры, принципиальная схема усилителя сигналов, снимаемых с термопары на устройство по измерению импульсной температуры. Даны описание тарировки данного устройства и методика обработки результатов измерений.

D.P. SALOVA, E.A. TERENT’EV, P.M. SALOV THE DETERMINATION OF IMPULSE TEMPERATURE DURING CIRCULE GRINDING

Key words: measuring, temperature, polish, termopair

The determination of impulse temperature during circule grinding is important, but rather hard task.

In the article there is a method for measuring it.

Процесс шлифования характеризуется высокими импульсными температурами, которые влияют на точность и качество деталей. Температурное поле шлифуемой детали принято складывать из постоянной и переменной составляющих. Для квазиустановившегося режима постоянная составляющая характеризуется температурным полем, распределенным по всей обрабатываемой детали. Переменная составляющая действует непосредственно в зоне контакта и характеризуется наложением температурных полей от отдельных источников тепла. Максимальные температуры на детали возникают от наложения постоянной составляющей и ряда тепловых импульсов, поочередно подогревающих поверхность. Тепловые импульсы создаются за счет контакта выступов микропрофиля круга с обрабатываемой поверхностью.

Определение импульсных температур при круглом шлифовании связано со значительными трудностями, обусловленными в первую очередь тем, что круг и заготовка вращаются, зона резания труднодоступна, очень высокая скорость нарастания импульсов, а также неизвестными законами распределения амплитуд импульсов как по абсолютной величине, так и по кратковременности воздействия на обрабатываемую поверхность.

Конструкция измерительного устройства должна обладать незначительной тепловой инерционностью, а токосъемное устройство не должно искажать действительной величины термоэдс.

Принципиальная схема установки (рис. 1) включает спецприспособление 2, служащее для закрепления шлифуемых образцов с термопарой, и токосъемного устройства 1, передающего термоэдс на электронный осциллограф 3, усилитель 4.

Рис. 1 Принципиальная схема установки

Токосъемник и спецприспособление расположены на оправке 1 установки (рис. 2). Токосъемник состоит из корпуса-ванны 3, выполненного из органического стекла, двух дисков-контактов 2, к которым припаяны провода от электродов термопары, и контактов 12, соединенных с электронным осциллографом.

Рис. 2. Сборочная схема измерительного прибора

В качестве токопроводящей жидкости использована ртуть 11. Ванна выполнена из двух частей, которые соединяются болтами 13. Войлочные уплотнения 4 уменьшают окисление ртути и исключают попадание ее паров в окружающий воздух. Проводники 6 от электродов термопары проходят через отверстия изолирующих втулок 5 и припаиваются к дискам-контактам.

На резьбовую часть оправки навинчивают сменные приспособления. Вариант I применяют для исследования температуры при внутреннем шлифовании, а вариант II - при наружном шлифовании.

Диаметры d и D образцов 7, а также их длину Ь выбирают в соответствии с размерами обрабатываемого изделия. В приспособлении варианта I образцы закрепляют при помощи втулки 8 и четырех винтов 9, в варианте II образцы зажимают гайками 10.

Измерять температуру при шлифовании целесообразно полуискусственной термопарой, головка которой представляет собой микроспай электродов, образующихся во время резания. Одним из электродов является константановая проволока 16 диаметром 0,05 или 0,1 мм, другим - обрабатываемое кольцо 7.

Проволоку изолируют тонкими слюдяными прокладками 17 толщиной до 0,05 мм и защемляют в торцовом пазу одного из колец. Паз должен быть таких размеров, чтобы при защемлении проволоки между кольцами создавался минимальный зазор. Для удобства сборки термоблока и большей надежности закрепления проволоки-электрода прокладки приклеивают друг к другу и к кольцу. Один свободный конец проволоки, находящийся со стороны обрабатываемой поверхности, срезают, другой - припаивают к проводнику токосъемника и изолируют хлорвиниловой трубкой 14. Проводник 15 токосъемника припаивают непосредственно к кольцу-электроду в зоне, удаленной от шлифуемой поверхности.

При шлифовании проволока - электрод замыкается с обрабатываемым кольцом через стружку и образуется микроспай. Тепловая инерционность полученной термопары меньше, чем у термопар, которые образованы другими способами (например, путем искусственного сваривания электродов), и дает наиболее достоверные результаты.

Длительность тепловых импульсов зависит от режимов обработки и составляет 0,5-30 мкс, поэтому в качестве измерительного прибора необходимо применять электронный осциллограф, связанный с данным измерительным прибором через специальный усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 3. Для регистрации термоэдс рекомендуется использовать ждущую развертку.

Схема установки собрана на микросхеме 1КУТ401 (рис. 3). Значение выходного сигнала усилителя (рис. 3) зависит от коэффициента усиления микросхемы ивых = Кивх, где К = Л2/Ль С помощью резистора Л3=3,3к устанавливают сигнал нулевого уровня в момент, когда ивх =0. Резистор и конденсатор на выходе «5» микросхемы служат для фильтрации выходного сигнала.

Выходной сигнал термопар имеет импульсный характер. Для повышения точности измерения регистрирующие системы целесообразно калибровать импульсными эталонными напряжениями. Длительность калибрующего им-

пульса должна соответствовать длительности регистрирующего сигнала термопары, которая определяется экспериментально.

В качестве источника калибрующих импульсов можно рекомендовать импульсный генератор, рабочая характеристика которого наиболее приемлема для калибровки регистрирующих систем по измерению контактных температур в зоне резания.

Калибровка измерительно-регистрирующих систем уменьшает погрешности регистрации выходных сигналов термопар, так как в импульсном режиме рассмотренные системы регистрации в соответствии с рабочими характеристиками составляющих приборов имеют погрешность регистрации до 15%, а после калибровки генератором - до 2%.

При эльборовом внутреннем шлифовании сталей уровень запуска осциллографа для измерения импульсной температуры устанавливался в 300°С.

При диаметре проволочки термопары 0,05 мм длительность воздействия тепловых импульсов т составляла от 1 до 16 мкс, при этом большая часть импульсов составляла 1-6 мкс. Из чего следует, что при скорости перемещения теплового источника 22 м/с протяженность горячего спая термопары и протяженность воздействия теплового источника в сумме в большинстве случаев составляют 1^ = 22-(1...б)= 22...132 мкм. При диаметре проволочки 0,1 мм большая часть импульсов действовала 1,5-9 мкс и суммарная протяженность 1 ^ = 33...198 мкм. Разница между суммарными протяженностями составляет

66 мкм, а разница в диаметрах термопар 50 мкм. Исходя из этого, можно предполагать, что большая часть зафиксированных импульсов вызывается абразивными зернами, проходящими по и вблизи горячего спая термопар.

С увеличением зернистости кругов длительность тепловых импульсов возрастает, но не существенно. Это естественно, так как в большинстве ситуаций контактная площадка на зерне меньше размера термопары. Так, например, для зернистости Л8 в большинстве случаев т =1-6 мкс, для Л25 - т =5-15 мкс.

Интенсификация режимов обработки способствует увеличению т . При вибрациях т =6-16 мкс. При появлении засалки т резко увеличивается - до 100 мкс и более, при этом значение импульсных температур фиксируется незначительным. Засалка быстро разрушает горячий спай термопары.

Электрокорундовые круги 25А-25-С1 после правки обеспечивают т от 2,5 до 40 мкс. Отсутствие СОЖ способствует увеличению т и температуры шлифования.

Существенной разницы в длительности импульсов при шлифовании закаленных сталей 30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 45 и незакаленной стали 45 не выявлено.

Эксплуатация показала, что токосъемное устройство может надежно и продолжительно работать при скоростях вращения до 1000 об/мин.

Следует заметить, что далеко не всегда наблюдается закономерность -большая длительность импульса соответствует большей импульсной температуре. Это связано с тем, что по термопаре проходит лишь малая часть источников тепла. Некоторые источники проходят вблизи термопары. Часть из них в состоянии запустить запись на осциллографе, а другие с некоторым

опозданием дать дополнительный подогрев термопары. В этом случае осциллограф фиксирует длительный импульс с 2 и более максимумами.

Наличие на записанном импульсе 2 и более максимумов может указывать на наличие на абразивном зерне нескольких контактных площадок или воздействием источников тепла, проходящих рядом с термопарой.

Стабильность полуискусственной термопары, как показывают исследования, во многом зависит от тщательности заделки электрода в пазу и толщины изолирующих слюдяных прокладок. Если толщина прокладок больше рекомендуемых (0,03-0,05 мм), то микроспай термопары не всегда образуется стабильно и часто разрушается.

Установлено, что погрешность измерения максимальных контактных температур на электронном осциллографе с фиксированием термоэдс на высокочувствительном приборе составляла ±10%. Такой точности определения температуры шлифования достаточно для отыскания оптимальных режимов шлифования и разработки практических рекомендаций.

САЛОВА ДИНА ПЕТРОВНА. См. с. 107.

ТЕРЕНТЬЕВ ЕВГЕНИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ родился в 1975 г. Окончил Чувашский государственный университет. Старший преподаватель кафедры металлорежущих станков и инструментов Чувашского университета. Область научных интересов - металлообработка и измерительная техника. Автор 5 научных публикаций.

САЛОВ ПЕТР МИХАЙЛОВИЧ. См. с. 108.