Temperatura w strefie skrawania

Autor mechanika-obrobka.pl


Napisane 2017-10-09 22:24:48


Temperatura w strefie skrawania

Temperatura w strefie skrawania

Praktycznie cała moc skrawania podczas obróbki zostaje zamieniona na ciepło. Oznacza to, że w procesie skrawania wytwarzane jest ciepło o mocach nawet do kilku kW. Zjawiska cieplne w obszarze skrawania, a zwłaszcza rozpływ ciepła i rozkład temperatur na ostrzu i przedmiocie obrabianym, istotnie wpływają na trwałość narzędzia, czyli na koszt i wydajność obróbki oraz na dokładność wymiarowo-kształtową i chropowatość powierzchni. Bardzo wysokie temperatury powstałe w procesie skrawania są jedną z wad koniecznych i problemów obróbki skrawaniem.

Bilans cieplny powstający w strefie skrawania przedstawiana poniższy rysunek:

bilans cieplny podczas skrawania
Bilans cieplny w strefie skrawania

bilans w strefie skrawania wzory

Jednym z decydujących parametrów wpływających na temperaturę powstająca podczas procesu skrawania jest prędkość skrawania. Wpływ prędkości skrawania na kierunek odprowadzania ciepła podczas obróbki przedstawia poniższa zależność:

wpływ prędkości skrawania na odprowadzane ciepło
Wpływ prędkości skrawania na odprowadzane ciepło

Jak widać na powyższym rysunku wraz ze wzrostem prędkości skrawania coraz większą część powstającej temperatury z strefy skrawania odbiera wiór. Przy bardzo dużych prędkościach skrawania wiór w prawie stu procentach jest odpowiedzialny za odprowadzanie ciepła z strefy skrawania. Bardzo duży wpływ na wartość temperatury powstałej podczas obróbki ma również zastosowane chłodziwo. Jednak nigdy jego zastosowanie nie odbierze nam powstałej temperatury w stu procentach – warto o tym pamiętać.

Innymi czynnikami mającymi wpływ na temperaturę są: prędkość posuwu, geometria narzędzia (zastosowanej płytki), kąt natarcia i przyłożenia, materiał jaki obrabiamy, głębokość skrawania i inne. Każdy z wymienionych może mieć w zależności od rodzaju obróbki większy lub mniejszy wpływ na powstałą temperaturę. 

Pomiar temperatury w strefie skrawania

Metod pomiaru temperatury w strefie skrawania jest kilka, najważniejsze i najczęściej używane w praktyce to:

  • metody termoelektryczne
    •    termoelementu naturalnego (jednonarzędziowa lub dwunarzędziowa),
    •    ostrza składanego,
    •    termoelementu wkładanego (obcego lub półobcego),
    •    termoelementu przecinanego (obcego lub półobcego),
  • metody fotoelektryczne – wykorzystują promieniowanie cieplne badanego obszaru ciała, np. pirometry wykorzystywane do metody bezdotykowej. Wadą jest mała dokładność, ponieważ emisyjność powierzchni w trakcie obróbki się zmienia ponadto wymogiem zastosowania tej metody jest pusta przestrzeń pomiędzy czujnikiem a badanym elementem. W przypadku obróbki powstający wiór może zakłócać przeprowadzone pomiary. Wykorzystuje się też np. kamery termowizyjne, które wykorzystują zjawisko promieniowania podczerwonego, ale podczas ich wykorzystania należy odpowiednio ustawić temperaturę otoczenia, odniesienia i inne dane.

pirometr
Pirometr

  • metody kalorymetryczne  badanie efektów strukturalnych (zastosowanie wyłącznie w pomiarach bilansu cieplnego w procesie skrawania)

Najbardziej popularną jest metoda termoelementu obcego. Polega na wprowadzeniu do możliwie małego otworu w narzędziu termopary, najczęściej typu K, której przewody izoluje się względem siebie oraz od materiału narzędzia. Dno otworu powinno być możliwie blisko powierzchni, którą chcemy badać. Zaletą metody jest stosowanie znormalizowanego termoelementu, dzięki czemu nie musimy wzorcować przyrządu przed pracą. Wadą jest pewna odległość termoelementu od krawędzi skrawającej i błędy wynikające z wprowadzenia do układu elementów o innej przewodności cieplnej.

Termopara to element obwodu elektrycznego składający się z dwóch różnych przewodników, wykorzystują prawo Seebecka zachodzące na ich styku. Mogą mieć różne typy (składać się z różnych rodzajów metali), które decydując o ich właściwościach takich jak zakres pomiarowy czy czułość pomiaru.

Zjawisko Seebecka polega na powstanie siły termoelektrycznej w zamkniętym obwodzie składającym się z dwóch różnych metali lub półprzewodników, o ile miejsca styku tych metali znajdują się w różnych temperaturach.

schemat termopary
Schemat obwodu termopary

Termopara typu "K" NiCr-NiAl, Nikiel - chrom - nikiel - aluminium. Zakres badanej temperatury od -200 stopni do 1300 stopni. Czułość 42 mikrowoltów/stopień Celsjusza. Badania można przeprowadzić metodą prądową za pomocą miliwoltomierza lub bezprądową (kompensacyjną) za pomocą potencjometru. 

termopara typu k
Termoparatypu „k”