切削温度测量方法综述（二）

HEATS

　　2.光、热辐射法

0 m3 ^& c0 A- t, e

　　采用光、热辐射法测量切削温度的原理是刀具、切屑和工件材料受热时都会产生一定强度的光、热辐射，且辐射强度随温度升高而加大，因此可通过测量光、热辐射的能量间接测定切削温度。

8 s! }; u$ a( w0 C- R/ l1 t

　　(1)辐射高温计法

) D' K; W B" v

　　使用红外辐射高温计可测定刀具或工件表面的温度分布。红外探测器将接收的红外线转换为电信号，经线性化处理后即可获得相应的温度值。但采用红外辐射高温计只限于测量刀具或工件外表面的温度。

　　(2)红外照相法

$ q2 {4 T, j% N. R+ E' ~! e

　　采用红外照相法的车削温度测量装置安装于车床横溜板的机座板上，使刀具、照相机相对于工件排成一线；照相机配有专门的红外辐射聚焦调节装置；刀夹可使照相机镜头尽可能接近工件表面；为避免切屑溅射的影响，照相机镜头用有机玻璃罩子罩住，镜头与工件表面之间设计了挡屑板，透过板上的小孔可对刀具和工件表面摄影(采用高温红外胶卷)。测量温度前，首先用热电偶进行定标校准，即热电偶由电加热并在不同温度下照相，所需曝光时间通过预试验确定，显影后的胶卷用显微光密度计读数，得到高温红外胶卷在不同曝光时间下光密度与温度的对应关系。根据此对应关系，可以确定切削过程中工件或刀具的温度。用红外照相法测定的切削温度可用于研究切削温度的分布情况。

# {9 P# A& h4 O

　　(3)红外热像仪法

$ Y/ m z, K# l

　　红外热像仪的基本工作原理是利用了斯蒂芬—波尔兹曼定律，即

* G4 A5 }5 k) R( | ; V' C. D4 Y% _# V. E9 C) A3 A

　　E=εσT4

0 E4 f) Y! @( A! T0 A1 I . X) n/ x' ?7 v% }9 a5 }+ C3 l

　　式中：E为物体辐射单元单位面积的辐射能量(W/m2)；ε为物体辐射单元表面辐射率(取决于物体表面性质)；σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数(σ=5.76×10 -8W/m2·K4)；T为物体辐射单元的表面温度(K)。

! u( S+ |2 \$ G" ^9 U5 Q* U

　　切削时，红外热像仪通过光机扫描机构探测工件(或刀具)表面辐射单元的辐射能量，并将每个辐射单元的辐射能量转换为电子视频信号，通过对信号进行处理，以可见图像的形式进行显示，显示的热像图代表被测表面的二维辐射能量场，若辐射单元的表面辐射率已知，则可通过斯蒂芬—波尔兹曼定律求出辐射单元表面的温度分布场及动态变化。虽然红外热像仪所测温度为相对温度，滞后于实际切削温度，但根据传热反求算法可准确求得切削过程中工件(或刀具)的温度变化规律及动态分布。红外热像仪测温法具有直观、简便、可远距离非接触监测等优点，在恶劣环境下测量物体表面温度时具有较大优越性。

. T7 E0 g( B7 F( K: J

　　此外，测量切削温度的光、热辐射方法还有红外干板法、红外聚光法、PbS光能电池法、高速切削双色高温计测量法等。

+ A1 O8 F# S/ c0 J! s {! B: F) h o0 X0 {2 p! _" T8 i6 Y4 X

　　3.金相结构法

0 y: i8 i: T1 S- ?1 U& Y& u4 J

　　(1)金相结构法

/ d& f1 t; Z( g+ | - v6 e' }; x* A. ^

　　金相结构法是基于金属材料在高温下会发生相应的金相结构变化这一原理进行测温的。该方法通过观察刀具或工件切削前后金相组织的变化来判定切削温度的变化，主要适用于高速钢刀具，因为当温度超过600℃时，高速钢的红硬性下降，组织结构发生一系列变化，可通过经抛光、腐蚀后的金相磨片来检查其金相组织变化。但这种方法的应用范围局限于金属材料制成的刀具，并且只有在高温下才能观察到材料明显的组织结构变化；此外，观测和分析的工作量也较大。

　　(2)扫描电镜法

1 c$ P% G0 R5 n

　　扫描电镜法测量切削温度是用扫描电镜观测刀具预定剖面显微组织的变化，并与标准试样对照，从而确定刀具切削过程中所达到的温度值。应用扫描电镜法首先需要制取样件和对照样件，考虑到在不同温度和不同保温时间条件下材料的显微组织不同，对照样件需要多制取一些；得到对照样件的显微组织照片后即可确定被测刀具某一部位的切削温度。扫描电镜法测定切削温度的分辨率和确定温度分布的准确性均很高。但扫描电镜法也存在以下缺点：①只能测量600℃以上的温度；②样件制作相当繁琐；③属事后破坏性测量，不便于在生产现场推广应用；④所确定的切削温度分布状态属于定量分析；⑤设备复杂，技术难度高，实际应用受到一定限制。

8 N4 X0 N0 G$ L( W9 f+ k% c8 ]: ` 5 y4 ~4 H0 o0 y7 v

　　4.其它方法

　　除上述切削温度测量方法外，常见的测温方法还有显微硬度分析法、量热法、涂色法等。

　　(1)显微硬度分析法是将刀具、工件和切屑在不同温度下呈现不同硬度的基本原理进行逆向应用，根据材料受热后的显微硬度间接测知其切削温度。

% q* A7 y' T5 x1 N( V

　　(2)量热法是将受热后的刀具、切屑或工件浸入水中并测定水温的升高，根据水的温升计算刀具、切屑或工件的温度。这种方法常用于测定金属切削过程中进入刀具、切屑或工件的热量百分比。

# o2 J# t/ s E5 F2 C* s 4 g5 A- ]; b- C' @6 A* w2 u

　　(3)另一方法是将刀具沿切屑流出方向对称剖开，在剖面上涂上可在一定温度下熔解的微细金属粉末，然后将刀具合拢固定进行切削，切削完后再将刀具分离开，通过观察微细粉末熔化区域来确定刀具内部切削温度的分布情况。

' `+ G: ]8 j3 B / S/ p6 k$ Q p* u3 O# t9 v

　　此外，还可用涂色法确定切削温度，但该方法测量精度较低。

　　三、结语

% G% ^7 ^ b) e" p4 N6 ]; D4 a

　　综上所述，各种测量切削温度的方法各有其优缺点和不同的适用范围。因此，在实际应用中应根据具体情况选用最适当的切削温度测试方法。此外，为了在生产现场对切削温度进行更精确、更方便、更及时的测量，还需要对切削温度测量方法作进一步深入研究和改进完善。 J# _ }! V- S! p3 R1 z+ w

" f) |' |, m0 l! K- d9 t3 j7 A + u1 S' F4 i4 G# @3 ^