Temat: Wpływ parametrów skrawania na temperaturę ostrza narzędzia.

WPROWADZENIE

POMIARY TEMPERATURY SKRAWANIA

W wyniku zamiany pracy skrawania na ciepło, wydzielane w różnych miejscach strefy

skrawania (różne źródła ciepła) i złożonych procesów jego wymiany w strefie skrawania powstaje pole temperatur. Ponieważ w strefie skrawania pole to ma charakter stacjonarny (jest

stałe), to określając temperaturę w określonym punkcie ostrza można mieć wyobrażenie o

temperaturach w innych punktach ostrza. W tym znaczeniu można mówić o temperaturze

skrawania, określając jednocześnie punkt w którym dokonano pomiaru lub jaką metodą była

ona mierzona (niektóre metody pomiaru warunkują od razu rodzaj mierzonej temperatury np.

maksymalna lub średnia). Gdy nie wyjaśnia się bliżej o jaką temperaturę chodzi to przez temperaturę skrawania rozumiemy temperaturę maksymalną.

Termometria (pomiary temperatury) jest bardzo rozwiniętym działem metrologii technicznej,

opisuje bardzo dużo przyrządów i metod pomiaru temperatury jednak ze względu na specyfikę procesu skrawania mamy ograniczony ich wybór, gdyż ostrze skrawające osłonięte jest materiałem obrabianym i spływającym z dużą prędkością po powierzchni natarcia gorącym wiórem.

Metody pomiaru temperatury skrawania

Obecnie, przy pomiarach temperatury podczas skrawania, wykorzystuje się szereg zjawisk

fizycznych, przy czym najczęściej wykorzystuje się zjawisko termoelektryczności. Wśród

metod pomiaru temperatury skrawania nie wykorzystujących zjawiska termoelektrycznego

można wyróżnić próby zastosowania wskaźników temperatury, które nie pozwalając na dokładny pomiar temperatury, umożliwiają stwierdzenie czy osiągnięto lub przekroczono określoną Wskaźnikiem temperatury skrawania może być np. barwa nalotowa wióra.

Z metod pomiaru temperatury, opartych o pomiar siły termoelektrycznej, najczęściej stosowane

są następujące metody:

1. obcego termoelementu,

2. półobcego termoelementu,

3. naturalnego termoelementu - jednonarzędziowa,

4. naturalnego termoelementu - dwunarzędziowa,

Metoda obcego termoelementu polega na wprowadzeniu do ostrza narzędzia, w uprzednio

wywiercony otwór, termoelementu ( rys.8.1.a). Przy zastosowaniu narzędzi z różnie rozmieszczonymi otworami możliwy jest pomiar temperatury w różnych miejscach części roboczej, a więc określenie pola temperatur. Przy zastosowaniu tej metody nie można zmierzyć temperatury maksymalnej, gdyż ze względu na spływający wiór nie można wyprowadzić gorącego spojenia na powierzchnię natarcia. Chcąc zmierzyć temperatury zbliżone do maksymalnej, doprowadzamy gorące spojenie termoelementu (termopary) jak najbliżej powierzchni natarcia (minimalna uzyskiwana praktycznie odległość jest rzędu 0,5 [mm]. Zbliżenie się z gorącym spojeniem do powierzchni natarcia ogranicza żywotność ostrza, ze względu na zmniejszenie liczby możliwych przeostrzeń (1 do 3 przeostrzeń). Czułość metody zależy od rodzaju zastosowanego termoelementu. Wyniki pomiarów obarczone są błędem wynikającym z wpływu otworu na pole temperatur narzędzia.

Metoda półobcego termoelementu różni się tym od metody obcego termoelementu, że

jednym z materiałów termoelementu jest materiał samego narzędzia (rys.8.1.b). Cienki drut

konstantowy wprowadzony w otwór o średnicy ok. 1 mm jest następnie otworem o średnicy

ok. 0.4 [mm] wyprowadzony na powierzchnię natarcia lub przyłożenia i na niej zaklepany.

Zaletą tej metody w stosunku do poprzedniej jest łatwiejsza zmiana miejsca zaklepania drutu,

a tym samym możność wykonania pomiarów pola temperatur na powierzchniach narzędzia. Z

tych samych względów co poprzednio, nie można zmierzyć temperatury maksymalnej. Wzorcowanie termoelementu półobcego jest trudniejsze niż termoelementu obcego.

Metoda naturalnego termoelementu - jednonarzędziowa. W tym przypadku termoelement

stanowią narzędzie oraz przedmiot obrabiany. Gorącym spojeniem termoelementu natu-

ralnego jest powierzchnia styku narzędzia z przedmiotem obrabianym i wiórem. W obszarze

styku istnieje gradient temperatury, który sprawia, że całe gorące spojenie może być uważane

za zbiór elementarnych gorących spojeń o różnych temperaturach. Miernik wskazuje zatem

pewną wypadkową wartość siły termoelektrycznej odpowiadającą temperaturze zawartej pomiędzy θmax i θmin w obszarze styku narzędzia z materiałem. Metoda pomiaru jest prosta i

praktycznie wymaga tylko izolowania noża od imaka nożowego (rys.8.2.a).

Metoda termoelementu naturalnego wnosi błędy w ocenie temperatury spowodowane różniącymi się warunkami wzorcowania i pracy termoelementu naturalnego. Pomiar temperatury przeprowadza się w warunkach wzajemnego ruchu i tarcia w miejscu gorącego spojenia, a wzorcowanie odbywa się przy zetknięciu tych samych materiałów w stanie spoczynku. Utrudnieniem, w stosowaniu metody jednonarzędziowego termoelementu naturalnego, jest konieczność każdorazowego wzorcowania przy zmianie gatunku lub stanu materiału obrabianego,względnie materiału narzędzia. Najczęściej metoda ta stosowana jest do pomiarów porównawczych.

Metoda naturalnego termoelementu - dwunarzędziowa eliminuje konieczność każdorazowego wzorcowania termoelementu przy zmianie materiału obrabianego. Termoelementem w tej metodzie są dwa noże, identyczne co do kształtu (rys.8.2.b), ale z ostrzami z różnych materiałów (najczęściej stal szybkotnąca, oraz węgliki spiekane). Obydwa noże skrawają w identycznych warunkach, a zatem rodzaj materiału środkowej części termoelementu (materiał obrabiany) nie wpływa na wartość powstałej siły termoelektrycznej. Metoda wprowadza pewne błędy pomiaru, spowodowane nieznaczną różnicą temperatur gorących spojeń, wynikającą z różnych współczynników tarcia i przewodnictwa cieplnego obu, różniących się materiałem, ostrzy noży. Przy stosowaniu narzędzi z płytkami z węglików spiekanych, należy zwrócić uwagę na możliwość powstania dodatkowych błędów spowodowanych przez termoogniwo wytwarzające się w miejscu spojenia płytki z materiałem narzędzia (trzonka).

Temperatura skrawania

- w warstwie skrawanej: temperatura skrawania osiąga znaczne wartości. Rozkład temperatur w wiórze jest nierównomierny.

- w nożu: od maksymalnej temp. ostrza zależą własności skrawne narzędzi, ponieważ każdy z materiałów charakteryzyje się pewną krytyczną temperaturą, której przekroczenie prowadzi do nagłej całkowitej utraty zdolności skrawnych.

Wpływ paramertów skrawania na temperaturę skrawania:

- wpływ prędkości skrawania: prędkość v wywiera największy wpływ na wzrost temperatury; wraz ze wzrostem v wzrasta temperatura skrawania.

- wpływ posuwu: posuw wywiera nieco mniejszy wpływ na temperaturę; wraz z jego wzrostem wzrasta temperatura.

- wpływ głębokości skrawania: głębokość skrawania wywiera najmniejszy wpływ; wraz z jej wzrostem temperatura nieznacznie rośnie. Wynika to ze zmieniającego się wraz z głębokości czynnego udziału krawędzi ostrza.

Wpływ geometrii ostrza na temperaturę skrawania:

Największy wpływ podczas toczenia stali wywierają:

- kąt przystawienia : ze zmniejszeniem wzrasta udział krawędzi ostrza w skrawaniu, polepszają się warunki wymiany ciepła, temperatura skrawania maleje.

- kąt natarcia o : ze wzrostem o maleją opory i praca skrawania, zmniejsza się wydzielanie ciepła, maleje temperatura skrawania.

- promień zaokrąglenia ostrza: zwiększenie promienia zaokrąglenia powoduje zmniejszenie tak więc temperatura spada przy wzroście promienia zaokrąglenia.

---