способ определения температуры в зоне шлифования
Классы МПК: | B24B49/14 с учетом температуры во время шлифования G01K7/02 с использованием термоэлектрических элементов, например термопар |
Автор(ы): | Хусаинов А.Ш. |
Патентообладатель(и): | Ульяновский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-02-27 публикация патента:
20.08.2002 |
Изобретение относится к механической обработке и может быть использовано при назначении режима шлифования заготовок. Способ включает измерение температуры на глубине в поверхностном слое, вычисление коэффициента затухания температурного поля в поверхностном слое и вычисление температуры поверхности, для чего приведены соответствующие зависимости. Использование способа ведет к повышению качества и производительности шлифования за счет повышения точности определения температуры поверхности заготовки. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ определения температуры в зоне шлифования, при котором измеряют температуру Тизм на глубине в поверхностном слое, затем вычисляют температуру поверхности, отличающийся тем, что сначала вычисляют коэффициент затухания температурного поля в поверхностном слое по формуле![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/2187422-5t.gif)
где f(Xu) - закон распределения плотности теплового потока в зоне шлифования;
Ре = V
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
Х=х/l - безразмерная координата точки;
Хu - переменная интегрирования;
Y=h/l - безразмерная глубина в поверхностном слое;
V - скорость теплового источника, равная скорости заготовки, м/с;
а - коэффициент температуропроводности материала заготовки, м2/с;
l - длина дуги контакта шлифовальный круг - заготовка, м;
х, h - реальные координаты точки, в которой фактически измеряется температура, в системе координат, связанной с началом теплового источника м,
а затем вычисляют температуру поверхности по формуле
Тпов = К
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к механической обработке и может быть использовано при назначении режима шлифования заготовок. Известен способ измерения температуры поверхности при шлифовании (см. авт. свид. СССР 773453, кл. G 01 К 7/02, 1988 г.), в котором температуру измеряют термопарой, электроды которой расположены на поверхности шлифуемой заготовки, а замыкание электродов осуществляется шлифовальным кругом. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе температура измеряется лишь на входе абразивного зерна в заготовку и только при плоском попутном однопроходном шлифовании. Кроме того, определить температуру удается лишь при прохождении через зону последовательно расположенных и относительно длинных электродов (по сравнению с длиной зоны шлифования), что позволяет определить лишь среднюю по шлифуемой поверхности заготовки температуру. Известен способ определения температуры в зоне шлифования (см. Ящерицын П. И. , Цокур А.К., Еременко М.Л. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1973. С. 49-51), в котором температуру измеряют полуискусственной термопарой, электрод которой расположен в стыке разрезанной заготовки. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе термопара измеряет температуру, относящуюся к точке спая, наиболее удаленной от теплового источника, т.е. нижней части спая (см. там же, с. 52). Температура поверхности шлифуемой заготовки остается неизвестной. Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ определения температуры в зоне шлифования (см. авт. свид. СССР 1421499, кл. В 24 В 1/00, 07.09.1988 г.), в котором измеряют температуру нагрева на некоторой глубине в поверхностном слое заготовки, а затем вычисляют искомую температуру по формуле, принятый за прототип:![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/2187422-2t.gif)
где T
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/8706.gif)
Т0 - начальная температура заготовки до действия на нее режущего зерна, oС;
а - коэффициент температуропроводности материала обрабатываемой заготовки, м2/с;
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187083/964.gif)
l - расстояние от места действия режущего зерна до рассматриваемой точки, м. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе точность определения температуры Тк зависит от расстояния l: чем меньше l, тем выше точность расчета. Но с уменьшением l начинает сказываться на точности самой величины l кривизна дуги контакта шлифовальный круг-заготовка. Кроме того, вышеупомянутая зависимость была получена на основе решения одномерной математической модели, что по своей сути уже снижает точность решения. К тому же она не учитывает размеров спая термопары (толщины термоэлектрода), с помощью которой измерена T
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/8706.gif)
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/2187422-3t.gif)
где f(Xu) - закон распределения плотности теплового потока в зоне шлифования;
Ре=V
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
Х=х/l - безразмерная координата точки;
Хu - переменная интегрирования;
Y=h/l - безразмерная глубина в поверхностном слое;
V - скорость теплового источника (скорость заготовки), м/с;
а - коэффициент температуропроводности материала заготовки, м2/с;
l - длина дуги контакта шлифовальный круг-заготовка, м;
х, h - реальные координаты (в системе координат, связанной с началом теплового источника) точки, в которой фактически измеряется температура, м,
а затем вычисляют температуру поверхности по формуле Тпов = К
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;
- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними. Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". На чертежах изображено:
на фиг.1 изображена схема закладки термоэлектрода и его изоляции от заготовки при сборке; на фиг.2 изображена схема образования спая термоэлектрода с металлом заготовки при шлифовании; на фиг.3 представлены зависимости температуры Т на глубине 15 мкм (термопара 1) и 65 мкм (термопара 2) при плоском встречном шлифовании от расстояния до начала теплового источника. Условия проведения эксперимента: круг 1 225х40х76 24А40НСМ17К5; материал заготовки - сталь 40Х, HRC 41...44; окружная скорость круга 28 м/с, скорость заготовки 5 м/мин, глубина шлифования 0,005 мм; охлаждение - полив 0,5%-ным содовым раствором с расходом 10 дм3/мин; длина дуги контакта заготовка-круг 1,06 мм. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата: термоэлектрод 3, защемленный между двумя частями заготовки 1 и изолированный пластинами 2 (см. фиг.1), шлифуют совместно с заготовкой со скоростью заготовки V3. При этом изолятор 2, выполненный из хрупкого материала (например, слюды), разрушается, а термоэлектрод 3, выполненный из вязкого материала, деформируется. Образуется спай. Температура, регистрируемая термопарой, относится к точке спая, расположенной на глубине h в поверхностном слое заготовки (см. фиг.2). Сигнал от термопары регистрируют на электронном осциллографе или с помощью аналого-цифрового преобразователя и компьютера записывают в файл. Зависимость температуры от времени
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187083/964.gif)
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187083/964.gif)
Вычисляют длину дуги контакта шлифовальный круг-заготовка: для плоского шлифования периферией круга l = (dk
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187422/2187422-4t.gif)
После этого вычисляют температуру поверхности шлифуемой заготовки по формуле Tпoв = К
![способ определения температуры в зоне шлифования, патент № 2187422](/images/patents/283/2187006/8226.gif)
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении, и может быть использовано при назначении режима шлифования заготовок;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".
Класс B24B49/14 с учетом температуры во время шлифования
Класс G01K7/02 с использованием термоэлектрических элементов, например термопар