способ определения локальных значений плотности теплового потока 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:
20.02.2003 |
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при назначении режима шлифования заготовок. Способ включает измерение температуры заготовки на глубине поверхностного слоя и вычисление плотности теплового потока в зоне шлифования. Измерение температуры осуществляют в одном и том же сечении заготовки двумя или более перерезаемыми полуискусственными термопарами с различной в направлении вектора скорости заготовки толщиной термоэлектродов. Использование способа ведет к повышению качества и производительности шлифования. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Способ определения локального значения плотности теплового потока в зоне шлифования, включающий измерение температуры заготовки на глубине поверхностного слоя и вычисление плотности теплового потока в зоне шлифования, отличающийся тем, что измерение температуры осуществляют в одном и том же сечении заготовки двумя или более перерезаемыми полуискусственными термопарами с различной в направлении вектора скорости заготовки толщиной термоэлектродов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность теплового потока q при использовании двух термопар определяют по формуле![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198779/2198779-6t.gif)
где Т1, Т2 - температура, измеренная первой и второй полуискусственной перерезаемой термопарой соответственно, К;
h1 и h2 - толщина в направлении вектора скорости заготовки термоэлектрода первой и второй термопар соответственно, м;
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198084/955.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198002/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при назначении режима шлифования заготовок. Известен способ измерения плотности теплового потока при шлифовании (см. Ящерицын П. И., Цокур А.К., Еременко М.Л. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1973. С. 27-28; Попов С. А. , Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977. С. 128), в котором тепловой поток измеряют методом калориметрирования: дифференциальной термопарой измеряют перепад температуры![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198005/916.gif)
Q = C
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198002/8226.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198002/8226.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198005/916.gif)
а затем вычисляют плотность теплового потока в зоне шлифования по формуле
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198779/2198779-2t.gif)
где С - теплоемкость теплоносителя калориметра, Дж/(кг (К); m - масса израсходованного теплоносителя, кг; V3 - скорость заготовки, м/с; F - площадь шлифуемой поверхности заготовки, м2; D - диаметр шлифовального круга, м; t - глубина шлифования, м. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе измеряется лишь та часть теплового потока, которая была отведена от поверхностного слоя заготовки в нижележащие слои, а теплота, перешедшая в окружающую среду, не учитывается. Кроме того, способ не позволяет определить локальные значения плотности теплового потока и ее распределение по зоне шлифования. Известен способ измерения плотности теплового потока при шлифовании (см. Якимов А.В., Слободяник П.Т., Усов А.В. Теплофизика механической обработки. Киев: Лыбидь, 1991. С. 165), в котором измеряют касательную составляющую силы шлифования Pz, а затем определяют плотность теплового потока по формуле
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198779/2198779-3t.gif)
где
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198007/945.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198007/945.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198779/2198779-4t.gif)
где Т1, Т2 - температура, измеренная первой и второй полуискусственной перерезаемой термопарой соответственно, К; h1, h2 - толщина в направлении вектора скорости заготовки термоэлектрода первой и второй термопар соответственно, м;
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198084/955.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198002/8226.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 фиг.1 изображена схема плоского шлифования разрезной заготовки с заложенными в ней термопарами; на фиг.2 изображена схема расположения термоэлектродов на обрабатываемой поверхности заготовки (вид А на фиг.1); на фиг.3 и 4 изображены разрезы Б-Б и В-В соответственно по термоэлектродам 4 и 5 на фиг. 2; на фиг. 5 представлены зависимости температуры Т на глубине 15 мкм (термопара 4) и 65 мкм (термопара 5) при плоском встречном шлифовании от расстояния до начала теплового источника. Условия проведения эксперимента: круг 1 225 х 40 х 76 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:
В стыке частей 1 заготовки, разрезанной в плоскости, перпендикулярной вектору скорости заготовки Vз, зажатых тисками 2, размещают два или более электрода различной толщины (в направлении вектора Vз), выведенные на шлифуемую кругом 3 поверхность (см. фиг.1). Термоэлектроды 4 и 5 располагают симметрично относительно вектора силы закрепления заготовки (см. фиг.2). Паз А выполнен для реализации схемы базирования заготовки "в угол", а паз Б необходим для вывода удлинительных проводов термопар (см. фиг.1). Электроды 4 и 5 изолированы друг от друга и от заготовки пластинами 6 (см. фиг.3). Термоэлектроды 4 и 5 толщиной h1 и h2 соответственно, защемленные между двумя частями заготовки 1 и изолированные пластинами 6 (см. фиг.3, 4), шлифуют совместно с заготовкой со скоростью заготовки Vз. При этом изолятор 6, выполненный из хрупкого материала (например, слюды), разрушается, а термоэлектроды 4 и 5, выполненные из вязкого материала (например, сплава - копель), деформируются. Образуются спаи. Температура, регистрируемая термопарой электрод 4 - заготовка, относится к точке спая, расположенной на глубине h1 в поверхностном слое заготовки (см. фиг.3). Температура, регистрируемая термопарой электрод 5 - заготовка, относится к точке спая, расположенной на глубине h2 в поверхностном слое заготовки (см. фиг.4). Таким образом, измеренные температуры относятся к различным глубинам в поверхностном слое в одном и том же сечении заготовки. Учитывая, что при врезном шлифовании тепловые процессы одинаковы в различных неграничных сечениях заготовки, параллельных вектору Vз и одновременно перпендикулярных обрабатываемой поверхности, можно принять, что зарегистрированные температуры одинаковы на соответствующих глубинах по всему сечению заготовки (за исключением граничных зон). Тогда появляется возможность вычислить градиент температур, а затем и плотность теплового потока в каждый момент времени
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198779/2198779-5t.gif)
где T1, Т2 - температура, измеренная первой и второй полуискусственной перерезаемой термопарой (электроды 4 и 5) соответственно, К; h1, h2 - толщина (в направлении вектора скорости заготовки) термоэлектродов 4 и 5 термопар соответственно, м;
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198084/955.gif)
![способ определения локальных значений плотности теплового потока в зоне шлифования, патент № 2198779](/images/patents/272/2198002/8226.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