金刚石磨轮加工花岗石时磨削温度测量系统的建立

　　在切削加工中,由于工具与工件之间的相对高速运动而在其接触界面产生的各种复杂的摩擦学现象正受到摩擦学研究领域的普遍关注。最新研究结果表明:在花岗石切削的过程中,真正用于切除材料的能量只占总耗能中几乎可忽略不计的一小部分,绝大部分能量消耗在摩擦等与材料去除无关的方面。根据对磨削加工的研究结果,除了用于切除材料的能量外,其余能量全部转化为热量。

　　普通砂轮磨削时,大部分热量传入工件,而由于金刚石磨具具有优异的导热性能,而工件花岗石的导热性能较差,因此磨具与花岗石界面所产生的摩擦热量大部分传入磨具,进而加剧金刚石磨粒的磨损,甚至造成金刚石磨粒的过早脱落,而这一点正是用金刚石磨具加工花岗石的关键技术难题。

　　花岗石磨削过程中特别是在粗加工过程中,石材表面的加工质量并不是重点考虑的问题。一般比较关注的是这些硬度很高的材料的加工效率。金刚石在800℃以上的高温下有石墨化倾向,从而影响金刚石磨粒的加工性能,对磨具使用寿命产生很大影响。所以研究金刚石磨具在磨削中的温度特征,对于准确分析加工过程中金刚石磨粒承受的实际热负荷以及减少金刚石的非正常失效有重要意义。

　　根据磨削原理,使用不同的磨具进行磨削时,总存在相应的最佳磨削用量组合,使磨削过程处于最佳工作状态。优化结果可以指导磨具在生产中的合理使用。所以,如果要对金刚石磨轮磨削花岗石进行性能评定和优化工艺参数,这套磨削温度的测定装置将给性能评定和地貌优化等提供强有力的实验数据支持。

　　1　磨削温度的测量方法

　　利用实验的方法定量实际测量磨削温度,目前仍是研究磨削理论的主要手段。常用的磨削温度测量方法主要有热电偶法、光辐射法、热辐射法、金相结构法等。

　　为了研制一种既准确又能指导生产现场的具有应用前景的磨削温度在线测量技术,本文采用热电偶法测量磨削温度。根据不同的测量原理和用途,热电偶法又可细分为自然热电偶法、人工热电偶法和半人工热电偶法。

　　1.1　自然热电偶法

　　自然热电偶法是利用工件材料和刀具材料化学成份的不同而组成热电偶的两极,组成闭合电路测量磨削温度。该法要求工件和刀具都要导电,但花岗石导电性能不好,所以这种测量方法不适合花岗石加工的温度测量。

　　1.2　人工热电偶法

　　人工热电偶法(也称热电偶插入法)可用于测量指定点的温度,并可测得温度分布场和最高温度的位置,目前是国内外磨削加工研究中在实验室条件下使用最为成熟和广泛的磨削弧区温度测量方法,但遗憾的是将人工热电偶埋入超硬刀具材料内比较困难,因此限制了该方法的推广应用。