切削溫度測量方法綜述（二）

採用紅外照相法的車削溫度測量裝置安裝於車床橫溜板的機座板上，使刀具、照相機相對於工件排成一線；照相機配有專門的紅外輻射聚焦調節裝置；刀夾可使照相機鏡頭儘可能接近工件表面；為避免切屑濺射的影響，照相機鏡頭用有機玻璃罩子罩住，鏡頭與工件表面之間設計了擋屑板，透過板上的小孔可對刀具和工件表面攝影(採用高溫紅外膠捲)。測量溫度前，首先用熱電偶進行定標校準，即熱電偶由電加熱並在不同溫度下照相，所需曝光時間通過預試驗確定，顯影后的膠捲用顯微光密度計讀數，得到高溫紅外膠捲在不同曝光時間下光密度與溫度的對應關係。根據此對應關係，可以確定切削過程中工件或刀具的溫度。用紅外照相法測定的切削溫度可用於研究切削溫度的分佈情況。

(3)紅外熱像儀法

紅外熱像儀的基本工作原理是利用了斯蒂芬—波爾茲曼定律，即

E=εσT4

式中：E為物體輻射單元單位面積的輻射能量(W/m2)；ε為物體輻射單元表面輻射率(取決於物體表面性質)；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(σ=5.76×10 -8W/m2·K4)；T為物體輻射單元的表面溫度(K)。

切削時，紅外熱像儀通過光機掃描機構探測工件(或刀具)表面輻射單元的輻射能量，並將每個輻射單元的輻射能量轉換為電子視頻信號，通過對信號進行處理，以可見圖像的形式進行顯示，顯示的熱像圖代表被測表面的二維輻射能量場，若輻射單元的表面輻射率已知，則可通過斯蒂芬—波爾茲曼定律求出輻射單元表面的溫度分佈場及動態變化。雖然紅外熱像儀所測溫度為相對溫度，滯後於實際切削溫度，但根據傳熱反求演算法可準確求得切削過程中工件(或刀具)的溫度變化規律及動態分佈。紅外熱像儀測溫法具有直觀、簡便、可遠距離非接觸監測等優點，在惡劣環境下測量物體表面溫度時具有較大優越性。

此外，測量切削溫度的光、熱輻射方法還有紅外干板法、紅外聚光法、PbS光能電池法、高速切削雙色高溫計測量法等。

3.金相結構法

(1)金相結構法

金相結構法是基於金屬材料在高溫下會發生相應的金相結構變化這一原理進行測溫的。該方法通過觀察刀具或工件切削前後金相組織的變化來判定切削溫度的變化，主要適用於高速鋼刀具，因為當溫度超過600℃時，高速鋼的紅硬性下降，組織結構發生一系列變化，可通過經拋光、腐蝕后的金相磨片來檢查其金相組織變化。但這種方法的應用範圍局限於金屬材料製成的刀具，並且只有在高溫下才能觀察到材料明顯的組織結構變化；此外，觀測和分析的工作量也較大。

(2)掃描電鏡法

掃描電鏡法測量切削溫度是用掃描電鏡觀測刀具預定剖面顯微組織的變化，並與標準試樣對照，從而確定刀具切削過程中所達到的溫度值。應用掃描電鏡法首先需要製取樣件和對照樣件，考慮到在不同溫度和不同保溫時間條件下材料的顯微組織不同，對照樣件需要多製取一些；得到對照樣件的顯微組織照片后即可確定被測刀具某一部位的切削溫度。掃描電鏡法測定切削溫度的解析度和確定溫度分佈的準確性均很高。但掃描電鏡法也存在以下缺點：①只能測量600℃以上的溫度；②樣件製作相當繁瑣；③屬事後破壞性測量，不便於在生產現場推廣應用；④所確定的切削溫度分佈狀態屬於定量分析；⑤設備複雜，技術難度高，實際應用受到一定限制。

4.其它方法

除上述切削溫度測量方法外，常見的測溫方法還有顯微硬度分析法、量熱法、塗色法等。

(1)顯微硬度分析法是將刀具、工件和切屑在不同溫度下呈現不同硬度的基本原理進行逆嚮應用，根據材料受熱后的顯微硬度間接測知其切削溫度。

(2)量熱法是將受熱后的刀具、切屑或工件浸入水中並測定水溫的升高，根據水的溫升計算刀具、切屑或工件的溫度。這種方法常用於測定金屬切削過程中進入刀具、切屑或工件的熱量百分比。

(3)另一方法是將刀具沿切屑流出方向對稱剖開，在剖面上塗上可在一定溫度下熔解的微細金屬粉末，然後將刀具合攏固定進行切削，切削完后再將刀具分離開，通過觀察微細粉末熔化區域來確定刀具內部切削溫度的分佈情況。

此外，還可用塗色法確定切削溫度，但該方法測量精度較低。

三、結語

綜上所述，各種測量切削溫度的方法各有其優缺點和不同的適用範圍。因此，在實際應用中應根據具體情況選用最適當的切削溫度測試方法。此外，為了在生產現場對切削溫度進行更精確、更方便、更及時的測量，還需要對切削溫度測量方法作進一步深入研究和改進完善。