一種基于傳熱反問題的磨削溫度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于傳熱反問題的磨削溫度測(cè)量方法，該方法將熔點(diǎn)較低且熔點(diǎn)穩(wěn)定的薄膜鑲?cè)鐑蓧K工件之間，工件在磨削過程中產(chǎn)生的磨削熱使得鑲?cè)牍ぜg的易熔薄膜熔化，通過測(cè)量薄膜熔化的深度以及薄膜的熔點(diǎn)得到表面以下一定深度的溫度，再通過求解熱傳導(dǎo)反問題計(jì)算出磨削表面溫度。與傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)量磨削溫度的方法相比，該方法操作簡(jiǎn)單，即省去了熱電偶繁瑣的制作過程，又無需復(fù)雜的信號(hào)采集和信號(hào)處理設(shè)備；與磨削溫度解析計(jì)算和有限元分析相比，無需考慮磨削熱的熱源模型、熱分配比、對(duì)流換熱系數(shù)等難以準(zhǔn)確確定的參數(shù)。
【專利說明】一種基于傳熱反問題的磨削溫度測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于傳熱反問題的磨削溫度測(cè)量方法，屬于溫度傳感器領(lǐng)域，具體是涉及各種類型材料及各種磨削方式的工件磨削溫度測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磨削去除單位體積的材料需要非常高能量輸入，而且?guī)缀跛械哪茉聪亩嫁D(zhuǎn)換為砂輪和被磨工件接觸區(qū)的熱量，使磨削區(qū)的溫度升高。磨削溫度對(duì)工件表面質(zhì)量、尺寸精度、形狀精度以及砂輪的磨削性能都會(huì)產(chǎn)生影響，因此快速準(zhǔn)確地測(cè)量磨削溫度是合理設(shè)計(jì)加工工藝參數(shù)并避免磨削燒傷的前提。
[0003]目前比較常用的測(cè)量磨削溫度的方法有:熱電偶方法、紅外輻射測(cè)溫方法、金屬微結(jié)構(gòu)和微硬度變化方法等。可磨式夾絲熱電偶可以測(cè)量磨削區(qū)域的平均溫度，但是其制作比較麻煩，而且一個(gè)熱電偶只能用一次，夾絲的厚度和絕緣層厚度的變化都會(huì)改變熱電偶的特性；頂置式熱電偶能夠重復(fù)使用且熱電偶特性穩(wěn)定，但是需要在工件背面開盲孔，盲孔的存在將影響工件內(nèi)部溫度的分布；紅外輻射測(cè)溫方法為非接觸式測(cè)溫方法，但是容易受到外界環(huán)境的干擾特別是磨削液的干擾。通過解析計(jì)算和有限元分析的方法計(jì)算磨削溫度也是獲得工件溫度分布一種手段，但無論是解析計(jì)算還是有限元分析所建立的模型都存在多方面的假設(shè)，計(jì)算的精度也參差不齊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種磨削溫度測(cè)量的新方法，只需對(duì)工件橫截面進(jìn)行拋光，然后將兩塊工件拼接到一起，工件之間鑲?cè)霕O薄的易熔薄膜，通過傳熱反問題即可得到磨削表面溫度。此法操作簡(jiǎn)單易行對(duì)工件破壞極小，極薄的薄膜和穩(wěn)定的低熔點(diǎn)使其對(duì)溫度反應(yīng)靈敏，且薄膜對(duì)工件溫度分布的影響極小，經(jīng)分析由于薄膜的加入，工件磨削溫度與無薄膜時(shí)相比其誤差小于5%，利用傳熱反問題求解表面磨削溫度，無需建立相應(yīng)的熱模型。
[0005]概括來說，該方法將熔點(diǎn)較低且熔點(diǎn)穩(wěn)定的薄膜鑲?cè)鐑蓧K工件之間，工件在磨削過程中產(chǎn)生的磨削熱使得鑲?cè)牍ぜg的易熔薄膜熔化，通過測(cè)量薄膜熔化的深度以及薄膜的熔點(diǎn)得到表面以下一定深度的溫度，再通過求解熱傳導(dǎo)反問題計(jì)算出磨削表面溫度，具體而言，本發(fā)明所采取的磨削溫度測(cè)量方法包括:測(cè)溫試件的制作、試件檢測(cè)、磨削表面溫度推導(dǎo)三個(gè)步驟完成，其中所述測(cè)溫試件的制作步驟包括將兩塊磨削工件及易熔測(cè)溫薄膜組成測(cè)溫試件，將薄膜置于兩塊磨削工件之間，所述磨削工件由精密虎鉗夾緊，同時(shí)為保證兩個(gè)磨削工件完全貼合，兩個(gè)磨削工件相對(duì)的接觸面用46#剛玉砂輪磨平、在流水下分別用320#和600#砂紙拋光，所述易熔測(cè)溫薄膜厚度為0.02mm,整平后將其裁剪成與工件橫截面一致的矩形；
[0006]所述試件檢測(cè)步驟包括:測(cè)溫試件在磨削過程中受到磨削溫度的作用，會(huì)造成兩磨削工件之間的易熔測(cè)溫薄膜熔化，將磨削完的磨削工件從精密虎鉗上取出，并分開兩磨削工件，可見易熔測(cè)溫薄膜熔化了一層，熔化的薄膜顏色與未熔化薄膜的顏色有很大差異，在磨削工件橫截面上形成一條明顯的界線，將橫截面在顯微鏡下放大后界線更明顯，且利用顯微鏡的測(cè)距功能得到熔化層的深度，從而得到距離磨削表面一定深度處的溫度；
[0007]所述磨削表面溫度推導(dǎo)步驟是利用下述公式進(jìn)行計(jì)算得出:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種基于傳熱反問題的磨削溫度測(cè)量方法，其包括:測(cè)溫試件的制作、試件檢測(cè)和磨削表面溫度推導(dǎo)三個(gè)步驟完成，其中所述測(cè)溫試件的制作步驟包括將兩塊磨削工件及易熔測(cè)溫薄膜組成測(cè)溫試件，將薄膜置于兩塊磨削工件之間，所述磨削工件由精密虎鉗夾緊，同時(shí)為保證兩個(gè)磨削工件完全貼合，兩個(gè)磨削工件相對(duì)的接觸面用46#剛玉砂輪磨平、在流水下分別用320#和600#砂紙拋光，所述易熔測(cè)溫薄膜厚度為0.02mm,整平后將其裁剪成與工件橫截面一致的矩形； 所述試件檢測(cè)步驟包括:測(cè)溫試件在磨削過程中受到磨削溫度的作用，會(huì)造成兩磨削工件之間的易熔測(cè)溫薄膜熔化，將磨削完的磨削工件從精密虎鉗上取出，并分開兩磨削工件，可見易熔測(cè)溫薄膜熔化了一層，熔化的薄膜顏色與未熔化薄膜的顏色有很大差異，在磨削工件橫截面上形成一條明顯的界線，將橫截面在顯微鏡下放大后界線更明顯，且利用顯微鏡的測(cè)距功能得到熔化層的深度，從而得到距離磨削表面一定深度處的溫度； 所述磨削表面溫度推導(dǎo)步驟是利用下述公式進(jìn)行計(jì)算得出:
【文檔編號(hào)】G01K7/04GK103639895SQ201310572522
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】金灘, 易軍, 李平, 尚振濤, 吳耀, 謝桂芝 申請(qǐng)人:湖南大學(xué), 海大海捷（湖南）工程技術(shù)研究有限公司