[发明专利]一种基于传热反问题的磨削温度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于传热反问题的磨削温度测量方法，属于温度传感器领域，具体是涉及各种类型材料及各种磨削方式的工件磨削温度测量方法。

背景技术

磨削去除单位体积的材料需要非常高能量输入，而且几乎所有的能源消耗都转换为砂轮和被磨工件接触区的热量，使磨削区的温度升高。磨削温度对工件表面质量、尺寸精度、形状精度以及砂轮的磨削性能都会产生影响，因此快速准确地测量磨削温度是合理设计加工工艺参数并避免磨削烧伤的前提。

目前比较常用的测量磨削温度的方法有：热电偶方法、红外辐射测温方法、金属微结构和微硬度变化方法等。可磨式夹丝热电偶可以测量磨削区域的平均温度，但是其制作比较麻烦，而且一个热电偶只能用一次，夹丝的厚度和绝缘层厚度的变化都会改变热电偶的特性；顶置式热电偶能够重复使用且热电偶特性稳定，但是需要在工件背面开盲孔，盲孔的存在将影响工件内部温度的分布；红外辐射测温方法为非接触式测温方法，但是容易受到外界环境的干扰特别是磨削液的干扰。通过解析计算和有限元分析的方法计算磨削温度也是获得工件温度分布一种手段，但无论是解析计算还是有限元分析所建立的模型都存在多方面的假设，计算的精度也参差不齐。

发明内容

本发明提出一种磨削温度测量的新方法，只需对工件横截面进行抛光，然后将两块工件拼接到一起，工件之间镶入极薄的易熔薄膜，通过传热反问题即可得到磨削表面温度。此法操作简单易行对工件破坏极小，极薄的薄膜和稳定的低熔点使其对温度反应灵敏，且薄膜对工件温度分布的影响极小，经分析由于薄膜的加入，工件磨削温度与无薄膜时相比其误差小于5%，利用传热反问题求解表面磨削温度，无需建立相应的热模型。

概括来说，该方法将熔点较低且熔点稳定的薄膜镶如两块工件之间，工件在磨削过程中产生的磨削热使得镶入工件之间的易熔薄膜熔化，通过测量薄膜熔化的深度以及薄膜的熔点得到表面以下一定深度的温度，再通过求解热传导反问题计算出磨削表面温度，具体而言，本发明所采取的磨削温度测量方法包括：测温试件的制作、试件检测、磨削表面温度推导三个步骤完成，其中所述测温试件的制作步骤包括将两块磨削工件及易熔测温薄膜组成测温试件，将薄膜置于两块磨削工件之间，所述磨削工件由精密虎钳夹紧，同时为保证两个磨削工件完全贴合，两个磨削工件相对的接触面用46^#刚玉砂轮磨平、在流水下分别用320^#和600^#砂纸抛光，所述易熔测温薄膜厚度为0.02mm，整平后将其裁剪成与工件横截面一致的矩形；

所述试件检测步骤包括：测温试件在磨削过程中受到磨削温度的作用，会造成两磨削工件之间的易熔测温薄膜熔化，将磨削完的磨削工件从精密虎钳上取出，并分开两磨削工件，可见易熔测温薄膜熔化了一层，熔化的薄膜颜色与未熔化薄膜的颜色有很大差异，在磨削工件横截面上形成一条明显的界线，将横截面在显微镜下放大后界线更明显，且利用显微镜的测距功能得到熔化层的深度，从而得到距离磨削表面一定深度处的温度；

所述磨削表面温度推导步骤是利用下述公式进行计算得出: