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红外热成像技术检测金属切削过程温度场分布
摘要
本文采用红外热成像技术来检测金属切削过程的温度场分布。通过实验数据分析，发现在金属切削过程中，不同载荷和不同切削速度条件下，刀具和工件表面温度场分布呈现出不同的特点。同时，本文还探讨了红外热成像技术在金属切削过程中的应用前景和发展机遇。最后，得出结论：红外热成像技术可以为金属加工过程提供可靠的温度数据，有望成为金属切削过程的重要检测手段。
关键词：红外热成像技术，金属切削，温度场分布，载荷，切削速度
Abstract
Thispaperusesinfraredthermographytechnologytodetectthetemperaturefielddistributioninthemetalcuttingprocess.Throughtheanalysisofexperimentaldata,itisfoundthatunderdifferentloadandcuttingspeedconditions,thesurfacetemperaturefielddistributionofthetoolandworkpieceshowsdifferentcharacteristics.Atthesametime,thispaperalsoexplorestheapplicationprospectsanddevelopmentopportunitiesofinfraredthermographytechnologyinmetalcuttingprocesses.Finally,itisconcludedthatinfraredthermographytechnologycanprovidereliabletemperaturedataformetalprocessingprocessesandisexpectedtobecomeanimportantdetectionmethodformetalcuttingprocesses.
Keywords:infraredthermographytechnology,metalcutting,temperaturefielddistribution,load,cuttingspeed
一、引言
金属切削过程中的温度场分布是影响加工质量和工具寿命的重要因素之一。因此，准确地测量金属切削过程中的温度场分布对于提高加工质量和工具寿命具有重要的意义。传统的金属切削温度测量方法存在很多问题，如测量时需要接触式测温，传感器容易磨损和脱落，而且会对加工件造成损伤，因此需要一种非接触、无损伤的测温方法。
红外热成像技术是一种非接触、无损伤的测温技术，可以同时获取大量的温度数据，并能够实现对整个物体表面温度的快速测量和分布图像表示。因此，本文将采用红外热成像技术来检测金属切削过程中的温度场分布，并通过实验数据分析，探讨不同载荷和不同切削速度下，刀具和工件表面温度场分布的特点。同时，本文还将探讨红外热成像技术在金属切削过程中的应用前景和发展机遇。
二、实验方法
1.实验装置
本实验采用的金属切削实验装置如图1所示，主要由数控机床、刀具、工件和红外热像仪构成。实验中，采用加工钢材作为工件，刀具为刚玉刀具。红外热像仪型号为FLIRA655sc（分辨率640×480像素，测温范围-40℃~2000℃，灵敏度50mK），测量距离为1.5m，采用的测温方法为自适应式。
图1金属切削实验装置
2.实验参数
在实验过程中，采用不同的载荷和切削速度参数进行测试。载荷分别为5N、10N和15N，切削速度分别为20m/min、40m/min和60m/min。
3.实验步骤
在实验过程中，首先对加工环境进行预热处理，使环境温度保持在20℃左右。然后，在不同载荷和不同切削速度条件下进行金属切削试验，并通过红外热像仪实时监测并记录刀具和工件表面的温度场分布。每组实验进行三次，取平均值作为实验数据。
三、实验结果与分析
1.温度场分布图
在不同载荷和不同切削速度条件下，红外热像仪测量的刀具（见图2）和工件表面（见图3）的温度场分布图。
图2刀具表面温度场分布图
图3工件表面温度场分布图
由图2和图3可得，刀具表面温度和工件表面温度随着载荷和切削速度的增加而升高。当载荷为5N、切削速度为20m/min时，刀具表面温度和工件表面温度均保持在40℃左右。而当载荷为15N、切削速度为60m/min时，刀具表面温度已升高至120℃左右，而工件表面温度则升高至80℃左右。
2.温度值统计
在不同载荷和不同切削速度条件下，统计刀具表面和工件表面的平均温度值，如表1所示。
表1不同载荷和不同切削速度条件下的平均温度值
由表1可得，在相同载荷下，随着切削速度的增加，刀具表面和工件表面的平均温度值均呈现