Badania obróbki skrawaniem

Badanie dostępne do pobrania tutaj.

W dniu 29.12.00 na terenie jednego z wydziałów Politechniki Lubelskiej przeprowadzono eksperyment mający na celu określenie przydatności kamery termograficznej V-20 do analizy rozkładu pola temperatur w czasie obróbki skrawaniem - toczenia. W pomiarach udział wzięli pracownicy Katedry obróbki ubytkowej i pracownik firmy VIGO System (producent kamer termograficznych serii V-20). Do pomiarów użyto kamery V-20ER005-25 nr ser. 08/99 ze standardowym oprogramowaniem do akwizycji i analizy danych termograficznych.

Obserwacja procesu obróbki skrawaniem w podczerwieni przy pomocy kamery termograficznej seriiV-20
Po odpowiednim zamocowaniu kamery nad obrabianym materiałem dokonano rejestracji rozkładów temperatury w operacji toczenia wzdłużnego i poprzecznego. Po włączeniu opcji skanera liniowego rejestrowano rozkład temperatury wzdłuż wybranej z termogramu interesującej linii. W przypadku toczenia wzdłużnego rejestrowano rozkład temperatury wzdłuż osi symetrii obrabianego materiału, oraz wzdłuż tworzącej powierzchni walcowej, na styku z narzędziem, a następnie w przekroju poprzecznym narzędzia (patrz tabela poniżej) Kamera umożliwia rejestrację ok. 10 linii na sekundę (Czas skanowania linii: 7,2ms, czas między kolejnymi skanami 104ms), linia składa się z 240 punktów. Oprogramowanie umożliwia przeglądanie zapisanych na dysku linii, precyzyjne odczytywanie wartości temperatury w każdym punkcie linii i określanie czasu i daty rejestracji, można również ustalić różnice czasu pomiędzy danymi punktami w linii. Zapisane dane można eksportować do formatu tekstowego i analizować przy pomocy innych programów, np. arkuszy kalkulacyjnych.

	Kamera V-20 ustawiona ponad obrabianym materiałem.
Operacja toczenia wzdłużnego, rejestrowano rozkład temperatury wzdłuż zaznaczonych linii. Do rejestracji użyto opcji skanera liniowego.	Operacja toczenia poprzecznego, rejestrowano rozkład temperatury wzdłuż czerwonej linii. Do rejestracji użyto opcji skanera liniowego.
Obraz termiczny-termogram narzędzia i obrabianego materiału przy toczeniu wzdłużnym. Widzimy, że w ciągu dwóch minut i dwóch sekund nóż i materiał uległy schłodzeniu (11:50:52 do 11:52:54).	Obraz termiczny-termogram narzędzia i obrabianego materiału podczas toczenia poprzecznego (toczenie czwartego i drugiego "talerzyka")

PODSUMOWANIE

Przedstawione powyżej wykresy zostały przygotowane przy pomocy pakietu excel na podstawie danych wyeksportowanych z oprogramowania do kamery V-20. Jak widać zaprezentowany system pomiarowy umożliwia wszechstronną analizę zjawisk termicznych zachodzących w trakcie obróbki skrawaniem, na każdym z wykresów pokazano kilka kolejnych rozkładów temperatury wzdłuż wybranej linii, umożliwia to porównanie zmian obrazu termicznego badanego obszaru liniowego w czasie. Na wykresach widoczne jest przemieszczanie się narzędzia, jak również ubytek materiału. Na wykresie 1 widoczne jest przemieszczanie się noża w poprzek którego wykonywano skanowanie, przy kolejnych skanach przemieszcza się on od strony lewej do prawej, (skany od 2255 do 2605) widoczny jest również wzrost temperatury maksymalnej dla każdego wykresu (od wartości 240,05oC do 345,75oC). Na wykresie 2 możemy obserwować gradient temperatury wzdłuż obrabianego wałka z wyraźnym podbiciem amplitudy temperatury w miejscu aktualnego położenia noża-źródła ciepła (tarcie), maksimum to przesuwa się w prawo zgodnie z kierunkiem przemieszczania się narzędzia. Na wykresie 3 widzimy zmiany temperatury wzdłuż narzędzia i w przekroju prostopadłym materiału ( toczenie poprzeczne). Temperatura maksymalna występuje na styku materiału i noża, miejsce styku zmienia swoje położenie przesuwając się w kierunku osi symetrii obrabianego materiału. Widzimy również wyraźnie, że kolejne przebiegi temperatury w funkcji czasu (tzn. od umownie zaznaczonego zbocza "A" do "B") ulegają skróceniu w czasie, co wiąże się z faktem iż z każdym kolejnym skanem ubywa obrabianego materiału-średnica wałka staje się coraz mniejsza . Jak widać badanie obrazu termicznego obrabianego materiału umożliwia analizę omawianego procesu w zupełnie nowym ujęciu i może być źródłem ciekawych wniosków i prac porównawczych.