Zastosowanie metod pirometrycznych do identyfikacji temperatury narzędzia podczas wiercenia

• Autorzy: Lis K.

Warianty tytułu

EN

Temperature identification of drilling using pyrometric methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dominującą obróbką kształtującą w przemyśle maszynowym, stanowiącą około 70% wszystkich technik kształtowania jest obróbka skrawaniem. W procesie obróbki wiórowej materiałów metalowych najczęściej występującą operacją, obok toczenia, jest wiercenie. Niezawodność procesu wiercenia, ze względu na częste umiejscowienie tej operacji na końcu procesu technologicznego jest szczególnie istotna. Aby ją zapewnić koniecznym jest rozwiązanie problemów związanych z diagnostyką stanu narzędzia w trakcie procesu obróbki. Diagnostyka procesu dotyczy przebiegu procesu podczas jego trwania. Odnosząc to do procesu skrawania, monitorujemy stan narzędzia skrawającego podczas jego pracy. Jedną z pośrednich metod identyfikacji stanu ostrza w procesie skrawania jest pomiar temperatury. Głównym celem pracy jest analiza możliwości monitorowania temperatury narzędzia w strefie skrawania podczas wiercenia na podstawie pomiarów metodami pirometrycznymi, oraz opracowanie metody wyznaczania współczynników emisyjności związanych z bezkontaktowymi pomiarami temperatury składników procesu skrawania. W rozdziale drugim przestawiono analizę doniesień literaturowych. W pierwszej części scharakteryzowano proces wiercenia. Następnie omówiono zagadnienia dotyczące powstawania ciepła i rozkładu pola temperatur w procesie skrawania z uwzględnieniem procesu wiercenia. W dalszej kolejności zwrócono uwagę na pomiar temperatur procesu skrawania. Szczególną uwagę poświęcając bezkontaktowym metodom pomiaru. Przedstawiono koncepcję systemu monitorowania temperaturowego procesu wiercenia. Metodyka pomiarów pirometrycznych temperatury obejmowała urządzenia punktowe i dwuwymiarowe. Przeprowadzone badania modelowe posłużyły do określenia pola temperatur w niedostępnej podczas trwania procesu strefie skrawania na podstawie warunków brzegowych określonych w badaniach eksperymentalnych. Podjęto również próbę rozwiązania podstawowego problemu związanego z pomiarami pirometrycznymi, a mianowicie problemu emisyjności. Opracowano aplikację służącą do określenia właściwości metrologicznych tych powierzchni, których temperatura określana w ramach badań przeprowadzonych w pracy była uznana jako istotna. Zaproponowano także rozwiązanie bazujące na programowej kompensacji emisyjności, zweryfikowane w przygotowanym do tego module oprogramowania, współpracującego z pirometrem dalekiej podczerwieni. Przeprowadzono badania weryfikacyjne wykorzystując pomiar rozkładu temperatur w procesie wiercenia z użyciem kamery termowizyjnej oraz modelu numerycznego stosując różne parametry technologiczne i geometryczne. Pracę podsumowano zestawieniem wniosków końcowych i wskazaniem kierunków dalszych badań.

EN

Comprising 70% of all forming techniques, machining is the dominant forming treatment in the engineering industry. In the process of cutting of the metal materials, drilling is, apart from turning, the most common operation. Because the drilling operation is very often placed at the end of the technological process, it is infallible which is extremely important. In order to achieve the infallibility of the drilling operation it is necessary to solve the problems connected with the diagnosis of the tool condition during the process of treatment. The diagnosis of the process refers to the course of the process when it lasts. As far as the machining process is concerned, we monitor the condition of the machining tool when it is working. One of the indirect methods of identification of the blade condition in the machining process is the temperature measurement. The primary aim of the diploma work is the analysis of the possibility of monitoring the temperature of the tool in the machining zone during the drilling process. The analysis is based on the measurements obtained by using pyrometric methods. The second aim is to devise a method of defining the factors of emissivity connected with non-contact measurements of the temperature of the ingredients in the machining process. In chapter two the analysis of theoretical background was presented. The first part was concentrated on the characteristics of the drilling process. Next, issues concerning the development of heat and decomposition of temperature fields in the machining process were discussed including the drilling process. In the next part, the measurement of the temperatures of the machining process was taken into consideration. The non-contact methods of measurement were in the centre of attention. The concept of the system of temperature monitoring of the drilling process was presented. The methodology of pyrometric measurements of the temperature included spot and two-dimensional tools is shown. Standard research was used to define the field of temperatures in the inaccessible zone of machining during the process. It was possible to be done on the basis of boundary conditions defined in the experimental research. Attempts were also made to solve the basic problem connected with pyrometric measurements, meaning the problem of emissivity. An application was devised in order to define metrological properties of those surfaces whose temperature (defined as part of the research conducted in the diploma work) was recognized as essential. A solution based on the programme compensation of the emissivity was proposed. It was verified in the software module prepared for this occasion and cooperating with pyrometer of far infrared region. Verifying research was conducted by using the measurement of temperature decomposition in the drilling process with the use of thermographic camera and numerical module. Different technological and geometrical parameters were applied. The diploma work was recapitulated by the list of final conclusions and aimed at the direction of further research.

Słowa kluczowe

PL

metody pirometryczne; skrawanie; proces wiercenia

EN

pyrometric methods; machine cutting; drilling process

• Wydawca: Katedra Budowy Maszyn. Politechnika Śląska
• Czasopismo: Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 1
• Strony: 11--142
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz.

Twórcy

autor

Lis K.

• Katedra Budowy Maszyn Politechnika Śląska, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18A tel. [phone],

Bibliografia

• [1] Grzesik W.: Podstawy skrawania materiałów metalowych. WNT, Warszawa 1998.
• [2] Kunstetter S.: Narzędzia skrawające do metali - Konstrukcja. WNT, Warszawa 1969.
• [3] Darlewski J.: Narzędzia do obróbki wiórowej na 12. EMO '97, Mechanik 12 1997.
• [4] Kosmol J.: Techniki wytwarzania - obróbka wiórowa i ścierna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• [5] PN-ISO 3002-1+A1: Podstawowe pojęcia w obróbce wiórowej i ściernej. Geometria części roboczej narzędzi skrawających. Terminologia ogólna, układy odniesienia, kąty narzędzia i kąty robocze oraz łamacze wióra.
• [6] Brodowicz W.: Skrawanie i narzędzia, WSiP, Warszawa 1998.
• [7] Kaczmarek J.: Podstawy obróbki wiórowej, ściernej i erozyjnej, WNT, Warszawa 1970.
• [8] Instytut Naukowo Badawczy "BHHH": Mietodika laboratornych stoikostnych ispytanij standarnych spiralnych swierł iz bystrorieżuszcziej stali diametrom ot 5 do 30 mm" Moskwa 1971.
• [9] Wysiecki M.: Nowoczesne materiały narzędziowe. WNT, Warszawa 1997.
• [10] Oczoś K.: Obróbka otworów - osiągnięcia w zakresie wiercenia i drążenia. Część I: Technika wiercenia mechanicznego. Mechanik 5-6,1997.
• [11] Biernawski W.: Teoria obróbki metali skrawaniem. PWN, Warszawa 1956.
• [12] Rjeznikow A. N.: Tjepłofizika rjezanija -Izdatjelstwo Maszinostrojenije, Moskwa 1969.
• [13] Dmochowski J.: Podstawy obróbki skrawaniem. WNT, Warszawa 1978.
• [14] Schwerd F.: Uber die Bestimmung des temperaturfades beim Spanablauf. Z. VDI 9, 1933.
• [15] Michalski L., Eckensdorf K.: Pomiary temperatury. WNT, Warszawa1986.
• [16]Jungnickel G., Buchman K.: Przekazywanie ciepła w urządzeniach wytwórczych. WPW, Wrocław 1978.
• [17] DT pirometru RAYTEK RAYTXSLTCF2,
• [18] DT skanera termograficznego VIGOV20,
• [19] Kleszczewski Z.: Fizyka kwantowa atomowa i ciała stałego. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
• [20] Boothroyd G.: Photographic techniques for the determination of metal cutting temperatures. Brit J of Appl Physics 1961;12:238-t2.
• [21] Boothroyd G.: Temperatures in orthogonal metal cutting. Proc. I. Mech. E. (Lon) 1963;177:789-810.
• [22] Kraemer G.: Neitrag zur Erkenntnis der beimDrehenauftretendenTemperaturen und dereń Messung mit einem Gesamtstrahlungsempfangner. Dissertation, Hannover, 1936.
• [23] Schallbroach H., Lang M.: Messung der Schnittemperatur mittels Temperaturanzeigender Farbanstriche. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure 1943;87:15-9.
• [24] Bickel E, Widmer W.: Die Temperaturen an der Werkzeugschneide. Zurich, Switzerland: Industrielle Organization, 1954.
• [25] Kato S., Yamaguchi K., Watanabe Y., Hiraiwa Y.: Measurement of temperature distribution within tool using powders of constant melting point. Trans ASME, J of Engg for Ind 1976,108:607-13.
• [26] Wright P.K., Trent E.M.: Metallographic methods of determining temperature gradients in cutting tools. J. Iron and Steel Inst. 1973;211:364-88.
• [27] Rcichenbach G.S.: Experimental measurement of metal cutting temperature distribution. Trans ASME 1958;80:525.
• [28] Chao B.T., Li H.L., Trigger K.J.: An experimental measurement of metal cutting temperature distribution. Trans ASME 1961;83:496-504.
• [29] Bornhoefer R., Pahlitzsch G: Feindrehen von Unlegierten Kohlenstoffstahlen mit Keramik Und Hartmetall-Werkzeugen. Fortschrittberichte VD1 Zeitschrift Reihe 2, No. 4, 1965.
• [30] Lenz E.: Der EinfluSS tier Schnittempertur auf die standzeit der keramischen Schneidstoffen Maschinenmarkt 1963;28:30.
• [31] Lenz E, Die Tetnpera.urverteilung an der Spanunterseite ill der KoutaktzoIie Span-Wekzeug. Wekstattstechnik 1964;54:60.
• [32] Lenz E.: Die Temperaturem in der Kontaktzone Span-Werkzeug beim Orehvorgang. Annals of CIRP 13, 1966.
• [33] Lenz E.: Die Temperaturverteilung in der Kontaktzone Span-Wekzeug beim Drehen von Stahl mil Hartmetall-Werkzeugen, Annals of CIRP, 14 (1966).
• [34] Friedman M.Y., Lenz E.: Determination of temperature field on upper chip surface. Annals of CIRP 1971;19:395-8.
• [35] Van Woerden M. H.: Temperature Measurement of the Tool Tip by Radiation.
• [36] Prins O. D.: The Influence of Wear the Temperature Distribution at the Rake Face. Annals of CIRP, 1971.
• [37] Ueda T., Sato M., Nakayama K.: The temperature of a single crystal diamond tool in turning. Annals of CIRP 1998; 47(l):41-4.
• [38] Kosmol J.: Automatyzacja Wytwarzania, Monitorowanie ostrza skrawającego. WNT, Warszawa 1996.
• [39] Lis. K.: Wykorzystanie metod pirometrycznych do pomiaru temperatury podczas procesu wiercenia. Prace naukowe KBM, Wydz. MT, Pol. SI., Nr 1/2004.
• [40] Dyrbuś G.: Wpływ cieczy chłodząco-smarujących na trwałość wierteł krętych podczas wiercenia stali austenitycznych, Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn, Wydz. MT, Pol. Śl., Zeszyt nr 3/2002, Gliwice 2002.
• [41] Dewes R.C., Ng E., Chua K.S., Newton P.O., Aspinwall D.K.: Temperature measurement when high speed machining hardened mould/die steel, J. Mat. Process. Tech 92-93 (1999) 293-301.
• [42] Schmidt J.: Mechanische und thennische Wirkungen beim Drehen geharteter Stahle, Dr.- Ing. Dissertation Universitat Hannover 1999.
• [43] Mertens Th.: (DaimlerChrysler Research CentreyUlm, Germany); Presentation of Experimental Results; Materials Week Munich, Oct. 2002, Proceedings.
• [44] Dorr J.,Mertens T.: 'In-situ' temperature measurement to determine the machining potential of different tool coatings. Surface and Coatings Technology 174 - 175 (2003) 389-392.
• [45] Dorr J.: (PTW/ Darmstadt, Germany); Presentation of Experimental Results, Materials Week Munich, October 2002
• [46] Schmidt A.O, Roubik J.R.: Distribution of heat generated in drilling. Trans ASME 1949;71:242-5.
• [47] Afanasewicz Z., Darlewski J.: Ćwiczenia laboratoryjne z obróbki skrawaniem. Pomiar temperatury skrawania metodami termoelektrycznymi. Skrypt Pol.SI. Nr 721, Gliwice 1977.
• [48] Bobrov V.F.: Osnovy teorii rezanija metalov. Moskva, Masinostroenie 1975.
• [49] Senkava TV. Obliczenia cieplne pieców grzewczych w hutnictwie. Wydawnictwo "Śląsk", Katowice 1983.
• [50] Katalog wyrobów firmy GUHRING: "Precision Cutting Tools, Standard Ganges 6th Edition" 1996r.
• [51] Praca zbiorowa pod redakcją L.A. Dobrzańskiego: Leksykon materiałoznawstwa. Wydawnictwo Werlag Dashhofer, Warszawa 2000.
• [52] Taler J., Duda P.: Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła, WNT Warszawa 2003.
• [53] Lis K.: Rozprawa doktorska pt. "Zastosowanie metod pirometrycznych do identyfikacji temperatury narzędzia podczas wiercenia", Politechnika Śląska Gliwice, 2008.