Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 136 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Распределение температуры по оси стального образца при скольжении с токосъемом по стальному контртелу Марина Алеутдинова a,* , Виктор Фадин b , Валерий Рубцов c Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия a http://orcid.org/0000-0003-4940-9221, aleut@ispsm.ru , b http://orcid.org/0000-0002-5028-1002, fvv@ispms.ru, c http://orcid.org/0000-0003-0348-1869, rvy@ispms.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2019 Том 21 № 2 с. 136–144 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-136-144 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Некоторые виды обработки металлов (то- карные и фрезерные работы, поверхностная пластическая деформация, шлифование и др.) сопровождаются повышением температуры до ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.891:621.762 История статьи : Поступила: 08 апреля 2019 Рецензирование: 19 апреля 2019 Принята к печати: 25 апреля 2019 Доступно онлайн: 15 июня 2019 Ключевые слова : Скользящий электрический контакт Термография Распределение температур Коэффициент излучения Финансирование Исследование выполнено в рамках Программы фундаментальных науч- ных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы, направление III.23. АННОТАЦИЯ Введение. Знание температурного поля в окрестности контакта деталь/инструмент может быть полезным при оптимизации процесса металлообработки. Инфракрасная термография является удобным способом получения распределения температуры. Этот метод широко используется при тепловом контроле. Представляется целесообразным выяснить применимость метода инфракрасной термографии для определения характера распределения температуры в зоне контакта деталь/инструмент. Представляет научный интерес сравнение распределения температур, полученных с помощью тепловизора и термопар в зоне модельного контакта деталь/инструмент. Предположено, что скольжение стального стержня по стальному кольцу может служить приближением к скольжению стального шара, выглаживающего поверхности металлических деталей. Температуру контакта можно изменять с помощью электрического тока. Цель работы : изучение особенностей распределения температуры по оси стального стержня, скользящего по стальному контртелу под воздействием электрического тока с применением инфракрасной термографии и с помощью термопар. Материалы и методики. Моделью инструмента служила наклепанная сталь марки Ст3 (Fe – 0,2%C) твердостью НВ 274. Скользящий электроконтакт осуществлен без смазки по схеме скольжения «pin-on-ring» при давлении р = 0,13 МПа и скорости скольжения v = 5 м/с. Сталь 45 (50 HRC) служила контртелом. Измерение температур проведено термопарами, прикрепленными к стержню точечной сваркой, и с помощью тепловизора FLIR A655 sc. Результаты и обсуждение. Показано, что при измерении температур тепловизором в условиях скользящего электрического контакта распределение температуры вдоль оси стержня имело нелинейный характер с относительно высокими (до 600 К/см) градиентами температуры в зоне контакта. Измерение температур на оси стержня термопарами при скольжении в этих же условиях показало линейное распределение температур с невысокими (около 100 К/ см) градиентами температуры в зоне контакта. Протекание тока по стержню при отсутствии скольжения также сопровождалось линейным распределением температур. Предположено, что нелинейность поля температур при его съемке тепловизором обусловлена трудностью установки правильного значения коэффициента излучения. Этот коэффициент зависит от присутствия оксидов, шероховатости и других параметров состояния излучающей поверхности. Боковая поверхность образца с высокой температурой в зоне скользящего контакта имела состояние, отличное от состояния той же самой боковой поверхности в зоне крепления образца к его держателю. Поэтому коэффициент излучения, заданный для состояния поверхности в зоне скольжения образца, не соответствовал состоянию поверхности в зоне держателя образца. Возможные значения коэффициента излучения (около 0,7), соответствующие температуре контакта около 400 ºС, были получены путем экспериментальной оценки коэффициентов конвективной и радиационной теплоотдачи. Отмечено, что точное поле температур можно получить с помощью тепловизора только после трудоемкой калибровки коэффициента излучения и подготовки поверхности образца. Сделан вывод об ограниченной возможности применения инфракрасной термографии в условиях скользящего контакта деталь/инструмент и тепловой контроль этого контакта предлагается осуществлять с помощью термопар. Для цитирования: Алеутдинова М.И., Фадин В.В., Рубцов В.Е. Распределение температуры по оси стального образца при скольжении с токосъёмом по стальному контртелу // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 136–144. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-136-144. ______ *Адрес для переписки Алеутдинова Марина Ивановна , к.т.н., н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия Тел.: 8 (3822) 28-68-15 , e-mail: aleut@ispms.ru