使(shi)用一(yi)種新技術進行(xing)刀(dao)(dao)具(ju)測溫(wen)，以獲得加工(gong)Ti6Al4V和Inconel 718的切屑與(yu)刀(dao)(dao)具(ju)之間的界面（刀(dao)(dao)具(ju)前刀(dao)(dao)面）的全場溫(wen)度分布。紅外熱成像(xiang)技術可為1250 K以上的目標溫(wen)度范圍(wei)提(ti)供高精(jing)度。在(zai)研究過程中，使(shi)用了透明釔鋁石(shi)榴(liu)石(shi)（YAG）工(gong)具(ju)為切屑工(gong)具(ju)界面提(ti)供了一(yi)條光(guang)路。

最開始(shi)嘗試在加工(gong)中(zhong)產生熱(re)量的(de)實際點上對刀具(ju)(ju)(ju)測溫(wen)可(ke)以追溯到(dao)肖爾(er)和(he)(he)赫伯(bo)特(te)，他們引入了熱(re)電偶(ou)技(ji)術。從那時起已實施的(de)各種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)中(zhong)，通(tong)過使用(yong)嵌入式(shi)熱(re)電偶(ou)，金相分(fen)(fen)析(xi)和(he)(he)輻射(she)測定法(fa)(fa)，在刀具(ju)(ju)(ju)測溫(wen)方(fang)面均表(biao)現(xian)出眾(zhong)。這些方(fang)法(fa)(fa)可(ke)以分(fen)(fen)為高溫(wen)計(ji)和(he)(he)紅外熱(re)成(cheng)像方(fang)法(fa)(fa)。如(ru)果工(gong)件(jian)和(he)(he)工(gong)具(ju)(ju)(ju)材料(liao)不同(tong)，則熱(re)電偶(ou)技(ji)術基于(yu)(yu)在切(qie)屑(xie)工(gong)具(ju)(ju)(ju)界面處存在熱(re)電效應。它只(zhi)能在界面上測量平(ping)均溫(wen)度。雖(sui)然可(ke)以將(jiang)許多熱(re)電偶(ou)放置在非(fei)常靠近(jin)芯片工(gong)具(ju)(ju)(ju)接(jie)口(kou)(kou)（嵌入式(shi)熱(re)電偶(ou)）的(de)位置來確定該接(jie)口(kou)(kou)處的(de)溫(wen)度分(fen)(fen)布，但(dan)這些熱(re)電偶(ou)的(de)安裝(zhuang)成(cheng)本高昂(ang)且非(fei)常繁(fan)瑣(suo)。更(geng)重要(yao)的(de)是(shi)，必(bi)須鉆多個孔，這會改變(bian)通(tong)過工(gong)具(ju)(ju)(ju)的(de)熱(re)傳導并降低其強度。金相技(ji)術從與刀具(ju)(ju)(ju)直接(jie)接(jie)觸的(de)切(qie)屑(xie)材料(liao)的(de)微觀結(jie)構或硬度變(bian)化推斷出切(qie)屑(xie)-刀具(ju)(ju)(ju)界面的(de)溫(wen)度。即使此方(fang)法(fa)(fa)能夠(gou)在900 K至1150 K的(de)范圍內測量±25 K以內的(de)溫(wen)度，它也(ye)僅適用(yong)于(yu)(yu)微觀結(jie)構變(bian)化對溫(wen)度非(fei)常敏感(gan)的(de)工(gong)具(ju)(ju)(ju)材料(liao)。

圖為刀具裝置

在紅外熱成像中，可以將熱源在光譜的紅外或近紅外部分中的不同點發出的輻射轉換為源溫度，將黑體直接放在工具前刀面的頂部進行校準。如果使用高速相機測量輻射，則紅外熱像儀可以高時空分(fen)(fen)辨率返回源表面(mian)的(de)溫(wen)度(du)分(fen)(fen)布。該技術已用(yong)于研(yan)究(jiu)切(qie)削刀(dao)具，切(qie)屑側(ce)面(mian)的(de)溫(wen)度(du)分(fen)(fen)布。使用(yong)紅外熱像儀確定切(qie)屑-工(gong)具界面(mian)溫(wen)度(du)分(fen)(fen)布需要(yao)光學訪(fang)問工(gong)具前(qian)刀(dao)面(mian)。

相(xiang)機對紅外線很敏(min)感，目(mu)的(de)(de)是(shi)找到切屑-工(gong)具(ju)界面(mian)(mian)溫度(du)(du)和工(gong)具(ju)磨(mo)損之間的(de)(de)關系。據(ju)報(bao)道(dao)，Ti6Al4V在(zai)約2.5 m / s的(de)(de)加(jia)工(gong)速(su)(su)(su)度(du)(du)和約300μm/ rev的(de)(de)進給(gei)(gei)速(su)(su)(su)度(du)(du)下(xia)高(gao)達2000 K的(de)(de)溫度(du)(du)。對于(yu)AlZnMgCu1.5，在(zai)21.7 m / s的(de)(de)加(jia)工(gong)速(su)(su)(su)度(du)(du)和400μm/ rev的(de)(de)進給(gei)(gei)速(su)(su)(su)度(du)(du)下(xia)，溫度(du)(du)高(gao)達800K。對于(yu)在(zai)上面(mian)(mian)應(ying)用的(de)(de)加(jia)工(gong)速(su)(su)(su)度(du)(du)和進給(gei)(gei)率(lv)產生(sheng)的(de)(de)溫度(du)(du)范圍，紅外線發射率(lv)的(de)(de)不確定(ding)性導致溫度(du)(du)估算的(de)(de)相(xiang)對較(jiao)大誤差。也就(jiu)是(shi)說，大約+/- 50K。

圖為紅外熱成像

結(jie)果表明，最高溫度(du)發生在距切(qie)(qie)削刃一定距離且(qie)位(wei)于(yu)切(qie)(qie)屑(xie)工(gong)具接觸面(mian)兩(liang)側的金屬沉積區域。據報道，在約(yue)1.5 m / s的加工(gong)速度(du)和約(yue)50μm/ rev的進給速度(du)下(xia)，溫度(du)高達?700K。紅(hong)外熱成像中的刀具測溫對(dui)發射(she)率不確定性(xing)敏感性(xing)較低。溫度(du)1250 K與溫度(du)不確定度(du)小于(yu)10 K有關。此外，使(shi)用的切(qie)(qie)削材料釔鋁石榴石（YAG）晶體實(shi)際上是(shi)透明的，并且(qie)非(fei)常堅硬 。YAG晶體也足(zu)夠(gou)便宜，以允許制造(zao)完(wan)整尺(chi)寸的工(gong)具，以利于(yu)全場工(gong)具前(qian)刀面(mian)溫度(du)的觀察。

其(qi)他(ta)參數相同，當使用YAG刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)時，切(qie)削(xue)Ti6Al4V和Inconel 718時的(de)切(qie)屑(xie)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)界面溫(wen)度(du)大(da)致相同，但進給量大(da)于(yu)100 μm時除外。這些溫(wen)度(du)約為1000K。從切(qie)削(xue)刃到峰值(zhi)(zhi)溫(wen)度(du)的(de)距(ju)離隨(sui)(sui)著加(jia)工(gong)(gong)速度(du)的(de)增加(jia)而減(jian)小，并(bing)隨(sui)(sui)著進給量的(de)增加(jia)而增加(jia)。峰值(zhi)(zhi)溫(wen)度(du)出現在距(ju)切(qie)削(xue)刃的(de)有限距(ju)離處，該距(ju)離小于(yu)切(qie)屑(xie)工(gong)(gong)具(ju)(ju)(ju)接觸區(qu)的(de)長度(du)。刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)前刀(dao)(dao)面的(de)加(jia)工(gong)(gong)能力(li)和/或摩擦力(li)似乎可(ke)以直接控制切(qie)屑(xie)-刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)界面的(de)峰值(zhi)(zhi)溫(wen)度(du)。

參考文獻：

Jean Carlos Garcia-Gonzalez, Wilfredo Moscoso-Kingsley, and Viswanathan Madhavan. Jean Carlos Garcia-Gonzalez, Wilfredo Moscoso-Kingsley, and Viswanathan Madhavan. Procedia Manufacturing. 2016.