1504 工程科学学报，第42卷，第11期 (3)测量仪器及实验环境：实验采用PT640 4.3实验结果与分析 型红外热像仪进行测温，测量范围为-20℃~ 图7为切削速度分别是400、500、600mmin 150℃，分辨率为640×480：恒温室内，环境温度为 时，刀具-工件切削接触区外表面的最高切削温度 20℃. 热像图，图中白色方框上方Max及其数值为切削 4.2实验方案 区域最高温度值，单位为℃.从图7可以看出，在 切削速度分别为400、500和600mmin,主 单晶锗微切削过程中，随着切削速度的增大，界面 轴转速为2000rmin,切削深度为0.003mm,对三 温度逐渐升高，但界面温度增量较小，主要原因是 次不同切削速度下的切削温度进行实时测量，在 微切削过程中为了与实际应用相一致，切削过程 刀屑接触区分别取三个温度实时显示点 喷涂了微量的切削液以提高加工表面质量 (a) (b) 0 T℃ Max 25.7 140 Max 26.6 Workpiece Workpiece Tool Tool 0 T℃ Max 28.1 740 Workpiece Tool 10 图7不同切削速度下最高温度热像图.(a)=400mmin:(b)=500mmin:(c)1=600mmin Fig.7 Maximum temperature thermal image at different cutting speeds:(a)1=400 m-min:(b)v=500 m'min;(c)v=600 m-min 图8为单晶锗的理论模型计算结果与实验测 34 量结果对比.从图中可以看出，理论值与实验值变 -Experimental value 32 -.-Theoretical value 化趋势基本一致，切削温度随着切削速度的增大 30 而升高，说明单晶锗的切削温度变化过程符合萨 28 德蒙s-理论.三种不同切削速度条件下，理论计 算结果与实验测量结果存在一定误差，但相对误 24 差在2.56%~6.64%之间，主要原因是实验环境非 22 密闭保温空间，切削过程中喷涂了微量的切削液 20 400 450500550600 带走了部分热量，而理论模型未考虑空气对流和 v/(m-mm) 辐射.同时，红外热像仪标定的准确性也对测量结 图8单品锗微切削温度的实验值与理论值对比 果有一定影响， Fig.8 Comparison of experimental and theoretical values of single crystal germanium micro-cutting temperature 5结论 屑摩擦热源作用下的温升模型，计算了两个热源 (1)将移动热源法应用到单晶品锗微切削温度 作用下理论温度的叠加值 计算中，通过对非稳态热传导方程的求解，获得了 (2)采用红外热像仪对单品锗的微切削温度 剪切滑移面热源作用下的温升模型和前刀面与切 进行了在线测量.理论值与实验值对比表明：切削（ 3）测量仪器及实验环境：实验采用 IPT640 型红外热像仪进行测温 ，测量范围为 −20 ℃ ～ 150 ℃，分辨率为 640×480；恒温室内，环境温度为 20 ℃. 4.2    实验方案 切削速度分别为 400、500 和 600 m·min−1，主 轴转速为 2000 r·min−1，切削深度为 0.003 mm，对三 次不同切削速度下的切削温度进行实时测量，在 刀屑接触区分别取三个温度实时显示点. 4.3    实验结果与分析 图 7 为切削速度分别是 400、500、600 m·min−1 时，刀具–工件切削接触区外表面的最高切削温度 热像图，图中白色方框上方 Max 及其数值为切削 区域最高温度值，单位为℃. 从图 7 可以看出，在 单晶锗微切削过程中，随着切削速度的增大，界面 温度逐渐升高，但界面温度增量较小，主要原因是 微切削过程中为了与实际应用相一致，切削过程 喷涂了微量的切削液以提高加工表面质量. (a) Workpiece Tool Max 25.7 40 10 T/℃ (b) Workpiece Tool Max 26.6 40 10 T/℃ (c) Workpiece Tool Max 28.1 40 10 T/℃ 图 7    不同切削速度下最高温度热像图. （a）v=400 m·min−1；（b）v=500 m·min−1；（c）v=600 m·min−1 Fig.7    Maximum temperature thermal image at different cutting speeds: (a) v=400 m·min−1 ；(b) v=500 m·min−1 ；(c) v=600 m·min−1 图 8 为单晶锗的理论模型计算结果与实验测 量结果对比. 从图中可以看出，理论值与实验值变 化趋势基本一致，切削温度随着切削速度的增大 而升高，说明单晶锗的切削温度变化过程符合萨 德蒙[25−26] 理论. 三种不同切削速度条件下，理论计 算结果与实验测量结果存在一定误差，但相对误 差在 2.56%～6.64% 之间，主要原因是实验环境非 密闭保温空间，切削过程中喷涂了微量的切削液 带走了部分热量，而理论模型未考虑空气对流和 辐射. 同时，红外热像仪标定的准确性也对测量结 果有一定影响. 5    结论 （1）将移动热源法应用到单晶锗微切削温度 计算中，通过对非稳态热传导方程的求解，获得了 剪切滑移面热源作用下的温升模型和前刀面与切 屑摩擦热源作用下的温升模型，计算了两个热源 作用下理论温度的叠加值. （2）采用红外热像仪对单晶锗的微切削温度 进行了在线测量. 理论值与实验值对比表明：切削 34 32 30 28 26 24 20 22 600 v/(m·mm−1) Temperature/ ℃ 400 450 500 550 Experimental value Theoretical value 图 8    单晶锗微切削温度的实验值与理论值对比 Fig.8     Comparison  of  experimental  and  theoretical  values  of  single crystal germanium micro-cutting temperature · 1504 · 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期