При пользовании этим методом краска смешивается с алкоголями и наносится ровным слоем на грани исследуемых резцов. Некоторая погрешность в данном случае заключается в том, что оттенок переходящих красок меняется в зависимости от продолжительности действия тепла.

Один из наиболее точных и в то же время относительно простой способ — измерение температуры резца с помощью термопары, впервые примененной Я. Г. Усачевым. Как известно, при нагреве места спая проволок из двух разнородных металлов, например железо — константан, медь — константан, платина — иридий и т. д., в нем образуются заряды противоположных знаков. Если свободные концы проволок соединить, то в цепи возникает термоток, электродвижущая сила которого пропорциональна разности температур места спая и холодных концов проволок.

Рис. 8. Термопара Я. Г. Усачева

Величину электродвижущей силы или напряжения можно измерять с помощью гальванометра или милливольтметра. Для перевода величины электродвижущей силы в градусы термопару необходимо тарировать. На рис. 8, а показана термопара Я. Г. Усачева. Здесь спай двух различных металлических проволок, изолированных слюдой или стеклянной трубкой, вставлен в канал, просверленный в резце снизу. Дно этого канала располагают возможно ближе к передней грани и режущей кромке резца, чтобы измерить температуру возможно ближе к источникам теплоты. Недостатки этого способа: удаленность спая термопары от участка максимальной температуры и необходимость поддерживать постоянным давление между спаем и дном отверстия.

Более удачной оказалась другая термопара (рис. 8, б), в которой проволока, например константановая, также изолированная от стенок канала, расклепывается на задней грани резца возможно ближе к режущей кромке. Здесь термопарой являются проволока и материал самого резца. С помощью такой термопары Я. Г. Усачев провел ряд температурных исследований с достаточной точностью. Ею воспользовался ряд наших исследователей при определении температурного поля резца. Для этого в головке резца просверливалось вдоль главной и вспомогательной режущих кромок определенное количество отверстий, куда вставлялись термопары. К головке резца сверху прикреплялась тонкая пластина (толщиной примерно 2 мм), служившая передней поверхностью резца. На рис. 9 показано температурное поле передней поверхности, полученное А. М. Даниеляном при обработке стали со скоростью v = 38 м/мин, t = 2 мм; s = 0,54 мм/об.

Этот способ измерения имеет свои недостатки; измеряется температура на одном ограниченном участке и, к тому же несколько удаленном от основных источников теплообразования; необходимо иметь специальные резцы; недолговечность резцов, так как после одной-двух переточек термопара разрушается.

Рис. 9. Температурное поле на передней поверхности резца Рис. 10. Схема естественной термопары

В настоящее время температурные исследования производятся с помощью, так называемой естественной термопары, состоящей из самого изделия и режущего инструмента (рис. 10). В процессе резания в месте контакта разнородных материалов изделия и резца вследствие нагрева возникает электродвижущая сила. Термоток в этом случае направляется по обрабатываемой детали 1 через медное кольцо 2, а затем через ртуть в ванне 3, служащей для контакта вращающегося кольца 2 с проволокой 4. При этом милливольтметр покажет напряжение термотока, по которому можно судить о температуре резания. Обрабатываемое изделие изолировано от патрона и заднего центра, а резец от суппорта — при помощи прокладок.

В практике этот метод измерения был значительно упрощен тем, что отказались от изолирования обрабатываемого изделия от станка. Контактирование через кольцо и ртуть, как показано на рис. 10, а также изолирование заднего центра от изделия были продиктованы желанием освободиться от второй дополнительной термопары, получающейся в месте контакта заднего центра и изделия; казалось бы, при этом дополнительный термоток должен нарушить правильность показаний основной термопары. Но в действительности роль второй термопары оказалась ничтожной вследствие слабого разогревания заднего центра по сравнению с резцом, и поэтому практически стало вполне возможным работать и без изоляции заднего центра (рис. 11). Это значительно упростило все устройство, освободив его от дополнительных приспособлений, так как теперь второй провод присоединялся к любой точке станка.

В этом виде метод естественной термопары был бы вполне пригоден для применения, если бы не сложность тарирования подобного устройства, заключающаяся в том, что для каждого обрабатываемого материала и резца необходимо строить свою тарировочную кривую зависимости между температурой и показаниями милливольтметра. Для этого применяют различные методы тарирования.

Рис. 11. Упрощенная схема естественной термопары

Наиболее простой из них состоит в следующем: в ванну с расплавленным оловом (или алюминием для тарировки выше 600° С) погружаются сливная стружка, снятая с обрабатываемой детали, и резец. Стружка и резец соединяются проволоками с гальванометром. При нагреве ванны (например, в электропечи) температура ее регистрируется контрольной термопарой, и одновременно записываются показания гальванометра. В дальнейшем оказалось, что при тарировании вместо стружки можно использовать брусок обрабатываемого материала.

В действительности условия нагрева в процессе резания отличаются от условий тарирования, поскольку в обоих случаях не обеспечиваются одинаковые площади контакта обрабатываемого металла с резцом. К тому же при тарировании измеряется постоянная температура контакта образца и инструмента, между тем как на площади контакта стружки и передней поверхности инструмента в процессе резания развивается температура различной напряженности в разных точках контакта и естественная термопара измеряет некоторую усредненную температуру.

На рис. 12 показана схема полуестественной термопары, примененной в ЛПИ для измерения температуры резания при тонком точении минералокерамическим резцом.

Оптический и радиационный методы. Оптические пирометры для измерения температуры резания применяются при скоростной обработке металла, когда стружка и резец нагревались весьма сильно вплоть до светлого каления. Однако опыт использования этого метода недостаточен, чтобы можно было сделать определенные выводы.

Радиационный метод измерения температуры, предложенный Ф. Швердом, основан на измерении теплоты лучеиспускания (рис. 13). Он дает возможность измерять температуру резания на любом участке стружки и резца. Необходимо лишь изолировать другие лучи, отражаемые не из фиксируемых точек. Схема устройства этого прибора проста. Тепловой луч, направленный от наблюдаемого участка, проходит через две линзы, отверстие на экране и падает на фотоэлемент. Высокочувствительный гальванометр, соответственно проградуированный, показывает температуру наблюдаемого участка. Этот метод позволяет детальнее исследовать температуру стружки и инструмента, но он не получил широкого распространения из-за следующих недостатков.