Исследование температур при всевозможных схемах шлифования позволяет сделать вывод, что предельное состояние температурного поля (тепловое насыщение) наступает не сразу после начала процесса шлифования. От момента начала процесса до установления предельного состояния имеется хотя и малый, но физически ощутимый промежуток времени, в течение которого шлифование протекает в нестационарном режиме. Наличие этого временного промежутка можно обнаружить и экспериментально по измерению температур например методом полуискусственной термопары.
Для описания любого реального процесса нужна его математическая модель. Основой такой модели при описании тепловых процессов в шлифуемых деталях является уравнение теплопроводности. Для выполнения условий однозначности уравнение должно быть дополнено начальными и граничными условиями. Условия на границах тел при шлифовании зависят от формы этих тел, состояния поверхности, способов крепления деталей, методов охлаждения и т.д. Эти условия в реальных технологических процессах настолько сложны, что описывать их на языке математики без схематизации не представляется возможным. Схематизация процесса при аналитическом описании заключается в выделении наиболее существенных черт и пренебрежении рядом второстепенных.
Для определения даже этих простейших граничных условий необходим эксперимент. Существующие расчетные методы пока мало разработаны и не дают надежных результатов.
Экспериментально плотность теплового потока обычно определяется двумя методами: по измерению тангенциальной составляющей силы резания Pz и по измерению эффективной мощности по разности мощностей рабочего и холостого хода. Оба эти метода дают общую тепловую мощность, выделяющуюся в зоне шлифования. В дальнейшем эта мощность распределяется в виде тепловых потоков между контактирующими телами.
При измерении сил при шлифовании можно воспользоваться эмпирической формулой
где c, α, β, γ, δ - экспериментально подбираемые коэффициенты.
Эти коэффициенты дают большой разброс в численных значениях. Разброс достигает иногда почти 50 %, что вызывает необходимость сдержанного отношения к этим формулам. Сравнительно небольшие изменения условий (температура, влажность воздуха, износ круга) вызывают большие изменения в результатах измерения сил Pz. Наиболее надежным является конкретный эксперимент по проверенной методике для данных условий.
Измерив тангенциальную составляющую силы резания Pz и зная скорость периферии круга, можно определить общую тепловую мощность, выделяющуюся в зоне контакта:
N = PzUкр.
Разделив эту величину на площадь зоны контакта, можно найти полную плотность теплового потока:
где S - подача; Uкр - скорость вращения круга.
Математическая постановка задачи и результаты ее решения показывают, что доля тепла, идущего в охлаждающую жидкость, должна быть исключена из уравнения теплового баланса независимо от того, есть жидкостное охлаждение или нет. Это нужно делать потому, что доля тепла, поступающего в жидкость, попадает в нее не непосредственно из зоны контакта, а с поверхности нагретого металла уже после того, как шлифовальный круг прошел это место. Непосредственно в зону контакта жидкость не попадает или попадает в незначительных количествах.
Таким образом, вопрос о распределении тепла между контактирующими телами должен решаться исходя из условия теплового контакта между тремя телами: шлифуемым изделием, абразивным кругом и стружкой.