Study of the stress-strain and temperature fields in cutting tools using laser interferometry

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 79 ОБОРУДОВАНИЕ . ИНСТРУМЕНТЫ Исследование напряженно - деформированного и температурного состояния режущей части инструмента с использованием лазерной интерферометрии Игорь Ефимович a, * , Иван Золотухин b Тюменский индустриальный университет , ул . Володарского 38, г . Тюмень , 625000, Россия a https://orcid.org/0000-0002-9060-4988, egor_kosin@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0002-1517-9117 , zolotuhinis@tyuiu.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 4 с . 79–92 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-79-92 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Работоспособность режущих инструментов во многом обусловливает экономическую эффек - тивность осуществляемых ими технологических операций . Найти пути повышения работоспо - собности позволит исследование напряженно - деформированного ( НДС ) и температурного со - ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.91.01-02 + 531.7.08 + 620.172.21 История статьи : Поступила : 13 сентября 2021 Рецензирование : 28 сентября 2021 Принята к печати : 09 ноября 2021 Доступно онлайн : 15 декабря 2021 Ключевые слова : Резание металлов Металлорежущий инструмент Измерение деформаций Лазерная интерферометрия Скоростная видеосъемка Напряженно - деформированное состояние Распределение напряжений Распределение температур Температурное поле Граничные условия Численные методы АННОТАЦИЯ Введение . Эффективность эксплуатации металлообрабатывающих инструментов во многом обусловле - на работоспособностью их режущей части , повысить которую можно путем исследования ее напряженно - де - формированного ( НДС ) и температурного состояния . Известные методы исследований НДС либо обладают низкой точностью , либо неприменимы для исследования в процессе работы инструментов , изготовленных из материалов , обладающих высокими механическими характеристиками . В свою очередь , исследование температурных полей с использованием известных методов вызывает большие трудности из - за малого раз - мера рабочей зоны инструментов , высоких температур и большого температурного градиента , возникающих в процессе их работы . Цель работы : разработка новых экспериментальных методов исследования НДС и температурных полей режущего инструмента в процессе его работы с использованием лазерной интерфе - рометрии . Методы включают в себя : получение интерференционных картин с помощью интерферометра оригинальной конструкции ; регистрацию в процессе работы инструмента изменения полей поперечных де - формаций его режущей части по соответствующим интерференционным картинам , полученным с помощью высокоскоростной видеосъемки ; расшифровку картин с разделением полей деформаций , вызванных нагре - вом и контактными нагрузками ; расчет полей температур и составляющих напряжений с использованием механических характеристик и температурного коэффициента линейного расширения инструментального материала . Преимущества разработанных методов : применимость при реальных условиях эксплуатации инструмента , возможность исследования нестационарных НДС и температур в процессе работы , высокое пространственное разрешение и малая предельная площадь исследуемой поверхности . Результаты и об - суждение . Экспериментальное исследование подтвердило работоспособность методов . Получены поля со - ставляющих напряжений и температур при свободном точении заготовки из жаропрочной стали резцом из твердого сплава ВК 8. Разработанные методы могут быть использованы при изучении работоспособности режущей части инструментов в условиях , приближенных к реальным , а также для получения граничных условий при исследовании НДС материала заготовки в зоне обработки . Для цитирования : Ефимович И . А ., Золотухин И . С . Исследование напряженно - деформированного и температурного состояния режущей части инструмента с использованием лазерной интерферометрии // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 4. – С . 79–92. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-79-92. ______ * Адрес для переписки Ефимович Игорь Аркадьевич , к . т . н ., доцент Тюменский индустриальный университет , ул . Володарского , 38, 625000, г . Тюмень , Россия Тел .: +7 (3452) 50-49-15, e-mail: egor_kosin@mail.ru стояния рабочей части инструмента в условиях , максимально приближенных к реальным . Известно большое количество разнообраз - ных методов исследования НДС твердых тел , каждый из которых обладает особенностями , ограничивающими возможность их примене - ния к задаче исследования НДС рабочей части инструментов . Например , использование тен - зометров для исследования полей деформаций весьма затруднено в случае малых размеров ис - следуемой зоны и высокой температуры ее на - грева . Метод разрезного ( составного ) резца [1] позволяет проводить исследования в реальных