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

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 4 2021 81 EQUIPMENT. INSTRUMENTS незначительно . Методы термочувствительных покрытий (PVD- пленки [10] и термокраски [13]) из - за различий термофизических характеристик материала покрытий и материала исследуемо - го объекта , а также процессов теплопередачи между ними обладают высокой инертностью и низкой точностью измерения полей температур . Точность методов , основанных на инфракрас - ной термометрии ( тепловидении ), во многом за - висит от точности определяемого эксперимен - тально коэффициента излучения исследуемой поверхности , который может изменяться с ро - стом температуры , зависит от шероховатости и степени окисления поверхности [14]. Пробле - ма определения и учета изменения при нагреве коэффициента излучения может быть частично решена применением двухцветной термомет - рии [15], однако остается влияние на точность измерений качества поверхности и степени ее окисления . Из - за интерференции на окисных пленках исследуемой поверхности возникает ложный дрейф измеряемой температуры . Ин - фракрасная камера имеет относительно малое пространственное разрешение из - за большой длины волны теплового излучения , что затруд - няет исследование малых объектов . Имеются также затруднения при измерении температуры , изменяющейся в широком диапазоне . Высокая стоимость матриц детекторов инфракрасного из - лучения и элементов инфракрасной оптики обу - словливает ограниченность применения метода . Метод , основанный на регистрации темпера - турных деформаций исследуемого тела интер - ферометрическим способом [16], обладает ма - лой инертностью , высоким пространственным разрешением и малой предельной площадью исследуемой поверхности . Кроме того , темпе - ратурный коэффициент линейного расширения ( ТКЛР ), необходимый для преобразования де - формаций в температуру , может быть определен с высокой точностью на современных дилатоме - трах [17] и не зависит от величины шероховато - сти поверхности . Недостатком метода является проблема разделения силовых и температурных деформаций при их совместном действии , а так - же ограничения , связанные с формой поверхно - сти исследуемых объектов . Постановка проблемы . В настоящее время для определения НДС и температурных полей инструментов большое распространение полу - чили расчетные аналитические [18, 19] и чис - ленные [20] методы . В этих методах используют схематизированные силовые и тепловые нагруз - ки на инструмент [21, 22], полученные , как пра - вило , аналитическим путем , а контактные про - цессы в зоне обработки во многом упрощаются . Повышение достоверности результатов расчетов может быть достигнуто на основе исследования контурных условий , полученных эксперимен - тальным путем . Рассмотренные экспериментальные методы исследований НДС и температур обладают су - щественными недостатками , ограничивающи - ми их применимость и точность полученных результатов . Поэтому разработка новых экс - периментальных методов исследований явле - ний , наблюдаемых при работе различных видов инструментов , является актуальной научной задачей . Методика исследований Для преодоления недостатков существу - ющих экспериментальных методов , а также с целью максимального приближения условий эксперимента к реальным авторами разработа - ны новые экспериментальные методы исследо - ваний деформаций [23], температурных полей [24] и лазерно - интерферометрическая установка [25], реализующая эти методы . Схема разработанной экспериментальной установки представлена на рис . 1. Обрабатыва - емый материал в форме диска 1 закреплен на вращающейся оправке 2 . Исследуемый инстру - мент 3 , установленный в державке 4 , переме - щается вместе с оптической частью установки в радиальном направлении с необходимой ско - ростью подачи S . Для получения интерферен - ционной картины используется интерферометр , образованный полированной поверхностью 5 инструмента и оптическим клином 6 , также за - крепленном на державке . Источником света яв - ляется лазер 7 , для увеличения апертуры пучка которого применен расширитель пучка 8 . Исход - ная поляризация луча лазера горизонтальная и он без потерь проходит через поляризованный светоделитель 9 . Пройдя через четвертьволно - вую пластинку 10 , луч меняет поляризацию на круговую с вращением против часовой стрел - ки . В интерферометре луч делится на рабочий и