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

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 86 ОБОРУДОВАНИЕ . ИНСТРУМЕНТЫ Е = 596 ГПа ,  = 0,32 и максимальным зна - чением сумм напряжений в режущем клине Θ = 1600 МПа ) составляющая деформации , вы - званная термонапряжениями , не превысит 14 % от общей деформации инструмента . Поэтому температуры в узлах расчетной сетки с точно - стью , достаточной для инженерных расчетов , можно определить по формуле , полученной из уравнения (22): 0 è . t t m T T t   = + (23) Предложенные методики реализованы в про - граммах расчета составляющих напряжений и температур , написанных в среде MatLab. Результаты и их обсуждение Для исследования работоспособности ме - тодов проведен эксперимент , в котором осу - ществлялся процесс прямоугольного точения стали 1 Х 12 Н 2 ВМФ ( ЭИ 961) резцом из твердо - го сплава ВК 8 с задним углом  = 10 град ., пе - редним углом  = –5 град . со скоростью резания V = 0,1 м / с и подачей S = 0,15·10 –3 м / об . Интер - ференционные картины , полученные видео - съемкой с частотой 16·10 3 кадр / с , при данных условиях представлены на рис . 5. На рис . 6 представлены эпюры порядков интерференционных полос m вдоль передней и задней поверхности инструмента ( в зависи - мости от расстояния R от вершины рабочей части ). На рис . 7 представлены поля составляю - щих напряжений σ x , σ y ,  xy и поле температур , полученные с использованием разработанных методик . Анализ поля составляющей σ x показывает , что в основном преобладают напряжения сжа - тия , максимальные значений которых наблюда - ются на передней поверхности вблизи режущей кромки . Изменение составляющей σ у вдоль пе - редней поверхности имеет экстремальный ха - рактер с минимумом в зоне контакта . По мере приближения к режущей кромке составляющая σ у увеличивается и меняет знак . Изменение ка - сательной составляющей τ xy на передней поверх - ности также имеет экстремальный характер . По мере приближения к режущей кромке составля - ющая τ xy сначала уменьшается до минимального Рис . 5. Интерференционные картины ( частота съемки 16·10 3 кадр / с ): a – до момента врезания ; б – во время процесса резания ( максимальная нагрузка ); в – сразу после работы ; г – че - рез 1 с после работы Fig. 5. Interference fringe patterns (camera frame rate 16·10 3 fps): a – before the cutting process; б – during the cutting process (maximum load); в – immediately after the interruption of the process; г – one second after the interruption of the process а б в г отрицательного значения , а затем увеличивается и меняет знак . В зоне контакта на задней поверх - ности наблюдается узкая зона отрицательных значений τ xy , а вне длины контакта составляю - щая τ xy = 0. Температурное поле отличается равномерно - стью . Значения температур относительно низкие из - за высокой теплопроводности твердого спла - ва марки ВК 8 и небольшой скорости резания . Максимальная температура наблюдается на вер - шине резца . По мере удаления от нее темпера - тура уменьшается , при этом больший градиент наблюдается по передней поверхности . Характер распределения температур и на - пряжений , полученных в результате провер - ки работоспособности разработанных мето - дов , совпадает с результатами , полученными альтернативными методами в других исследо - ваниях [1, 14].