Техніка та енергетика

Дослідження напруженого стану твердосплавної пластини відрізного різця

Павло Забродський, Савелій Кухарець, Богдан Шелудченко, Олександр Медведський
Завантажити статтю
Анотація

Різальні інструменти з твердосплавними пластинами працюють у жорстких умовах, які можуть спричинити розтріскування та руйнування, оскільки їхня міцність безпосередньо залежить від напружено-деформованого стану. Дослідження було проведено з метою визначення впливу кута встановлення в державку напаяних твердосплавних пластин відрізних різців на їх напружений стан. Експериментальні дослідження за методом фотопружності відзначаються високою чутливістю, неруйнівним впливом, наочністю, швидкістю отримання результатів. Виконували дослідження на поляризаційно-проекційній установці ППУ-7 з використанням фізичних моделей твердосплавних пластин з оптично-чутливого матеріалу ЕД-6, які приєднувались у державку з різними кутами встановлення. Отримані фотокартки ізохром та ізоклин дозволили оцінити реальну візуальну картинку діючих напружень. Під час експерименту моделі відрізних різців навантажувалися за допомогою спеціально розробленого стенду, що моделював силу різання. Розрахунок головних напружень виконувався методом різниці дотичних напружень для обраних кутів встановлення пластин. Доведено, що кут приєднання твердосплавної пластини до державка безперечно впливає на розподіл в ній напружень під час металообробки. Встановлено кількісний зв’язок між величиною кута приєднання до державки та величиною діючих внутрішніх напружень у твердосплавної пластинки. Найбільші напруження  діють в перерізі ріжучого леза твердосплавної пластини незалежно від кута приєднання до державка. Встановлено найменший рівень діючих напружень вздовж точок вимірювання у трьох зонах за шириною твердосплавної пластини при приєднані до державка під кутом -30°. За умови кутів приєднання 15°, 0° та -15° виникають критичні напруження у всіх досліджених зонах за шириною пластини вздовж точок вимірювання

Ключові слова

ізоклин, ізохром, анізотропія, фотопружність, кут встановлення

ЦИТУВАТИ
Zabrodskyi, P., Kukharets, S., Sheludchenko, B., & Medvedskyi, O. (2025). Investigation of the stress state of a carbide plate of a cutting tool. Machinery & Energetics, 16(4), 34-42. https://doi.org/10.31548/machinery/4.2025.34
Використані джерела
  1. Adamu, A., Bawa, M.A., & Abioye, A.M. (2021). Optimization of cutting parameters of tool wear in turning operations: A review. Saudi Journal of Engineering and Technology, 6(9), 315-319. doi: 10.36348/sjet.2021.v06i09.003.
  2. Bakulin, Ye.A., Yakovenko, I.A., & Bakulina, V.M. (2022). Determination of the stress-strain state parameters of the silo tower structure and its structural elements based on the results of destruction. In Achievements of Ukraine and EU countries in technological innovations and invention: Collective monograph. Riga: Baltija Publishing. doi: 10.30525/978-9934-26-254-8-1.
  3. Bergmann, B., Schenzel, J., & Kraeft, M. (2025). Tool failure: A method for stress calculation of worn cutting tools. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 10, article number 1016. doi: 10.1016/j.cirp.2025.03.032.
  4. Bouzidab, L., Berkania, S., Athmane, M.Y., Girardinc, F., & Mabroukid, T. (2018). Estimation and optimization of flank wear and tool lifespan in finish turning of AISI 304 stainless steel using desirability function approach. International Journal of Industrial Engineering Computations, 9(3), 349-368. doi: 10.5267/j.ijiec.2017.8.002.
  5. Cai, W., Xiang, J., Dong, G., Lai, K., & Wiercigroch, M. (2025). Analytical modelling of parallel multidirectional cutting of slender shafts. International Journal of Mechanical Sciences, 288, article number 110024. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2025.110024.
  6. Ghosh, S., Naskar, S.K., & Mandal, N.K. (2018). Estimation of residual life of a cutting tool used in a machining process. MATEC Web of Conferences, 192, article number 01017. doi: 10.1051/matecconf/201819201017.
  7. Gutakovskis, V., Avisane, A., & Mozga, N. (2022). Finite element analysis of stainless steel AISI 420 cutting process to predict cutting forces and temperature distribution in duratomic-coated cutting tool. In 21st international scientific conference: Engineering for rural development (pp. 489-495). Jelgava: Latvia University of Life Sciences and Technologies. doi: 10.22616/ERDev.2022.21.TF167.
  8. He, Q., Du, Y., Qin, Q., & Qiu, W. (2025). Automatic stress analysis method for semiconductor materials based on dual-wavelength infrared photoelasticity. Optics and Lasers in Engineering, 184(1), article number 108648. doi: 10.1016/j.optlaseng.2024.108648.
  9. Kumar, M., Pensia, L., Kaur, K., Kumar, R., Awatsuji, Y., & Matoba, O. (2025). Advances in optical metrology: High-bandwidth digital holography for transparent objects analysis. Photonics, 12(6), article number 617. doi: 10.3390/photonics12060617.
  10. Kurt, A., Yalçin, B., & Yilmaz, N. (2015). The cutting tool stresses in finish turning of hardened steel with mixed ceramic tool. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 80, 315-325. doi: 10.1007/s00170-015-6927-3.
  11. Liu, Y., Su, G., Xia, Y., Zhang, H., Wei, G., Sun, Y., Li, B., Zhang, P., Du, J., & Fang, B. (2025). Influences of impact loading rate on the protective effect of shims on breakage of inserts in intermittent cutting. Journal of Manufacturing Processes, 143, 1-16. doi: 10.1016/j.jmapro.2025.03.096.
  12. Lubis, S., Darmawan, S., Rosehan, Winata, W., & Zulkarnain, M. (2020). Tool wear analysis of ceramic cutting tools in the turning of gray cast iron materials. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 857(1), article number 012003. doi: 10.1088/1757-899X/857/1/012003.
  13. Östby, J., Toller-Nordström, L., & Norgren, S. (2022). Insights into plastic deformation and binder lamella orientation in hardmetal turning inserts. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 103(4), article number 105779. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2022.105779.
  14. Pandey, A., Madhavan, V., & Moscoso-Kingsley, W. (2024). Photoelastic measurement of tool stress distribution when machining AA-7075-T6 under dynamic conditions produced by shear banding. Journal of Manufacturing Processes, 124(2), 966-971. doi: 10.1016/j.jmapro.2024.05.079.
  15. Rizzo, A., Goel, S., Grilli, M.L., Iglesias, R., Jaworska, L., Lapkovskis, V., Novak, P., Postolnyi, B.O., & Valerini, D. (2020). The critical raw materials in cutting tools for machining applications: A review. Materials, 13(6), article number 1377. doi: 10.3390/ma13061377.
  16. Roszkowski, A., Piórkowski, P., Skoczyński, W., Borkowski, W., & Jankowski, T. (2020). Study on the impact of cutting tool wear on machine tool energy consumption. Advances in Science and Technology Research Journal, 14(3), 158-164. doi: 10.12913/22998624/123283.
  17. Shvets, S., & Astakhov, V. (2020). Effect of insert angles on cutting tool geometry. Journal of Engineering Sciences, 7(2), A1-A6. doi: 10.21272/jes.2020.7(2).a1.
  18. Sobron, M., Lubis, Y., Djamil, S., & Andri, S.D. (2020). Tool life investigation of carbide cutting tools in the turning of cast iron material. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 725, article number 012039. doi: 10.1088/1757-899X/725/1/012039.
  19. Wu, F., Liu, Z., Guo, B., Sun, Y., & Chen, J. (2021). Research on the burr-free interrupted cutting model of metals. Journal of Materials Processing Technology, 295, article number 117190. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117190.
  20. Xiao, C., Lu, S., Zhang, W., Zhang, J., & Liu, J. (2024). Finite element analysis of cutting temperature in precision cutting of composite energetic material. Journal of Composites Science, 8(12), article number 525. doi: 10.3390/jcs8120525.
  21. Yontar, A.A., & Kartal, Y. (2017). Investigation to effects of cutting parameter on tool wear, tool life and machinability in machining operation. International Journal of Applied Science Engineering & Management, 3(3), 13-21.
  22. Zabrodskyi, P., Sheludchenko, B., & Kukharets, S. (2021). Investigation of the influence of the method of fixing the cut-off tool inserts on its stress state. Scientific Horizons, 24(1), 7-13. doi: 10.48077/scihor.24(1).2021.7-13.
  23. Zheng, M., Gang, T., Yao, B., Li, F., & Song, Y. (2012). Research on the cutting heat and wear of indexable inserts with different transition surfaces. Advanced Materials Research, 468-471, 1290-1293. doi: 10.4028/www.Scientific.net/AMR.468-471.1290.