Investigation of the influence of the method of fixing the cut-off tool inserts on its stress state

Abstract

Cut-off tools equipped with carbide inserts are commonly used in turning operations. Due to the very heavy conditions in which such blades work, they fail, as a rule, not as a result of their operation, but due to the breakage of carbide inserts. This study investigates the causes of such failures and methods to prevent such phenomena. A thorough analysis of the current state and research methods of stress state in cutting tools, including turning cutters, was carried out. Methods of stress reduction in carbide inserts were also analysed. This paper focuses on the study of the stress state in cut-off tools with brazed carbide inserts. The stress state in the carbide inserts and the influence of different fixation methods of carbide insert to the holder were considered. The main approach to stress studies was the photoelasticity method, which allows quickly and clearly obtaining and evaluating the results. Models of carbide inserts were made of optically sensitive material. It as a part of a complex model of a cut-off tool with a carbide insert with three different methods of fixation were loaded with a force by means of a specially designed stand simulating the cutting force. The study was carried out on a PPU-7 polarisation-projection unit. Isochromatic and isocline patterns were obtained. The estimation of the principal stresses was performed by the difference of shearing stresses for three cross sections of the insert: at the surface, in the middle and at the base. It was found that the best result is given by the method in which the insert on the side far from the cutting edge has a bevel made at an angle of 10°.

Оснащені твердосплавними пластинками відрізні різці є дуже поширеним інструментом, який використовується в токарних операціях. Через дуже важкі умови, у яких працюють такі різці, вони виходять з ладу, як правило, не в результаті їх спрацювання, а внаслідок поломок твердосплавних пластин. У даній роботі досліджувалися причини таких поломок і методи для запобігання таким явищам. Проведений ґрунтовний аналіз сучасного стану та методів досліджень напруженого стану в ріжучих інструментах, зокрема токарних різців. Аналізувалися також методи зменшення напружень у твердосплавних пластинках. Дана робота зосереджена на вивченні напруженого стану у відрізних різцях з напайними твердосплавними пластинками. Водночас вивчався напружений стан у твердосплавних пластинках і вплив на нього різних способів закріплення твердосплавної пластинки до державки. Основним методом досліджень напруженого стану був метод фотопружності, який дозволяє досить швидко та наочно отримати й оцінити результати. Були виготовлені з оптично-чутливого матеріалу моделі твердосплавних пластинок, які у складі складної моделі відрізного різця з твердосплавною пластинкою з трьома різними способами закріплення, за допомогою спеціально розробленого стенду, навантажувалися силою, що моделювала силу різання. Дослідження проводилися на поляризаційно-проекційній установці ППУ-7. Були отримані картини ізохром та ізоклин. Розрахунок головних напружень виконувався методом різниці дотичних напружень для трьох перерізів пластинки: біля поверхні, посередині і біля основи. Встановлено, що найкращий результат дає спосіб, за якого пластинка на віддаленій від ріжучої кромки стороні має скіс, зроблений під кутом 10°.