Influence of tool material and tool wear on tool temperature in hard turning reconstructed via inverse problem solution

Abstract

In this work the cutting tool temperature distribution that develops during turning of hardened cold-work tool steel is modeled on the basis of experimental data. The data obtained from a series of thermocouples, placed on a PCBN insert, into an anvil, and into a toolholder, were used as the input for the model. An inverse problem was solved, where the heat fluxes were computed. The temperature distribution was modeled for the case of new tools, as well as for the case of its development in the course of a tool wear. The reconstructed temperature distributions were in good agreement with the measured data. The heat flux through rake face was found to be reducing with the decrease of thermal conductivity of the tool material.

Отримано розподіл температури різального інструменту при точінні загартованої холодно-штампованої сталі інструменту моделюванням на основі експериментальних даних. Дані, що отримано для ряду термопар, розміщених безпосередньо на пластині з ПКНБ, всередині підкладки і в державці, було використано в якості вхідних даних для моделі. Теплові потоки при різанні було отримано розв’язанням оберненої задачі. Розподіл температури в різці було отримано як для випадку нового інструменту, так і для випадку розвитку зносу інструменту в процесі зносу. Отримані розподіли температури добре узгоджуються з виміряними даними. Було виявлено, що тепловий потік через передню поверхню інструменту зменшується при зниженні теплопровідності матеріалу інструменту.

Получено распределение температуры режущего инструмента при точении закаленной холодно-штамповой стали моделированием на основе экспериментальных данных. Данные, полученные для ряда термопар, расположенных непосредственно на пластине из ПКНБ, внутри подложки и в державке, были использованы в качестве входных данных для модели. Тепловые потоки при резании были получены решением обратной задачи. Распределение температуры в резце было получено как для случая нового инструмента, так и для случая развития износа инструмента в процессе резания. Полученные распределения температур хорошо согласуются с измеренными данными. Было обнаружено, что тепловой поток через переднюю поверхность инструмента уменьшается при снижении теплопроводности материала инструмента.