Качество деталей машин и эффективность механообработки в значительной мере определяются тепловыми явлениями в зоне резания. Особенно актуальны исследования тепловых процессов для высокоскоростных методов обработки инструментами из сверхтвердых материалов, так как в этом случае тепловыделение при резании существенно повышается.
Современные методы исследования тепловых явлений в зоне резания достаточно хорошо разработаны [1, 2]. Основное внимание в них уделено изучению состояния режущего инструмента, закономерности же протекания тепловых процессов в деталях освещены недостаточно. Работа [3], посвященная определению температурных полей в поверхностном слое детали при различных методах обработки, не охватывает вопросов точения инструментами из сверхтвердых материалов.
Целью представленной работы является установление закономерностей формирования температурного поля в детали при точении инструментами из сверхтвердых материалов с использованием метода источников.
Схема расположения источников теплоты и распределения тепловых потоков в зоне резания при точении инструментами из сверхтвердых материалов представлена на рис.1. Ось X в рассматриваемой системе координат ориентируется в направлении передней поверхности перпендикулярно главной режущей кромке; l - длина контактной площадки в направления схода стружки; h - износ по задней поверхности; а - толщина среза; а1 – толщина стружки; ?- угол сдвига.
При точении инструментами из сверхтвердых материалов размеры источников теплоты существенно меньше размеров обрабатываемой детали. В связи с этим при схематизации компонентов технологической системы, представленной на рис.2, деталь рассматривается как полубесконечное тело.
Температурное поле в детали формируется под воздействием источника J2 с нормальным несимметричным распределением плотности тепловыделения, определяемой функцией распределения:
Источник теплоты, возникающий на поверхности детали в результате взаимодействия с лезвием инструмента по площадке износа по его задней поверхности, рассматривается как быстродвижущийся полосовой шириной h.
Температурное поле в детали для полосового быстродвижущегося источника описывается аналитическим выражением [2]:
Верхний предел интегрирования p зависит от абсциссы x точки, для которой рассчитывается температура. Если x? h, то p = h, так как на температуру тела в точке М влияют все одномерные источники, образующие плоский. Если же x? h, то p = x, так как в этом случае на температуру влияют только те одномерные источники, которые имеют абсциссу 0 xu x. Остальные источники, у которых x? xu h, влияния не оказывают, так как теплота, выделяемая быстродвижущимся источником, впереди источника не распространяется.
Для исследования температурного поля в детали целесообразно перейти к безразмерным величинам 
и использовать выражение:
Безразмерное распределение температур по поверхности и глубине детали представлено на рис.3. Безразмерная функция имеет наибольшее значение Tmax = 0,5 при ψ = 0,5 и ν =0.
Расчеты фактических температур выполнялись для следующих режимов обработки закаленной стали 45 резцами из эльбора: скорость резания Vточ = 3м/с, подача s = 0,1 мм/об, глубина резания t = 0,3 мм; qТЗ =1,12•108 Вт/м?, величина износа по задней поверхности h = 0.1 мм.
Температурное поле в детали представленное на рис 4, иллюстрирует распределение температур по ее поверхности (ось Х) и по глубине (ось Y). Максимальное значение температуры Θmax = 400оС имеет место в середине площадки контакта между задней поверхностью лезвия инструмента и деталью. Графики свидетельствуют о том, что кривая температура по глубине поверхности достаточно быстро убывает. Это объясняется тем, что для быстродвижущихся источников поверхностный слой заготовки прогревается на незначительную глубину.
Для сравнения тепловых явлений в детали при различных видах обработки на рис. 5 представлено температурное поле, возникающее в детали при шлифовании.
Расчеты температур выполнялись для следующих режимов обработки: скорость резания Vшл = 30м/с, подача s = 16 мм/об, глубина резания t = 0,01 мм. Максимальное значение температуры при шлифовании Θmax шлифования = 915оС, что значительно превышает температуру, возникающую при точении резцами из эльбора.
Таким образом, на основании разработанной методики исследованы распределения температур, как на поверхности детали, так и по ее глубине, при обработке инструментами из сверхтвердых материалов, что позволяет прогнозировать тепловое состояние детали и регламентировать режимы обработки, не превышающие допустимый уровень температур. Методика может быть использована для исследования температурных полей в детали для любых видов обработки.