Том 24 № 4 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 64 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования Дмитрий Ардашев a, Александр Жуков b, * Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, г. Челябинск, 454080, Россия a https://orcid.org/0000-0002-8134-2525, ardashevdv@susu.ru, b https://orcid.org/0000-0002-9328-7148, zhukovas@susu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 64–83 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-64-83 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923.1+534.631 История статьи: Поступила: 30 августа 2022 Рецензирование: 06 сентября 2022 Принята к печати: 21 сентября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Профильное шлифование Профилированный шлифовальный круг Текущая режущая способность Анализ акустического сигнала Спектральный состав Частота собственных колебаний Информативная частота Звуковой индекс Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант № FENU- 2020-0020). АННОТАЦИЯ Введение. Современное машиностроение плотно сопряжено с цифровыми технологиями управления производством, для которых важным аспектом является сбор достоверной информации о текущем состоянии систем. Акустические методы текущего контроля режущей способности инструмента при этом обладают значительным потенциалом за счет возможности непрерывного получения актуальных данных о параметрах процесса обработки. Профильное шлифование является одним из широко распространенных методов обработки поверхностей сложной конфигурации. Высокая значимость данного метода заключается в высокой степени ответственности фасонных деталей, получаемых с его помощью. Параметр износа профилированных шлифовальных кругов нуждается в текущем контроле в той же степени, как и другие виды режущего инструмента. При этом акустические методы исследования не нашли широкого применения по отношению к профильному шлифованию. Ввиду этого настоящая работа направлена на исследование влияния степени износа инструмента на акустические характеристики шлифования при применении шлифовальных кругов различного профиля. Целью работы является определение акустических параметров обработки профильным кругом с применением схемы плоского шлифования по мере его износа в сравнении с аналогичным процессом с применением круга прямого профиля. В качестве основных методов исследования используется эксперимент по изучению звуковых явлений, сопровождающих шлифование с применением кругов разного профиля. Проводится анализ акустического сигнала шлифования, анализ спектра его частотного состава. Исследуются частоты собственных колебаний шлифовальных кругов разного профиля, определяется их звуковой индекс как критерий оценки их характеристик. Проводится сравнение акустических характеристик процесса шлифования с применением шлифовальных кругов разного профиля. Используется также регрессионный анализ акустических данных, полученных в результате эксперимента. Результаты и обсуждение. Получены спектрограммы частот собственных колебаний исследуемых кругов, а также ряд спектрограмм акустического сигнала, сопровождающего процесс обработки для различных технологических условий. В результате сравнения полученных спектрограмм были определены информативные частоты процессов шлифования. Разработаны математические модели зависимости уровня звука от значения периодической вертикальной подачи St на глубину t и продолжительности обработки Т. Установлено, что значение периодической вертикальной подачи на глубину t имеет большее влияние на акустический показатель по сравнению с продолжительностью обработки. Практическая значимость и перспективность результатов работы заключается в возможности повышения эффективности процессов профильного шлифования за счет рационального использования ресурса работоспособности инструмента. Для цитирования: Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 64–83. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-64-83. ______ *Адрес для переписки Жуков Александр Сергеевич, аспирант Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, 454080, г. Челябинск, Россия Тел.: 8 (351) 272-32-94, e-mail: zhukovas@susu.ru Введение Контроль состояния инструмента (tool condition monitoring – TCM) является одним из важнейших элементов в интеллектуальных системах автоматизации процессов механической обработки [1]. Неизбежный износ инструмента, сопутствующий такой обработке, зависит от ее технологических условий и оказывает непосредственное влияние на свойства конечного продукта. Поэтому отслеживание параметров износа и точное определение текущей работоспособности инструмента выходят на первый план в вопросах, касающихся обеспечения качества продукции.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 65 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Шлифование как один из широко распространенных методов формообразования остро нуждается в том, чтобы обработка велась только инструментом, состояние которого обеспечит надлежащее качество изделия. Для возвращения шлифовальному кругу (ШК) первоначальных свойств используется правка, которая из технологических и экономических соображений должна применяться в наиболее рациональный момент. ТСМ является наиболее эффективным инструментом для решения задачи по определению этого момента. Дополнительная значимость ТСМ при шлифовании заключается в том, что данный вид обработки часто выполняется в конце технологической цепочки и на ней осуществляется чистовая обработка. Среди большого количества подходов к определению состояния ШК интерес вызывают методы, не требующие остановки производственного процесса для установления параметров износа, т. е. косвенные методы. Акустические методы (акустико-эмиссионный и шумодиагностический согласно ГОСТ 23829–85) являются косвенными и одновременно пассивными, что означает отсутствие внешнего источника энергии, осуществляющего воздействие на объект исследования. Существует достаточно много исследований, сосредоточенных на определении и прогнозировании состояния ШК в процессе обработки с применением сигналов акустической эмиссии [2]. Показано, что этот метод имеет достаточно высокую точность, информативность [3] и чувствительность [4, 5] для определения текущей работоспособности инструмента. Однако широкого распространения данный метод не получил. Это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимостью проведения специфических преобразований сигнала для его фильтрации [6] и т. д. При этом метод, задействующий непосредственно акустическую волну, генерируемую колебаниями ШК в процессе обработки (шумодиагностический), исследован значительно слабее, несмотря на сопоставимый практически полезный потенциал [7]. На сегодняшний день большинство основных типов операций механической обработки исследовались с применением акустических методов (как АЭ, так и шумодиагностического): токарная обработка [8, 9], фрезерование [10] и микрофрезерование [11], сверление [12], шлифование [13, 14]. Рассмотрены всевозможные обрабатываемые материалы – хрупкие [15], пластичные, композиты [16], древесина [17]. Показана применимость метода для широкого спектра технологических условий разнообразных операций механической обработки для определения различных параметров исследуемого объекта. По мнению большинства авторов представленных выше работ, основной задачей данного метода является мониторинг (контроль) параметров износа режущего инструмента. При этом исследователи сходятся в том, что акустические методы мониторинга имеют высокую значимость для практического применения с целью повышения эффективности процессов. Несмотря на все указанные достоинства акустических методов мониторинга и их широкое использование для различных видов обработки, определение состояния ШК данным методом при профильном шлифовании до сих пор не нашло широкого применения. Профильное шлифование применяется для чистовой обработки поверхностей сложной формы и предполагает обработку заготовки шлифовальным кругом с предварительно сформированным на нем профилем, обеспечивающим получение необходимых размеров, формы и качества поверхности (рис. 1). Значимость метода состоит в высокой а б Рис. 1. Профильное шлифование колец подшипника: а – наружное; б – внутреннее Fig. 1. Profi le grinding of bearing rings: a – external; б – internal
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 66 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ степени ответственности фасонных деталей, получаемых с его помощью. Проведенное обзорное исследование показало, что несмотря на высокую востребованность профильного шлифования в машиностроении акустические явления данного процесса изучены слабо. При этом запрос на определение текущей режущей способности профильного ШК и прогнозирование его периода стойкости существует [18–20]. Должным образом проведенное исследование этого вопроса в перспективе позволит рационализировать расход режущего инструмента и повысить эффективность процесса профильного шлифования в условиях цифрового производства. Таким образом, разработка акустического метода мониторинга состояния инструмента применительно к профильному шлифованию целесообразна. Это обусловлено еще и тем, что необходимость своевременной правки профильного инструмента свойственна данному виду обработки так же, как и прочим видам шлифования. Цель настоящего исследования состоит в определении акустических параметров плоского шлифования профильным кругом по мере его износа в сравнении с аналогичным процессом с применением круга прямого профиля. Ниже обозначен ряд задач, решение которых способствует достижению цели. Поскольку звуковое давление, генерируемое процессом шлифования, является результатом собственных колебаний круга [21], возникает необходимость изучения частот собственных колебаний (ЧСК) шлифовальных кругов различного профиля. Задача 1 – экспериментально определить ЧСК исследуемых шлифовальных кругов, провести аналитическое сравнение значений ЧСК шлифовальных кругов различного профиля. Задача 2 – дать оценку вкладу работы основных систем экспериментальной установки на холостом ходу (в холостом режиме) в общий спектр акустических колебаний. Задача 3 – экспериментально установить акустические параметры процесса плоского шлифования кругами различного профиля (спектральный состав, амплитуды уровня звука). Задача 4 – провести качественное сравнение полученных данных, выявить отличительные особенности акустического сигнала при профильном шлифовании. Методика исследований Экспериментальное исследование включает два этапа. На первом исследуются частоты собственных колебаний шлифовальных кругов. Второй этап сосредоточен на исследовании акустического сигнала, возникающего в процессе обработки. Каждый этап проводится с применением ШК прямого профиля и профильным кругом. Далее: ШК 1 – типовой шлифовальный круг прямого профиля; ШК 2 – шлифовальный круг, профилированный для обработки канавки (рис. 2). а б Рис. 2. Профиль применяемого инструмента: а – ШК 1; б – ШК 2 Fig. 2. Profi le of the tool used: а – GW 1; б – GW 2 Этап 1. Предпосылкой к исследованию собственных колебаний ШК является существующая взаимосвязь между параметрами собственных колебаний, физико-механическими свойствами и геометрическими характеристиками твердого тела [22]: ( , ) , L f F a C (1) где F(a, μ) – коэффициент формы, зависящий от геометрических размеров тела, его формы и коэффициента Пуассона; L E C – параметр, представляющий собой скорость распространения упругих колебаний в бесконечно длинном стержне, материал которого аналогичен материалу рассматриваемого тела; E – модуль нормальной упругости; ρ – плотность материала. Коэффициент формы F(a, μ) в данном исследовании принимался в соответствии с рекомендациями нормативно-технической документации (ГОСТ Р 52710–2007 Инструмент абразивный.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 67 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Акустический метод определения твердости и звуковых индексов по скорости распространения акустических волн). Применение методики определения ЧСК кругов и их звуковых индексов, предложенное в данном стандарте, согласуется с решаемой задачей. Цель данного этапа исследования состоит в определении спектрального состава акустического сигнала, возбуждаемого ударным воздействием в шлифовальных кругах различного профиля. Варьируемый фактор эксперимента – профиль ШК; исследуемый параметр – спектральный состав собственных колебаний ШК. Этап 2. Исследуется косвенная (акустическая) характеристика процесса плоского маятникового шлифования в зависимости от профиля инструмента по мере его износа на разных режимах. Сравниваются характеристики звука, генерируемого аналогичными процессами с применением ШК 1 и ШК 2. Кроме геометрических параметров применяемые инструменты не имеют отличий – характеристики кругов идентичны. Экспериментальное исследование частот собственных колебаний шлифовальных кругов В ходе исследования низкочастотных акустических колебаний (НАК) при плоском шлифовании Юганов В.С. [23] приходит к выводу, что имеет место почти полное совпадение информативных частот, характерных для процесса шлифования и собственных частот круга (рис. 3). Этот вывод впоследствии подтвердился в работе Агафонова В.В. [24]. Авторы утверждают, что источником колебаний на информативной частоте является непосредственно шлифовальный круг. Исходя из этого объектом исследования является шлифовальный круг 1 250×32×76 25А F46 K 6 V 35 2700 об/мин ГОСТ Р 52781–2007. В качестве предмета выступает спектральный состав частот собственных колебаний шлифовальных кругов ШК 1 и ШК 2. Для регистрации и обработки акустического сигнала и определения спектрального состава частот собственных колебаний шлифовальных кругов применяется измеритель частот собственных колебаний ИЧСК-2. Этот прибор предназначен для акустического контроля физикомеханических свойств объектов и обнаружения дефектов изделий; при этом задействуется спектральный анализ акустического сигнала реакции объекта на тестовое воздействие. В частности, ИЧСК-2 обладает режимом для исследования шлифовальных кругов, позволяющим определять звуковой индекс (ЗИ) круга и на его основе делать заключение о степени твердости объекта в соответствии с ГОСТ Р 52710–2007. ЗИ определяется прибором на основании физико-механических свойств материала шлифовальных кругов, а также их геометрических параметров (табл. 1). Над каждым испытуемым объектом (ШК 1 и ШК 2) проведено по четыре опыта. Таким образом, согласно данным, сведенным в табл. 1, были определены ЗИ шлифовальных кругов в соответствии с их физико-механическими и геометрическими параметрами. Экспериментальное исследование акустических сигналов при плоском шлифовании В этом разделе описано сравнительное экспериментальное исследование акустических сигналов в процессе плоского шлифования с применением кругов различных профилей. Объект исследования – процесс плоского маятникового шлифования; предмет – акустический сигнал, сопровождающий данный процесс. Экспериментальная установка (рис. 4) смонтирована на базе универсального Рис. 3. Экспериментально полученные информатив ные и собственные частоты изгибных колебаний шли фовальных кругов прямого профиля 250×H×76 [23] Fig. 3. Grinding wheels straight profi le bending vibrations 250×H×76: Informative frequencies and Natural frequencies obtained experimentally [23]
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1