Ultrasonic vibration-assisted hard turning of AISI 52100 steel: comparative evaluation and modeling using dimensional analysis

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 136 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей Говинд Гуле 1, a, *, Сударшан Санап 1, b, Сатиш Чинчаникар 2, c 1 Университет искусств, дизайна и технологий Массачусетского технологического института, Пуне - 412201, Махараштра, Индия 2 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне - 411039, Махараштра, Индия a https://orcid.org/0000-0003-4331-3501, govindghulemasterofengineering@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0002-3788-0692, sudarshan.sanap@mituniversity.edu.in; c https://orcid.org/0000-0002-4175-3098, satish.chinchanikar@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 136–150 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-136-150 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.7 История статьи: Поступила: 03 сентября 2023 Рецензирование: 17 сентября 2023 Принята к печати: 27 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Ультразвуковые колебания Точение твердых материалов Метод подобия Теорема Бекингема Износ режущего инструмента Потребляемая электрическая мощность АННОТАЦИЯ Введение. Прецизионная обработка твердых и хрупких материалов является достаточно сложной, в связи с чем были разработаны новые и надежные технологии, например, точение с наложением ультразвуковых колебаний (UVAT), обеспечивающее повышенные скорость съема материала, качество поверхности и срок службы инструмента. Цель работы. Точение твердых материалов с использованием экономичного твердосплавного инструмента с покрытием вместо дорогостоящих керамических и КБН-пластин до сих пор не получило широкого распространения из-за износа инструмента и ограничений обработки. Для достижения лучшей обрабатываемости твердых материалов группа исследователей предприняла попытку токарной обработки, используя твердосплавный инструмент с различными покрытиями, различные методы охлаждения и др. Тем не менее исследователями было предпринято мало попыток по ультразвуковому точению твердых материалов (UVAHT). Более того, в открытой литературе редко сообщается о сравнительной оценке UVAHT с использованием анализа размерностей. Методы исследования. В данном исследовании проводится сравнительная оценка износа инструмента и потребляемой электрической мощности во время традиционного точения (CT) и ультразвукового точения твердых материалов (UVAHT) из стали AISI 52100 (62 HRC) с использованием твердосплавного инструмента TiAlSiN с PVD-покрытием. Эксперименты проводились с различной скоростью резания, подачей и глубиной резания, при этом частота и амплитуда колебаний оставались постоянными на уровне 20 кГц и 20 мкм соответственно. Далее была разработана теоретическая модель для прогнозирования износа инструмента и потребляемой электрической мощности с использованием концепции анализа размерностей, т. е. π-теоремы Бекингема, учитывающей влияние скорости резания, частоты и амплитуды колебаний при постоянной подаче и глубине резания 0,085 мм/об и 0,4 мм соответственно. Безразмерные группы созданы для выявления сложных связей и оптимизации условий обработки. Износ инструмента и потребляемая электрическая мощность измерялись экспериментально и статистически анализировались с использованием π-теоремы Бекингема. Результаты и обсуждение. Благодаря использованию анализа размерностей удалось получить представление о процессе UVAHT. Результаты показывают, что параметры ультразвуковых колебаний оказывают существенное влияние на износ инструмента и потребляемую электрическую мощность. Безразмерные группы представляют собой методическую основу для уточнения режимов обработки. Износ инструмента и потребляемая электрическая мощность возрастали с увеличением скорости резания, глубины резания и подачи. Однако этот эффект был более значимым при традиционном точении, чем при ультразвуковом точении твердых материалов. Потребление энергии возрастало с увеличением скорости резания, частоты и амплитуды колебаний. Однако увеличение потребляемой электрической мощности было более заметным при изменении скорости резания, чем при изменении частоты и амплитуды колебаний. Износ по задней поверхности возрастает с увеличением скорости резания и амплитуды колебаний и уменьшается с увеличением частоты колебаний. Это исследование способствует лучшему пониманию основной динамики UVAHT, что поможет улучшить технологические процессы прецизионной обработки твердых материалов. В статье исследуется практическое значение этих открытий для прецизионной обработки твердых материалов. Для цитирования: Гуле Г.С., Санап С., Чинчаникар С. Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 136–150. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-136-150. ______ *Адрес для переписки Гуле Говинд С., магистр, доцент Университет искусств, дизайна и технологий Массачусетского технологического института, Пуне - 412201, Махараштра, Индия Тел.: +91-7020742258, e-mail: govindghulemasterofengineering@gmail.com Введение Точение твердых материалов с наложением ультразвуковых колебаний (UVAHT) – это потенциальный метод обработки, который сочетает в себе преимущества традиционного точения

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1