Том 26 № 3 2024 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, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, 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, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары 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 Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 Корректор Е.Е. Татарникова 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 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 2024 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. 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 Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. 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.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 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 Aff airs, 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. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; 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, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 52 ТЕХНОЛОГИЯ Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее м икротвердости Рашми Двиведи 1, a, Авинаш Соматкар 1, 2, b, Сатиш Чинчаникар 2, c, * 1 Университет технологий и медицинских наук Шри Сатья Саи, Сехор, Мадхья-Прадеш, 466001, Индия 2 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне – 411048, Махараштра, Индия a https://orcid.org/0000-0002-9755-5330, rashmidwivedi29@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0002-2885-2104, avinash.somatkar@viit.ac.in; c https://orcid.org/0000-0002-4175-3098, satish.chinchanikar@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 52–65 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-52-65 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Качество поверхности заготовок, полученных в результате различных процессов обработки металлов давлением и механической обработки, повышается с помощью традиционных ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787 История статьи: Поступила: 09 июня 2024 Рецензирование: 17 июня 2024 Принята к печати: 22 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Накатывание роликом Al6061-T6 Шероховатость поверхности Микротвердость Отклонение от круглости Оптимизация АННОТАЦИЯ Введение. Накатывание роликом – один из наиболее распространенных методов повышения качества поверхности деталей, износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости. Процесс включает в себя сжатие и разглаживание заготовки давлением закаленного ролика. Его часто используют для повышения производительности производства и срока службы деталей в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и производство медицинского оборудования. Цель работы. Обзор литературы показывает, что процесс накатывания роликом эффективно улучшает общее качество поверхности и твердость заготовки. Кроме того, накатывание роликом рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обрабатываемых деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины. Однако было опубликовано очень мало исследований по моделированию и оптимизации накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости и высокой микротвердости. Методы исследования. В текущей работе накатывание роликом Al6061-T6 моделируется и оптимизируется для достижения требуемых значений микротвердости, отклонений от круглости и минимальной шероховатости поверхности. В условиях сухой резки эффективность накатывания роликом образцов Al6061 оценивалась с точки зрения технологических факторов, таких как скорость резания, подача и количество проходов. На основе результатов экспериментов разработаны математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости. Результаты и обсуждение. Коэффициент корреляции для разработанных моделей оказался близким к 0,9, это свидетельствует о том, что их можно надежно использовать для прогнозирования и оптимизации накатывания роликом в процессе обработки Al6061-T6. Согласно этому исследованию использование следующих параметров обработки приводит к наименьшему отклонению круглости (4,282 мкм), наиболее высокой микротвердости (119,2 HV) и наименьшей шероховатости поверхности (0,802 мкм): скорость резания 344 об/мин, подача 0,25 мм/об и четыре прохода. Кроме того, исследование показывает, что увеличение количества проходов (более четырех) не способствует значительному улучшению шероховатости поверхности или микротвердости. Однако это приводит к небольшому увеличению отклонения от круглости. Поэтому для достижения оптимальных результатов рекомендуется использовать максимум четыре прохода при накатывании роликом образцов из Al6061 в условиях сухой резки. Эти результаты подразумевают, что накатывание роликом может эффективно улучшить общее качество и твердость поверхности заготовки. Кроме того, накатывание роликом рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обрабатываемых деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины. Для цитирования: Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 52–65. – DOI: 10.17212/19946309-2024-26.3-52-65. ______ *Адрес для переписки Чинчаникар Сатиш, д.т.н., профессор Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне – 411048, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950401, e-mail: satish.chinchanikar@viit.ac.in
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 53 TECHNOLOGY методов удаления стружки – шлифования, доводки и шабрения. Тем не менее все еще проводятся исследования, направленные на поиск новых способов производства заготовок за один процесс и отказ от вторичных процедур отделки. Это связано с тем, что более высокие стандарты качества отделки, снижение производственных затрат и сокращение времени производства повышают конкурентоспособность. Одним из наиболее широко применяемых методов обработки поверхностей является полирование, которое проводят на различных металлических заготовках с помощью валковых и шаровых форм. Полирование – это процесс, который сглаживает дефекты поверхности металла, улучшая его блеск и долговечность, и обычно используется в таких отраслях, как автомобилестроение, авиакосмическая промышленность и производство ювелирных изделий. Процедура полирования улучшает качество поверхности заготовки на микроскопическом уровне без образования сколов. Это типичный метод отделки, применяемый на фрезерных или токарных станках для повышения качества поверхности, износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости [1]. Крайне важно добиться высокого уровня качества поверхности после полировки [2]. В сочетании с машинной подачей напряжение полировального устройства, превышающее предел текучести, искажает микромасштабные вершины поверхности и заполняет впадины на полируемой длине [3, 4]. Полированные материалы приобретают более четкую внешнюю форму из-за пластической деформации, чему способствует постоянное воздействие полировального инструмента на поверхность заготовки. Установлено, что прикладываемое к заготовке усилие и количество проходов, совершаемых при полировальной операции, напрямую связаны с твердостью заготовки. Такое полирование обычно выполняется без использования каких-либо смазок. Различные параметры процесса полирования, включая тип взаимодействия при полировании, количество проходов, скорость и глубина полирования (сухого или мокрого), были предметом различных исследований [5, 6]. Объединив процессы накатывания роликом и электрохимического точения, Эбейд и Эй-Тавил (Ebeid and Ei-Taweel) [7] исследовали шероховатость поверхности и увеличение скорости удаления материала при обработке сплава Al-Zn-Mg. Для определения лучших качеств были исследованы результаты экспериментов с использованием стратегии Тагучи. В свою очередь, Луо и др. (Luo et al.) [8] исследовали влияние подачи, скорости и глубины входа на мощность формообразования в машине для обработки латуни H62 и алюминиевого композита LY12 с применением инструмента из поликристаллического драгоценного камня. Результаты показали, что на силу полировки больше всего влияют такие факторы, как глубина внедрения инструмента, подача и скорость. Одним из достижений в области накатки является одновременное использование скольжения и качения для улучшения качества поверхности круглых и полых металлических заготовок, изготовленных из сталей ASTM 2017 и ASTM 1055. Влияние глубины внедрения инструмента, подачи и скорости обработки также было различно для заготовок из разных материалов [9]. Накатка роликом применялась Сундарараджаном и Нагараджаном (Sundararajan and Nagarajan) [10] для улучшения качества поверхности заготовки из стали EN8. Полирование проводилось при скорости вращения вала от 100 до 2700 об/мин и при постоянной скорости подачи. Анализ шероховатости поверхности и твердости стали C40E во время полирования провели Кумар и др. (Kumar et al.) [11]. Параметрами накатки были скорость, подача, глубина внедрения инструмента и количество проходов. Пшибыльский (Przybylski) [12] выполнил механическую обработку с последующей накаткой. Его исследование показало, что выполнение накатки сразу после механической обработки на том же станке сокращает время сборки и избавляет от дополнительных операций отделки. Ширсат и др. (Shirsat et al.) [13] исследовали параметрическое влияние усилия, скорости, подачи, ширины заготовки и габаритов шарика на поверхность металлического материала после накатки. В исследовании использовались масла марок SAE 20, 30, 40 и SAE 50. Их исследование показало, что применение масла SAE 30 обеспечивает наилучшее качество поверхности, а усилие, прилагаемое к заготовке при накатке, оказывает наибольшее влияние на готовую поверхность по сравнению с другими параметрами процесса, которые рассматривались в иссле-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 54 ТЕХНОЛОГИЯ довании. В цикле накатки роликом заготовки из титанового сплава ТА2 Юань и др. (Yuan et al.) [14] представили оригинальную методику выбора рациональных границ полирования, таких как скорость, подача и глубина внедрения инструмента. Полученные в результате моделирования границы отражают неровности поверхности и микротвердость внешнего слоя полученной заготовки. Проведены различные исследования в рамках этой классификации [15, 16]. Кобаноглу и Озтюрк (Cobanoglu and Ozturk) [17] исследовали качество поверхности и микротвердость углеродистой стали AISI 1040 в процессе полирования роликом. Параметрами обработки были скорость, подача и сила полирования. Пробные испытания были выполнены с использованием метода Тагучи. Для определения влияния каждого параметра процесса на поверхность и микротвердость применялся дисперсионный анализ (ANOVA). Исследование показало, что величина подачи существенно влияет на качество поверхности в процессе полирования роликом. Несколько исследований показали, что разработанная система полирования увеличивает срок службы металлических изделий и их износостойкость [18, 19]. Из рассмотренной литературы следует, что процесс накатки роликом эффективно улучшает общее качество поверхности и твердость обрабатываемой детали. Кроме того, накатка роликом считается доступным методом повышения функциональности и надежности обработанных деталей за счет снижения вероятности появления дефектов поверхности, таких как царапины и трещины. Однако было опубликовано очень мало исследований по моделированию и оптимизации процесса накатки роликом сплава Al6061-T6 для получения минимальной шероховатости поверхности, лучшей микротвердости и круглости. С этой целью в рамках данного исследования была проведена накатка роликом заготовки из сплава Al6061-T6 для моделирования и оптимизации процесса, обеспечивающего высокую микротвердость, минимальное отклонение от круглости и минимальную шероховатость поверхности. Накатка образцов из сплава Al6061 роликами оценивалась в условиях сухого резания с учетом таких факторов, как скорость резания, подача и количество проходов. На основе результатов экспериментов были разработаны математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости. Материалы и методы исследования В настоящем исследовании использован алюминиевый сплав 6061 (Al6061-T6), имеющий общее применение. Этот сплав известен своим отношением предела прочности к весу, коррозионной стойкостью и свариваемостью, что делает его подходящим для различных конструкционных компонентов и популярным в производственных процессах. Это дисперсионно-твердеющий алюминиевый сплав. Магний и кремний являются двумя наиболее важными его компонентами. Главное преимущество алюминиевого сплава 6061 – его хорошая свариваемость. Выбранный образец имеет диаметр 30 мм и длину 160 мм. Длина каждой обрабатываемой поверхности составляла 50 мм. Такая детальпредставитель очень часто встречается в конструкциях самолетов. Свойства и химический состав алюминиевого сплава 6061 приведены в табл. 1. В настоящем исследовании использовался один твердосплавный накатной ролик. Твердосплавный ролик подпружинен в двух осевых направлениях и обеспечивает необходимое давление во время операции полирования. Изношенный твердосплавный ролик можно восстановить путем переточки/притирки, что продлит срок службы инструмента. Инструмент с твердосплавным роликом подходит для Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав сплава Al6061-T6 Chemical composition of Al6061-T6 alloy Элемент Al Cu Cr Mg Mn Si Zn Fe Ti Количество (масс. %) 95,8 0,15 0,2 1,1 0,15 0,75 0,25 0,19 0,15
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 55 TECHNOLOGY Рис. 1. Инструмент для накатывания роликом, использованный в настоящем исследовании Fig. 1. Roller burnishing tool used in the present study всех наружных поверхностей валов, конических валов, радиусов, уступов и других, он может применяться на токарных станках с ЧПУ, револьверных или обычных токарных станках. С предварительно обточенной поверхности полированием можно снять слой толщиной от 0,1 до 0,2 мкм. Инструмент для накатки роликом, использованный в настоящем исследовании, показан на рис. 1. Эксперименты проводились при варьировании подачи, скорости, количества проходов и при постоянной глубине внедрения инструмента 0,5 мм. Для понимания критических факторов, влияющих на показатели устойчивости (шероховатость поверхности, микротвердость и отклонение от круглости), использовали планирование эксперимента (DOE). Центральный композиционный план (CCD) применялся для разработки эмпирических моделей и анализа всех откликов. Для планирования экспериментов использовалась тестовая матрица с ротатабельным центральным композиционным планированием (CCRD) со значением альфа 1,6817. Каждый числовой параметр варьировался по пяти уровням: плюс и минус альфа (осевые точки), плюс и минус единица (факториальные точки) и центральная точка. В этом исследовании было проведено двадцать экспериментов по накатке роликами, варьирующихся в зависимости от параметров процесса, для разработки моделей шероховатости поверхности, микротвердости и ошибок отклонения от круглости. Кодированные уровни и соответствующие им фактические значения параметров резания приведены в табл. 2. Средние значения шероховатости поверхности измерены с помощью автономного устройства Taylor Hobson Talysurf на оборудовании Surtronic Duo. Шероховатость поверхности измеряли в трех равноотстоящих друг от друга точках по окружности заготовки для получения статистически значимого значения. Отклонение от круглости измерялось с помощью КИМ портального типа (производитель: Zeiss, модель: Contura, диапазон: 1200×800×800 мм). Геометрические отклонения были получены путем измерения округлости в двенадцати сечениях калибруемой площади с использованием микрометрического индикатора часового типа с диапазоном измерения 12,5 мм, ценой деления 0,001 мм и предельно допустимой погрешностью (ПДП) 4 мкм. Микротвердость измеряли микротвердомером по Виккерсу с использованием алмазного индентора с углом 136° на 100 грамм и временем выдержки 20 секунд. Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Кодированные уровни и соответствующие фактические параметры резания Coded levels and corresponding actual cutting parameters Параметры Уровни для значения альфа, равного −1,6817 −1 0 +1 +1,6817 Скорость резания V, об/мин 100 200 300 400 500 Подача f, мм/об 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Количество проходов N (mm) 0,5 1 1,5 2 2,5 Глубина внедрения, мм 0,5
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1