Том 27 № 3 2025 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 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 в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). 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 27 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 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 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 2025 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. 27 No. 3 2025 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 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. 27 No. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 50 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента Вилор Заковоротный a, Валерия Гвинджилия b, *, Кирилл Кислов с Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, 344000, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2187-9897, vzakovorotny@dstu.edu.ru; b https://orcid.org/0000-0003-1066-4604, vvgvindjiliya@donstu.ru; c https://orcid.org/0000-0002-5770-2519, kislovk@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 50–70 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-50-70 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В последние 10–15 лет научная общественность мира уделяет большое внимание построению виртуальных цифровых моделей (ВЦМ) процесса обработки [1–14]. Они прежде всего предназначены для определения связи технологических режимов и выходных свойств обработИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9:531.3 История статьи: Поступила: 19 апреля 2025 Рецензирование: 23 апреля 2025 Принята к печати: 05 июня 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Диагностика состояния режущего инструмента Вибрации Информационные модели диагностики АННОТАЦИЯ Введение. Статья посвящена построению методики диагностирования износа режущего инструмента на основе анализа сигнала виброакустической эмиссии. При этом решаются две задачи. Во-первых, формируется пространство информационных признаков износа. Во-вторых, в этом пространстве определяются решающие правила, которые позволяют разделить его на отдельные кластеры по признаку принадлежности к величине износа. Поскольку главное значение в этих процедурах имеют методы построения пространства информационных признаков (ПИП), то целью работы является определение закономерности изменения частотных характеристик динамической системы резания, вызванных развитием износа, и построение на этой основе рационального информационного пространства диагностирования износа инструмента. Метод и методология. В исследовании на основе результатов математического моделирования возмущенной динамической системы резания определяется пространство информационных признаков, в котором отображается износ инструмента. Предлагаются методы определения параметров ПИП, обеспечивающие высокую их чувствительность к изменению износа. Все параметры ПИП должны быть безразмерными, и при нулевом износе они должны обнуляться. Они должны удовлетворять и другим требованиям, в том числе к условиям помехозащищенности. Результаты и обсуждение. В статье приводятся результаты построения параметров ПИП для анализа виброакустической эмиссии в двух частотных диапазонах. В низкочастотном диапазоне, ограниченном первыми собственными частотами взаимодействующих подсистем (до 1,0…1,5 кГц), компоненты ПИП определяются на основе рассмотрения вибрационных последовательностей, полученных аналитически при силовых возмущениях в виде «белого» шума. В высокочастотной области (выше 2,0 кГц) предлагается построение информационных моделей на основе случайной импульсной последовательности. Показано, что применимость конкретного информационного признака зависит от условий. Таким образом, разработанная методика, математическое моделирование, а также цифровые и натурные эксперименты позволили сформировать рациональное информационное пространство диагностирования износа, в котором на основе известных методов распознавания можно построить решающие правила разделения информации по признаку принадлежности к величине износа. Для цитирования: Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 50–70. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-50-70. ______ *Адрес для переписки Гвинджилия Валерия Енвериевна, к.т.н., старший преподаватель Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, 344000, г. Ростов-на-Дону, Россия Тел.: +7 918 583-23-33, e-mail: vvgvindjiliya@donstu.ru ки. Большинство из представленных работ не раскрывают структуру связи координат состояния с выходными свойствами [1–7], а используют экспериментально полученные уравнения регрессии, связывающие режимы с параметрами качества деталей и изнашивания инструмента [5–7]. Эта информация необходима для построения программы ЧПУ. Во многих случаях вместо регрессионных уравнений применяются методы нейросетевого моделирования [8–11]. Исключениями являются исследования [2–4, 17–21], в которых для построения ВЦМ используются
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 51 EQUIPMENT. INSTRUMENTS модели динамической системы резания (ДСР). Разработаны ВЦМ, позволяющие связать траектории формообразующих движений с геометрическими характеристиками формируемой поверхности и износом [17–21]. Большинство исследований ограничиваются проблемой оценивания износа как главного фактора, влияющего на выходные свойства [22–24]. Здесь отметим предложенное нами ранее моделирование эволюционных изменений ДСР [25, 26]. В этой системе эволюция износа и параметры качества представляются в виде интегрального уравнения Вольтерры второго рода относительно фазовой траектории мощности необратимых преобразований по произведенной работе. Таким образом, эволюция свойств и параметров раскрывает полную ДСР, но ее использование требует большого вычислительного ресурса. В этой статье мы ограничимся проблемой диагностирования износа на основе анализа виброакустической эмиссии (ВАЭ) [27–47]. Для измерения ВАЭ применяются пьезоэлектрические преобразователи, датчики сил, бесконтактные лазерные и другие измерительные системы, позволяющие определять колебания некоторой координаты ДСР в частотном диапазоне (от 10 Гц до 600 кГц). Измеренные последовательности проходят первичную обработку с помощью интегральных преобразований, прежде всего преобразования Фурье [26], вейвлет-преобразования [37], преобразования Гильберта – Хуанга [36], преобразования Вольтерры [3, 37, 28] и др. Используются методы комплексирования измеримых последовательностей различной физической природы [48]. В отличие от известных работ в настоящей статье главное внимание уделяется построению пространства информационных признаков (ПИП), в котором рассматривается чувствительность вариаций параметров к изменению износа, их помехозащищенность и простота формирования в системах диагностики. Рассматривается отдельно два частотных диапазона. Низкочастотный диапазон лежит в пределах до 1,0…1,5 кГц, высокочастотный – выше 2,0 кГц. Такое разделение обусловлено особенностями математического моделирования ДСР как канала, по которому передается информация о силовых взаимодействиях, формируемых в процессе обработки. Целью работы является построение методики диагностирования износа режущего инструмента с помощью определения информационного пространства признаков, сформированного на основе изучения изменения частотных характеристик динамической системы резания, вызванных развитием износа. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: разработать методику аналитического определения информационного пространства низкочастотного и высокочастотного диапазона, выполнить математическое моделирование и произвести цифровые и натурные эксперименты, определить параметры информационного пространства в рассматриваемых частотных диапазонах и методику их оценки. Методика исследований Методика экспериментального оценивания износа. Обобщенным параметром, позволяющим оценивать состояние инструмента, является его износ по задней грани. Поэтому рассмотрим алгоритм экспериментального оценивания износа, который определяется по высоте ленточки износа по задней грани (рис. 1). Конфигурация следа от износа на задней грани меняется. Лишь в некоторых случаях она близка к прямоугольнику, как показано на рис. 1, а. Поэтому под оценкой износа будем понимать высоту эквивалентного прямоугольника ( ) (0) 0 1 ìì P w S t X ∗ = − , где 0 S – площадь поверхности следа на задней грани инструмента; 1 X ∗ – упругая деформация в состоянии равновесия. Площадь 0 S определяется по сетке (рис. 1, в). Ранее показано [2, 3, 26, 47], что на свойства ДСР влияют параметры динамической связи, изменение которых проявляется в вариациях спектров вибраций. Параметры этой связи зависят от износа, и анализ взаимозависимости спектра колебаний и износа удобно рассматривать независимо в двух частотных диапазонах. В низкочастотном диапазоне Í 0 (0, ) ω ∈ ω модель представляется в виде конечномерной пространственной дискретной модели [47]. Это частотный диапазон, ограниченный сверху собственными частотами подсистем инструмента и заготовки. Частотную область, лежащую
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 52 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ выше 0 ω , будем интерпретировать как высокочастотный диапазон Â 0 ( , ) ω ∈ ω ∞ . Методика аналитического определения информационного пространства низкочастотного диапазона. Рассмотрим модель ДСР, полученную нами ранее [47]. Ограничимся случаем обработки недеформируемой заготовки. Тогда уравнение возмущенной ДСР будет Σ + + = + 2 2 d X dX m h cX F (L, V, X, p) f(t) dt dt , (1) Рис. 1. Примеры фотографий изношенной части инструмента и схема оценивания износа: а – износ по задней грани пластинки из Т15К6 при точении стали AISI 301; б – развитие износа пластинки из Т15К6 при точении стали 20Х; в – схема сетки Fig. 1. Examples of photographs of the worn tool part and wear evaluation scheme: а – fl ank wear of a 79 WC-15 TiC-6% Co insert during turning of AISI 301 steel; б – wear development of a 79 WC-15 TiC-6% Co insert during turning of steel 0.2 C-Cr; в – schematic of the matrix grid а б в где diag( ) m = m , , [ ] S k h = h , , [ ] S k c = c , , 1, s k = 2, 3– положительно определенные симметричные матрицы инерционных, скоростных и упругих коэффициентов; (3) 1 2 3 { , , } T X X X X = ∈ ℜ X – вектор деформаций; F∑ = F + Ô – вектор-функция сил на передней F и задней Ô гранях; (3) 1 2 3 { , , } T X F F F = ∈ ℜ F ; (3) 1 2 3 Ô {Ô , Ô , Ô } . T X = ∈ ℜ Введем в рассмотрение также скорости деформаций ,1 ,2 ,3 { , , } T X X X V V V = = ∈ X V dX / dt
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS (3) X ∈ ℜ . Силы F представим в виде (0) 1 2 3 1 2 3 { , , } { , , } T T F F F F = = χ χ χ F [47]. Здесь 1 2 3 , , χ χ χ – угловые коэффициенты, они удовлетворяют условию 2 2 2 1 2 3 ( ) ( ) ( ) 1 χ + χ + χ = . Заданные возмущения 0 1 2 3 ( ){ , , } T f t = χ χ χ f(t) рассматриваются приведенными к системе координат сил F, причем 0( ) f t представляется в виде «белого» шума. На основе выполненных ранее исследований модель сил резания, действующих на переднюю грань инструмента (0) F , представим в виде [47] { } 3 (0) (0) (0) (0) 3 1 1 / ( , ) [ ( )] X p P T dF dt F V V t X k X t T + = = ρ − − − × { } 2 2 ( ) ( ) , t X t T V V d − × ξ − ξ ξ ∫ (2) где { } 3 0 3 1 exp[ ( )] X V V ρ = ρ +μ −ς − – давление стружки (кг/мм2); 0 ρ – давление в области малых скоростей резания; μ– безразмерный параметр; ς – коэффициент наклона (с⋅м–1); (0) T – постоянная времени стружкообразования (с); p k – безразмерный коэффициент регенерации следа, 0 1 p k < = . Силы 2 Ô и 3 Ô представимы как ( ) { } (0) 2 0 1 3 0 (0) 1 Ô ( ) exp ( ) ; Ô ( ) exp ( ) , P T T P k F t X t k k F k t X t ∗ ∗ ⎡ ⎤ = +ρ − × ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ × ⎣ ς υ − υ ⎦ = + ρ × ⎡ ⎤ × − ⎣ ς υ − υ ⎦ Ô Ô Ô Ô (3) где Ô ρ – сила, приведенная к длине контакта (кг/мм); ς – параметр, зависящий от заднего угла α и износа; T k – коэффициент трения; Ô k – безразмерный коэффициент упругого восстановления. Уравнения (1–3) представляют цифровую модель ДСР. Адекватность модели была подтверждена путем сравнения результатов цифровых и натурных экспериментов, проведенных с помощью измерительных комплексов непрерывного вибрационного контроля. Уточнение параметров уравнения динамической связи, в частности параметра давления стружки на переднюю грань инструмента, проводилось как с использованием теоретического материала [49], так и с помощью измерения силовой характеристики процесса резания [50]. В этом случае вместо суппорта устанавливается система STD.201-1 для измерения динамических нагрузок инструмента по осям {X1, X2, X3}. Аппаратный интерфейс стенда представляет собой совокупность электронных блоков производства фирмы National Instruments – NI-9234, Ni-9237, NI-9219 – с частотой дискретизации до 25 кГц. Корректность результатов аналитического моделирования ограничена зоной стационарного износа инструмента и началом зоны интенсификации износа, когда влияние случайных процессов в зоне резания снижает точность классических аналитических нелинейных моделей. Здесь разработанный ранее математический инструментарий применяется для построения пространства признаков износа. Примем во внимание, что параметры формируемой резанием динамической связи 1 2 { ( ), ( ), ..., ( )} n p w p w p w = p(w) зависят от износа. Пусть заданы экспериментально определенные траектории 1 2 { ( ), ( ), ..., ( )} n p w p w p w = p(w) . Для последовательности 1 2 { , , ..., } k w w w = w вычислим спектры 1 1 , ( ) X X S ω , 2 2 , ( ) X X S ω и 3 3 , ( ) X X S ω в пространстве (3) X ℜ как Фурье-изображения от диагональных элементов корреляционных матриц временных последовательностей деформаций { ( ) ( ) 1 2 ( ), ( ), i i X t X t = (i) X (t) } ( ) (3) 3 ( ) , i T X X t ∈ ℜ 1, 2, ..., . i k = В результате получаем набор спектров деформаций для каждого набора параметров, соответствующих набору параметров для каждого износа 1 2 { , , ..., } k w w w = w . Результаты и их обсуждение Пример определения параметров информационного пространства в области низких частот. Если возмущения 0( ) f t малы и равнове-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 54 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ сие асимптотически устойчиво, то силами Ô в модели (1) можно пренебречь. Тогда основными параметрами, влияющими на формирование спектров, являются вариации ρ и (0) T . Рассмотрим точение вала диаметром D = 84,0 мм из стали 10ГН2МФА. Исследования выполнялись в рамках реализации хоздоговора с заводом «Атоммаш» (г. Волгодонск). Условия обработки базируются на технологическом процессе изготовления реальной детали типа «патрубок» для получистового точения. Технологические режимы: подача (0) 0,1 P S = мм; глубина (0) 2, 0 P t = мм и скорость резания (0) (0,5 3,8) P V = … м/с. При исследовании диапазон скорости резания брался расширенным для получения более полной информации о диагностических признаках в сигналах ВАЭ. Обработка велась на модернизированном станке 1К62, снабженном регулируемыми приводами шпинделя и подачи. Вместо суппорта установлена измерительная система STD.201-1 для определения сил, вибрации и температуры. Параметры даны в табл. 1. Обобщенная масса 0, 015 m= кг ∙ с2/мм. Параметры динамической связи приведены в табл. 2. Резонансные частоты Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Матрицы скоростных коэффициентов и упругости подсистемы инструмента Matrices of speed coeffi cients and elasticity of the tool subsystem 1,1, ñ кг/мм 2,2, ñ кг/мм 3,3, ñ кг/мм 1,1, h кг ∙ с/мм 2,2, h кг ∙ с/мм 3,3, h кг ∙ с/мм 4500 1500 750 1,3 1,1 0,8 1,2 2,1, ñ ñ = кг/мм 1,3 3,1, ñ ñ = кг/мм 2,3 3,2, ñ ñ = кг/мм 1,2 2,1, h h = кг ∙ с/мм 1,3 3,1, h h = кг ∙ с/мм 2,3 3,2, h h = кг ∙ с/мм 200 150 80 0,6 0,5 0,4 Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Параметры динамической связи Dynamic coupling parameters , ρ кг/мм2 Ô, ρ кг/мм c 1 , − Ω c (0) 0 , T ς T k ( ) S k , с/м 1 χ 2 χ 3 χ 100…1000 20 5…50 0,0001 1…7 0,2 0,1 0,4 0,51 0,76 подсистемы инструмента: 0,1 130 Ω = , 0,1 174 Ω = , 0,1 236 Ω = Гц. Будем изучать спектры на основе численного моделирования в программном комплексе MATLAB – Simulink, а также экспериментально на основе прямого измерения ВАЭ в процессе резания. Рассмотрим спектры колебаний деформаций (3) X ∈ ℜ X , вычисленные как реакции на «белый» шум. Спектры на рис. 2, а, б отличаются от спектров на рис. 2, в угловыми коэффициентами 1 2 3 { , , } T = χ χ χ χ . Примеры подобраны так, чтобы отобразить следующие свойства спектров колебаний. 1. В спектрах можно выделить резонансы (показаны круглыми незатемненными точками) и антирезонансы (показаны затемненными точками). В реальных системах они остаются практически неизменными при вариациях параметров формируемой процессом резания динамической связи. 2. При кинематических возмущениях (рис. 2, а) на спектры накладываются периодические всплески. Расстояние между ними равны частоте вращения заготовки. При силовых воз-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1