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 71 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей Александр Жуков a, *, Дмитрий Ардашев b, Виктор Батуев c, Виктор Кулыгин d, Егор Шулежко e Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, г. Челябинск, 454080, Россия a https://orcid.org/0000-0002-9328-7148, zhukovas@susu.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8134-2525, ardashevdv@susu.ru; c https://orcid.org/0000-0001-9969-4310, batuevvv@susu.ru; d https://orcid.org/0009-0000-8509-1420, kulyginvl@susu.ru; e https://orcid.org/0000-0002-5709-4285, schuleshko21@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 71–86 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-71-86 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Прогнозирование периода стойкости шлифовального круга по косвенному акустическому критерию закономерно вызывает необходимость в исследовании его динамических свойств. Разработка модели звукового давления, генерируемого процессом шлифования, требует принять значения модулей упругости шлифовального круга для корректного расчета мод и частот собИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923.02+004.942 История статьи: Поступила: 04 мая 2025 Рецензи рование: 25 мая 2025 Принята к печати: 05 июня 2025 Доступно о нлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Шлифование Шлифовальны й круг Собственные колебания шлифовального круга Интегральные упругие показатели шлифовального круга Модальный анализ Коэффициент участия С пектральный состав Частота собственных колебаний Компьютерное моделирование COMSOL Multiphysics Конечно-элементный анализ Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-20029, https://rscf.ru/ project/25-29-20029/ АННОТАЦИЯ Введение. В рамках решения глобальной задачи по разработке математической модели звукового давления, генерируемого процессом шлифования, возникла необходимость определения фактических значений интегральных показателей упругости шлифовальных кругов для использования в качестве параметров модели. Это позволит расширить область применения модели и максимизировать полезный прикладной эффект от ее применения. В статье описывается подход определения коэффициентов Пуассона и модулей Юнга для шлифовальных кругов разных характеристик. Параметры упругости инструмента выступают предметом исследования. Целью работы является установление зависимости фактических значений интегральных упругих показателей от характеристики шлифовального круга с помощью модального анализа. Метод исследования состоит в комбинации экспериментального исследования спектров частот собственных колебаний и модального анализа, реализованного с помощью метода конечных элементов в специализированном программном обеспечении. Кроме того, используются элементы регрессионного анализа для получения эмпирических зависимостей интегральных упругих параметров шлифовальных кругов от размера фракции абразивного зерна и твердости. Результаты и обсуждение. Основным полезным результатом работы является установление фактических значений коэффициентов Пуассона и модулей Юнга для шлифовальных кругов рассматриваемых характеристик. Выбор характеристик шлифовальных кругов позволил исследовать влияние размера фракции абразивного зерна и твердости на его интегральные упругие свойства. Создание математической модели звукового давления, ге нерируемого процессом шлифования, и методики прогнозирования периода стойкости шлифовального круга на его основе позволит повысить эффективность операций шлифования за счет снижения доли подготовительно-заключительного времени и увеличения доли машинного времени, снижения расхода производственных ресурсов и более полного использования периода стойкости инструмента. Для цитирования: Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей / А.С. Жуков, Д.В. Ардашев, В.В. Батуев, В.Л. Кулыгин, Е.И. Шулежко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 71–86. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-71-86. ______ *Адрес для переписки Жуков Александр Сергеевич, аспирант Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, 454080, г. Челябинск, Россия Тел.: +7 351 272-32-94, e-mail: zhukovas@susu.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 72 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ ственных колебаний, являющихся источником акустического поля. По характеристикам такого поля становится возможным прогнозирование во времени множества выходных параметров процесса шлифования: сил резания, параметров качества обработки [1, 2] (шероховатости, отклонений формы заготовки, наличия прижогов и др.) и жесткости технологической системы. Последовательность проявления собственных мод колебаний шлифовального круга, неразрывно связанных с его упругими показателями, определяет характер акустического отклика системы при эксплуатации – то, каким образом она будет реагировать на внешнее возбуждение при шлифовании. Эффективным методом определения динамических характеристик механической системы выступает модальный анализ. В машиностроении этот метод применяется для решения широкого круга задач – от проектирования и оптимизации конструкций машин, механизмов и деталей до диагностики и мониторинга состояния оборудования. Возрастающая потребность в совершенствовании конструкций современных металлорежущих станков и инструментов с точки зрения виброустойчивости, повышения их надежности и жесткости привела к возникновению новых и эффективных применений модального анализа. В работах [3–8] проводится параметрическая оптимизация как конструкции отдельных элементов станков (шпинделей, станин и др.), так и комплексной конструкции станков. Конструкции станков с числовым программным управлением, многоосевые высокоточные станки особенно часто оптимизируются посредством модального анализа. В работах [9–13] с помощью модального анализа проектируют режущий инструмент, а также совершенствуют существующие конструкции токарных резцов, сверл и фрез по критериям виброустойчивости и повышения динамического баланса при обработке. Определение собственных форм и частот колебаний конструкции систем, эксплуатация которых сопряжена с динамическими вибрационными нагрузками, вне зависимости от ее масштаба является необходимым расчетом на этапах проектирования, испытаний или модернизации. Если превалирующий режим работы системы приводит к возникновению вибраций на резонансной частоте, то в конструкцию вносят изменения во избежание аварийных ситуаций. Сложность и многокомпонентность структуры шлифовального круга в значительной степени осложняет задачу определения показателей его упругости, необходимых для расчета его собственных колебаний. Параметры упругости абразивного инструмента крайне слабо представлены в технической литературе – они не систематизированы, не установлены соответствия между ними и характеристикой шлифовальных кругов. Значения упругих свойств абразивных инструментов – коэффициента Пуассона и модуля Юнга, не приводятся в справочниках, удается найти лишь отдельные данные, полученные экспериментально для шлифовальных кругов конкретных характеристик. При этом разнообразие существующих и вновь возникающих рецептур шлифовальных кругов чрезвычайно широко. В зависимости от характеристики шлифовального круга значительно варьируются пропорции его компонентов (абразивный материал, связка и поры), а также их свойства [14]. Точный расчет значений упругих параметров шлифовального круга с учетом свойств каждого компонента и условий их взаимодействия друг с другом – задача исключительно трудоемкая. Для ее упрощения предлагается использовать модальный анализ, чтобы оценить упругие свойства системы как целого, без детализации по компонентам. Целью работы является установление зависимости фактических значений интегральных упругих показателей от характеристики шлифовального круга с помощью модального анализа. Для достижения цели необход имо решить следующие задачи: • провести экспериментальное исследование частот собственных колебаний шлифовальных кругов различных характеристик; • выполнить расчет частот и мод собственных колебаний шлифовальных кругов для множества комбинаций значений их упругих и геометрических параметров в специализированном программном обеспечении методом конечных элементов; • провести сравнение и добиться соответствия экспериментальных и расчетных значений частот собственных колебаний шлифовальных кругов;
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 73 EQUIPMENT. INSTRUMENTS • установить фактические значения коэффициента Пуассона и модуля Юнга для всех исследуемых шлифовальных кругов. Методика исследований В табл. 1 приведен перечень характеристик шлифовальных кругов, задействованных в Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Характеристики шлифовальных кругов по ГОСТ Р 52781–2007 Grinding wheels characteristics according to GOST R 52781–2007 № ШК / GW No. Размеры ШК D×H×d, мм / GW dimensions D×H×d, mm Абразивный материал / Abrasive material Зернистость / Grit Твердость / Hardness 1 600×50×305 25А F36 L 2 F46 3 F60 4 F80 5 F120 6 F60 N 7 P 8 500×63×305 S 9 600×50×305 14А L 10 64С 11 600×40×305 92А исследовании интегральных упругих показателей. Выбор шлифовальных кругов для исследования проводился таким образом, чтобы обеспечить возможность исследования влияния изменений зернистости, твердости и абразивного материала инструмента на его интегральные упругие свойства (рис. 1). Рис.1. Исследуемые шлифовальные круги Fig. 1. Grinding wheels under study Влияние изменения зернистости на упругие свойства исследовалось на шлифовальных кругах № 1, 2, 3, 4 и 5. Зернистость изменяется от F36 до F120 (от Н50 до Н10 по ГОСТ 2424–84), средний размер фракции зерна – от 0,5 до 0,11 мм. Прочие характеристики неизменны. Влияние изменения твердости на упругие свойства исследовалось на шлифовальных кругах № 3, 6, 7 и 8. Твердость изменяется от L до S (от СМ2 до Т2 по ГОСТ 2424–84). Прочие рецептурные характеристики неизменны. Для исследования влияния различных абразивных материалов на упругие свойства шлифовальных кругов рассмотрены круги № 3, 9, 10 и 11: • белый электрокорунд 25А с содержанием α-Al2O3 99 %. Применяется при чистовом и профильном шлифовании закаленных сталей, заточке быстрорежущих инструментов; • нормальный электрокорунд 14А с содержанием α-Al2O3 93 %. Применяется при черновом шлифовании;
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 74 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ • хромотитанистый электрокорунд 92А с содержанием α-Al2O3 60–75 %. Применяется при шлифовании закаленных сталей, обработке с большим съемом металла и обдирочном шлифовании; • зеленый карбид кремния 64С с содержанием SiC 96–97 %. Применяется при окончательной заточке и доводке твердосплавного инструмента, хонинговании, суперфинишировании [14, 15]. Структура рассматриваемых шлифовальных кругов – средняя (номера структуры 5, 6, 7), связка – керамическая. Экспериментальное исследование собственных колебаний шлифовальных кругов Натурный эксперимент с регистрацией спектра собственных частот колебаний шлифовальных кругов проводился следующим образом. Собственные колебания ШК возбуждаются ударным воздействием согласно схеме на рис. 2. Регистрация акустического сигнала, генерируемого собственными колебаниями ШК, осуществляется прибором ИЧСК-2 (измеритель собственных частот колебаний) бесконтактным способом. ШК устанавливается вертикально на опору. Чувствительный элемент прибора (микрофон) ИЧСК-2 необходимо расположить под углом 45°±15° относительно диаметра, проходящего через точку опоры ШК. Обеспечивается минимальный зазор между цилиндрической поверхностью ШК, касание поверхности не допускается. Место воздействия ударником (молотком) также расположено под углом 45°±15° относительно диаметра, проходящего через точку опоры ШК, симметрично расположению микрофона. Удар наносится по цилиндрической поверхности исследуемого ШК в направлении к его центру. Сила и площадь воздействия не имеют существенного значения, поскольку предметом исследования выступают не амплитуды собственных колебаний, а их частоты. При настройке прибора на работу требуется указать следующие параметры: • вид изделия – абразивы / лопатки / другие изделия; • вид абразивного материала – 14А / 25А / 92А / 64С; • вид связки – бакелитовая / вулканитовая / керамическая; • геометрические форму и размеры ШК (коэффициент формы); • плотность ШК; • частотный диапазон измерений. Эксперимент включает по 10 измерений частот собственных колебаний каждого ШК, после чего определяется усредненный спектральный состав собственных колебаний для каждого ШК. На рис. 3 приведен пример спектрограммы десяти измерений собственных частот ШК 1 600×50×305 25А F60 L 7 V 50 2кл ГОСТ Р 52781–2007 – шлифовального круга № 3. Модальный анализ собственных колебаний шлифовальных кругов Проведен компьютерный имитационный эксперимент по исследованию собственных частот и мод колебаний с использованием метода конечных элементов в программной среде COMSOL Multiphysics. Данный программный продукт широко применяется в различных инж енерных расчетах по всему миру и хорошо зарекомендовал себя при решении акустических и вибрационных задач [16–20]. Разработана модель шлифовального круга с возможностью параметрического управления Рис. 2. Схема измерений частот собственных колебаний ШК: 1 – микрофон; 2 – молоток; 3 – исследуемый шлифовальный круг; 4 – опора Fig. 2. Scheme of measuring frequencies of GW natural vibrations: 1 – microphone; 2 – hammer; 3 – grinding wheel under study; 4 – base
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS ее геометрией и упругими показателями. Связь между собственными частотами колебаний ШК и его геометрическими размерами, формой и упругими показателями выражается уравнением ( , ) , i i E f F a = ν ρ где Fi (a, ν) – коэффициент формы – параметр, зависящий от геометрических размеров и формы тела (а = f (D, d, H)), от коэффициента Пуассона (ν) и моды колебаний. Параметры модели сведены в табл. 2. Для каждого варианта параметров ШК (D, d, H и ν, Е, ρ) проводился расчет собственных мод и частот колебаний с целью установления соответствия значениям частот, полученным экспериментально. Сравнение приведено в разделе «Сравнение экспериментальных и расчетных спектральных составов шлифовальных кругов». Рис. 3. Спектральный состав собственных колебаний шлифовального круга № 3 Fig. 3. Spectral composition of grinding wheel No. 3 natural vibrations Результаты и их обсуждение Моды собственных колебаний шлифовальных кругов Компьютерн ое моделирование показало, что порядок проявления собственных мод колебаний шлифовальных кругов остается неизменным для широкого диапазона значений ν, Е и ρ. Значения собственных частот, связанных с модами, для разных значений (и комбинаций значений) упругих параметров изменяются. В табл. 3 сведены значения собственных частот и соответствующие им моды в порядке их проявления для шлифовального круга № 3 – ШК 1 600×50×305 25А F60 L 7 V 50 2кл ГОСТ Р 52781–2007. Так, парой низших мод являются изгибные моды с двумя узловыми диаметрами – f1 и f2 (n = 2, s = 0), после которых проявляется изгибная мода f3 с одной узловой окружностью (n = 0, s = 1), называемая в литературе «зонтичной» модой [21]. Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Параметры модели шлифовального круга Grinding wheel model parameters Обозначение / Symbol Описание / Description Геометрические параметры модели / Geometrical model parameters D Наружный диаметр ШК / GW outer diameter d Посадочный диаметр ШК / GW inner diameter H Высота ШК / GW height Упругие параметры материала модели / Elastic parameters of model material ν Коэффициент Пуассона / Poisson’s ratio Е Модуль Юнга / Young’s modulus ρ Плотность / Density
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 76 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Т а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Порядок проявления собственных мод колебаний шлифовального круга* Occurrence order of grinding wheel natural oscillations modes* № / No. 1 2 3 4 5 6 7 f, Гц 544,59 544,62 1187,6 1429,7 1429,71 1451,8 1451,81 Мода / Mode Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes № / No. 8 9 10 11 12 13 14 f, Гц 1983,3 1983,5 2555,5 2555,51 3440,4 3440,8 3503,5 Мода / Mode Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes № / No. 15 16 17 18 19 20 f, Гц 3508,8 3508,81 3850,0 3850,1 4503,5 4503,51 Мода / Mode Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes Кратные моды / Repeated modes * – ШК 1 600×50×305 25А F60 L 7 V 50 2кл ГОСТ Р 52781–2007. Этот результат согласуется с результатами аналитических расчетов мод колебаний шлифовальных кругов Б.А. Глаговского и И.Б. Московенко [22]. Буквами n и s обозначаются соответственно число узловых диаметров и узловых окружностей при исследовании колебаний дисков с центральным осевым отверстием, к которым относятся шлифовальные круги рассматриваемых размеров. Изгибные моды, проявившиеся парами, – f4 и f5 (n = 3, s = 0), f10 и f11 (n = 4, s = 0), f17 и f18 (n = 5, s = 0) – сходны между собой, отличаются числом узловых диаметров. Пары мод f8 и f9 (n = 1, s = 1), f12 и f13 (n = 2, s = 1) отличаются на личием узловой окружности и разным числом узловых диаметров. Пары мод f6 и f7 (n = 2, s = 0), f15 и f16 (n = 3, s = 0), f19 и f20 (n = 1, s = 1) и мода f14 (n = 0, s = 1) относятся к классу
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1