Том 24 № 4 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 6 ТЕХНОЛОГИЯ Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом Александр Дюрягин a, *, Дмитрий Ардашев b Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, г. Челябинск, 454080, Россия a https://orcid.org/0000-0001-6274-1953, s.dyuryagin@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0002-8134-2525, ardashevdv@susu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 6–17 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-6-17 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Отличительной особенностью современной машиностроительной отрасли является увеличение удельной доли единичных изделий или мелкосерийных партий [1]. В связи с этим активно начинают использоваться инновационные технологии для получения таких изделий. ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.914.1 + 621.9.015 + 621.767 История статьи: Поступила: 30 августа 2022 Рецензирование: 06 сентября 2022 Принята к печати: 21 сентября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Концевое фрезерование Сила резания Шероховатость обработанной поверхности Direct Metal Deposition EuTroLoy 16604 Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант № FENU-2020-0020). АННОТАЦИЯ Введение. В настоящее время значительную долю в машиностроительной отрасли составляют единичные изделия либо изделия, изготавливаемые мелкими партиями. В связи с этим для сокращения затрат на изготовление специальной дорогостоящей оснастки заготовительного передела начинают активно применяться инновационные подходы для получения таких изделий. К таким технологиям можно отнести метод Direct Metal Deposition (DMD), суть которого заключается в осаждении металлических частиц из газопорошковой струи. Данный метод имеет много достоинств. Однако одним из главных недостатков является то, что изделия после выращивания имеют грубую поверхность и не соответствуют точностным требованиям чертежа готовой детали. Следовательно, изделия требуют дальнейшей механической обработки резанием. Вместе с тем вследствие новизны материалов для них отсутствуют режимные параметры для механической обработки. В связи с этим цель работы заключается в установлении функциональной взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при концевом фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом. В работе проведено экспериментальное исследование силы резания и шероховатости обработанной поверхности при варьировании подачи на зуб при концевом фрезеровании. Методом исследования является эксперимент по фрезерованию материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом, с измерением выходных параметров процесса (сила резания и шероховатость обработанной поверхности). Результаты и обсуждение. Измеренные значения силы резания и шероховатости обработанной поверхности позволили установить функциональные и графические зависимости выходных параметров процесса фрезерования от подачи на зуб. Установлено, что при использовании фрезы с меньшим задним углом возникают меньшие силы резания и поверхность при этом имеет меньшую высоту микронеровностей. Таким образом, разработанные функциональные взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб позволят прогнозировать выходные параметры процесса резания и повысить эффективность операции механической обработки резанием. Перспективное направление дальнейшей работы видится в исследовании относительной обрабатываемости и оценке ее количественного значения. Для цитирования: Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 6–17. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-6-17. ______ *Адрес для переписки Дюрягин Александр Анатольевич, аспирант Южно-Уральский государственный университет, пр. Ленина, 76, 454080, г. Челябинск, Россия Тел.: 8 (351) 272-32-94, e-mail: s.dyuryagin@mail.ru Метод выращивания деталей сложной формы в настоящее время является наиболее быстро развивающейся производственной технологией [2]. Одним из методов, относящихся к данным технологиям, является метод местного осаждения металла – Direct Metal Deposition (DMD). В процессе наплавления данным методом лазерный луч создает ванну расплава, в которую подается металлический порошок [3]. В результате расплавления порошка и материала подложки создается прочное соединение. DMD-метод позволяет повысить коэффициент использования материала за счет того, что
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 7 TECHNOLOGY конечный продукт получают при помощи добавления необходимого количества материала, а не удаления его из цельной заготовки. Имеется возможность локального (местного) нанесения слоя материала. Этот метод активно применяется для нанесения покрытий, а также восстановления изношенных поверхностей порошками, обладающими специальными свойствами [4–6]. Применение DMD-метода сопряжено с проблемой, заключающейся в том, что поверхность после нанесения слоя материала зачастую не соответствует заданным конструкторским требованиям, что было выявлено в работах [7–10]. Для соответствия заданным требованиям необходима дальнейшая механическая обработка резанием. Поскольку DMD-метод не используется в массовом производстве, поэтому в нормативных справочниках отсутствуют режимы резания для их обработки. Большинство предприятий обрабатывают выращенные изделия методом пробных проходов, подбирая при этом подходящие режимы резания и режущий инструмент. Однако такая обработка не может считаться эффективной вследствие нерационального расхода материала. Для этого требуется проведение теоретических и экспериментальных исследований, чтобы установить взаимосвязь режимных параметров с выходными параметрами процесса резания. Данные, полученные в ходе исследований, позволят разработать нормативную базу (рекомендации) для назначения рациональных режимов механической обработки резанием DMD-материалов. Большинство работ, содержащих в себе исследования характеристик процесса механической обработки резанием новых материалов [11–13], свидетельствуют о заинтересованности машиностроительной отрасли в использовании данных материалов для производства деталей, так как им можно придать необходимые свойства. Так, в работе [14] проведено экспериментальное исследование обрабатываемости материала Al/SiC-MMC. В ходе токарной обработки было изучено влияние глубины резания, подачи и скорости резания на шероховатость обработанной поверхности и силу резания. Полученные экспериментальные данные позволили установить взаимосвязь скорости резания, подачи и глубины резания с силой резания и шероховатостью обработанной поверхности, а также показать их влияние на износ режущего инструмента. Результаты эксперимента позволяют из полученных зависимостей выбрать подходящие значения подачи, скорости резания и глубины резания для выполнения технологических требований. Eun-Jung Kim и др. [10] провели экспериментальное исследование по механической обработке нержавеющей стали 304L. Были определены численные значения силы резания и шероховатости обработанной поверхности для установления характеристик обрабатываемости материала. В работе [15] разработана экспериментальная модель взаимосвязи шероховатости обработанной поверхности с режимами резания (частота вращения шпинделя и скорость подачи) при точении VT6 titanium alloy, полученного DMD-методом. В работах [16–18] представлены исследования процесса фрезерования образцов из материала IN718, полученных с использованием аддитивных технологий. В результате были изучены силы резания, износ режущего инструмента, шероховатость обработанной поверхности и остаточные напряжения при различных технологических условиях. Таким образом, обрабатываемость, а также процесс механической обработки наплавленных материалов широко изучают во всем мире, стремясь сформировать нормативную базу с режимами резания. Данные, полученные в ходе экспериментальных исследований, позволят повысить эффективность проектирования операций механической обработки резанием. Это направление является актуальным для машиностроительной отрасли. Цель работы заключается в установлении функциональной взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при концевом фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMDметодом для повышения эффективности операций механической обработки резанием. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи. 1. Проведение экспериментального исследования обрабатываемости фрезерованием материала EuTroLoy 16604 концевыми фрезами с различными углами резания с измерением силы резания и шероховатости обработанной поверхности.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 8 ТЕХНОЛОГИЯ 2. Разработка математических моделей взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб. Методика исследований Образец для исследования представляет собой слой порошкового материала EuTroLoy 16604, наплавленного на стальную пластину с использованием DMD-метода (рис. 1). Нанесение слоя проводилось в научно-исследовательской лаборатории механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий на базе Южно-Уральского государственного университета с применением комплекса лазерной наплавки FL-Clad-R-4 [19]. В качестве подложки выступает пластина из материала Сталь 45. Рис. 1. Образец наплавленного материала Fig. 1. A sample of deposited material Режимы наплавки: мощность лазера – 1600 Вт, скорость сканирования лазера – 10 мм/с, расход порошка – 10,5 г/мин, шаг сканирования – 1,4 мм. Химический состав порошка и размер основной фракции представлены в табл. 1. Микроструктурное исследование наплавленного слоя проводилось на растровом электронном микроскопе JEOL JSM 7001-F с анализатоТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав и размер основной фракции исходного порошка / Chemical composition and the size of the powder main fraction Химический элемент / Chemical element Размер основной фракции, мкм / The powder main fraction size, μm Fe Co Cr Mo Концентрация, ат. % / Concentration, at. % 68 15 15 2 40…120 ром для проведения рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа X-Max-80 Oxford Instruments. Измерение микротвердости по глубине наплавленного слоя осуществлялось с использованием микротвердомера марки HV 1000 в трех местах. Эксперимент по механической обработке проводился на фрезерном станке с ЧПУ модели ГФ2171С5. Для фрезерования образца использовались концевые фрезы диаметром 8 мм из материала Р6М5. Для сравнения выходных параметров процесса резания были использованы фрезы с задними углами в 13º и 19º в торцевом сечении. Конструктивно в большинстве случаев концевые фрезы выполняют с задними углами резания, величина которых варьируется от 13° до 19°. Для проведения экспериментального исследования были выбраны граничные значения углов. Руководствуясь нормативным справочником [20] для обработки нержавеющих сталей, были выбраны соответствующие технологические параметры процесса фрезерования для проведения экспериментального исследования. Технологические параметры проводимого эксперимента, включая характеристики режущего инструмента, представлены в табл. 2. Для измерения силы резания использовался динамометр Kistler 9257В, на который была установлена пластина с наплавленным материалом, закрепленная винтами. Обработка экспериментальных данных проводилась в специальном программном обеспечении DynoWare. Шероховатость обработанной поверхности измерялась при помощи профилометра контактного степени точности 1 по ГОСТ 19300–86 модели 130. Для разработки математических моделей взаимосвязи шероховатости обработанной поверхности и силы резания с подачей на зуб применялся однофакторный регрессионный анализ.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 9 TECHNOLOGY Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Технологические параметры / Technological parameters Подача на зуб Sz, мм/зуб / Feed per tooth Sz, mm/tooth Скорость вращения шпинделя n, об/мин / Spindle speed n, rpm Глубина резания t, мм / Cutting depth t, mm Диаметр инструмента D, мм / Cutting tool diameter D, mm Материал режу щего инструмента / Cutting tool material 0,01 1000 0.5 8 Р6М5 / HSS M2 0,02 0,03 0,04 Результаты и их обсуждение Свойства наплавленного слоя При помощи растрового электронного микроскопа JEOL JSM 7001-F с анализатором для проведения рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа X-Max-80 Oxford Instruments была определена толщина наплавленного слоя (рис. 2). Толщина наплавленного слоя варьируется в пределах от 1,36 до 1,51 мм. При этом наблюдается однородная структура с незначительными неметаллическими включениями в зоне подложки. Однородность наплавленного слоя подтверждается изменением микротвердости по глубине. Результаты измерения микротвердости представлены на рис. 3. Составляющая силы резания Экспериментальные значения силы резания регистрировались с частотой сигнала 0,1 с. После конвертации полученных данных в DynoWare массив численных значений силы резания обрабатывался в MS Excel. При помощи встроенных функций были построены графики составляющей силы резания Fyz. Рис. 2. Толщина наплавленного слоя Fig. 2. Thickness of the deposited layer
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 10 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 4. Графики составляющей силы резания (Sz = 0,01 мм/зуб) Fig. 4. Graphs of the cutting force component (Sz = 0,01 mm/tooth) На рис. 4–7 представлены графики изменения составляющей силы резания Fyz, используемой при расчете фрезы на изгиб, для подачи на зуб 0,01…0,04 мм/зуб соответственно. Составляющая Fyz была получена путем расчета по составляющим Fy и Fz. Фрезерование проводилось перпендикулярно направлению сканирования лазера с целью определения максимальных значений силы резания, возникающих при ударах, т. е. для исследования были выбраны самые неблагоприятные условия. Вследствие этого на графиках наблюдаются пики и впадины в значениях силы резания. Рис. 3. Микротвердость наплавленного слоя Fig. 3. Microhardness of the deposited layer Пиковые значения силы резания приходятся на середину наплавленного валика, а впадины соответствуют положению между наплавленными валиками. Во избежание разности в показаниях силы резания и придания ей однородного характера изменения механическую обработку необходимо вести в направлении сканирования. Из графиков также можно заметить, что увеличение подачи на зуб приводит к увеличению силы резания. Аналогичные результаты получены в исследовании [21]. Для установления функциональной зависимости составляющей силы резания и подачи на зуб
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1