Том 26 № 1 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Куц В.В., Олешицкий А.В., Гречухин А.Н., Григоров И.Ю. Исследование изменения геометрических параметров образцов, наплавленных методом GMAW при воздействии на электрическую дугу продольного магнитного поля....................................................................................................................................................................................... 6 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Оптимизация режимов селективного лазерного плавления порошковой композиции системы AlSiMg................................ 22 Губин Д.С., Кисель А.Г. Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ................................................................................................................... 38 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Борисов М.А., Лобанов Д.В., Зворыгин А.С., Скиба В.Ю. Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки.................................................................................................................................................... 55 Носенко В.А., Багайсков Ю.С., Мироседи А.Е., Горбунов А.С. Эластичные хоны для полирования профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения.............................................................. 66 Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Лобанов Д.В., Мартюшев Н.В., Папко С.С., Рожнов Е.Е., Юлусов И.С. Синтез механизма привода ремиз............................................................................................................. 80 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рагазин А.А., Арышенский В.Ю., Коновалов С.В., Арышенский Е.В., Бахтегареев И.Д. Изучение влияния содержания гафния и эрбия на формирование микроструктуры при литье алюминиевого сплава 1590 в медный кокиль............................................................................................................................................................................ 99 Зорин И.А., Арышенский Е.В., Дриц А.М., Коновалов С.В. Изучение эволюции микроструктуры и механических свойств в алюминиевом сплаве 1570 с добавкой 0,5 % гафния......................................................................... 113 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Взаимосвязь микроструктуры с ударной вязкостью металлов сварного шва трубных высокопрочных низколегированных сталей (обзор исследований).............................................................................................................................................. 129 Патил Н.Г., Сараф А.Р., Кулкарни А.П. Полуэмпирическое моделирование температуры резания и шероховатости поверхности при точении конструкционных материалов твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN.......................................................................................................................................................................... 155 Савант Д., Булах Р., Джатти В., Чинчаникар С., Мишра А., Сефене Э.М. Исследование электроэрозионной обработки криогенно обработанных бериллиево-медных сплавов (BeCu)................................................................... 175 Карлина А.И., Кондратьев В.В., Сысоев И.А., Колосов А.Д., Константинова М.В., Гусева Е.А. Исследование влияния комбинированного модификатора из отходов кремниевого производства на свойства серых чугунов................................................................................................................................................................................. 194 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 212 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 223 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 06.03.2024. Выход в свет 15.03.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 28,0. Уч.-изд. л. 52,08. Изд. № 15. Заказ 84. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 1 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 1 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kuts V.V., Oleshitsky A.V., Grechukhin A.N., Grigorov I.Y. Investigation of changes in geometrical parameters of GMAW surfaced specimens under the infl uence of longitudinal magnetic fi eld on electric arc....................................... 6 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Optimization of selective laser melting modes of powder composition of the AlSiMg system................................................................. 22 Gubin D.S., Kisel’ A.G. Features of calculating the cutting temperature during high-speed milling of aluminum alloys without the use of cutting fl uid............................................................................................................................................. 38 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Borisov M.A., Lobanov D.V., Zvorygin A.S., Skeeba V.Y. Adaptation of the CNC system of the machine to the conditions of combined processing...................................................................................................................................... 55 Nosenko V.A., Bagaiskov Y.S., Mirocedi A.E., GorbunovA.S. Elastic hones for polishing tooth profi les of heat-treated spur wheels for special applications..................................................................................................................................... 66 Podgornyj Y.I., Skeeba V.Y., Martynova T.G., Lobanov D.V., Martyushev N.V., Papko S.S., Rozhnov E.E., Yulusov I.S. Synthesis of the heddle drive mechanism....................................................................................................... 80 MATERIAL SCIENCE Ragazin A.A., Aryshenskii V.Y., Konovalov S.V., Aryshenskii E.V., Bakhtegareev I.D. Study of the eff ect of hafnium and erbium content on the formation of microstructure in aluminium alloy 1590 cast into a copper chill mold............................................................................................................................................................................ 99 Zorin I.A., Aryshenskii E.V., Drits A.M., Konovalov S.V. Study of evolution of microstructure and mechanical properties in aluminum alloy 1570 with the addition of 0.5 % hafnium........................................................................... 113 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Relationship between microstructure and impact toughness of weld metals in pipe high-strength low-alloy steels (research review)..................... 129 Patil N.G., Saraf A.R., Kulkarni A.P Semi empirical modeling of cutting temperature and surface roughness in turning of engineering materials with TiAlN coated carbide tool................................................................................. 155 Sawant D., Bulakh R., Jatti V., Chinchanikar S., Mishra A., Sefene E.M. Investigation on the electrical discharge machining of cryogenic treated beryllium copper (BeCu) alloys........................................................................................ 175 Karlina A.I., Kondratiev V.V., Sysoev I.A., Kolosov A.D., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Study of the eff ect of a combined modifi er from silicon production waste on the properties of gray cast iron................................................. 194 EDITORIALMATERIALS 212 FOUNDERS MATERIALS 223 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 6 ТЕХНОЛОГИЯ Исследование изменения геометрических параметров образцов, наплавленных методом GMAW при воздействии на электрическую дугу продольного магнитного поля Вадим Куц a, Алексей Олешицкий b, Александр Гречухин c, *, Игорь Григоров d Юго-Западный государственный университет, ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040, Россия a https://orcid.org/0000-0002-3244-1359, kuc-vadim@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0002-1097-8323, oav46@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0003-2037-6905, agrechuhin@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0001-6207-8194, grighorov.ighor@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 1 с. 6–21 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-6-21 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.92 История статьи: Поступила: 28 ноября 2023 Рецензирование: 07 декабря 2023 Принята к печати: 28 декабря 2023 Доступно онлайн: 15 марта 2024 Ключевые слова: Электрическая дуга Аддитивные технологии Наплавление Отклонение Геометрические параметры Магнитное поле Работа выполнена в рамках реализации программы развития ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» проекта «Приоритет 2030». АННОТАЦИЯ Введение. В работе представлены результаты исследования процесса аддитивного формообразования электрической дугой с аксиальной подачей стальной присадочной проволоки в среде защитных газов (технология GMAW) при дополнительном воздействии на электрическую дугу внешнего продольного магнитного поля. Цель работы: экспериментальное исследование влияния продольного магнитного поля при аддитивном формообразовании электрической дугой с аксиальной подачей присадочной проволоки из конструкционных сталей в среде защитных газов на изменение геометрических характеристик наплавляемых слоёв. Методы исследования. Изготовление образцов выполнялось на 5-координатной аддитивной установке, созданной на базе станка с ЧПУ. Параметры режима наплавки: напряжение 17,5 В; ток 55 А; проволока диаметром 1,2 мм; материал проволоки Св-08Г2С; скорость подачи проволоки 2267 мм/мин; ориентировочный диаметр валика 3,0 мм; длина валика 50 мм; количество проволоки на один валик 312,5 мм; количество слоев при наплавке стенки – пять; режим работы магнита: переменный ток с частотой 50 Гц; напряжение 30 В; измеренная магнитная индукция 5,7 мТл; начальная высота магнита над подложкой 10 мм; вылет электрода 10 мм; защитный газ – сварочная смесь CO2-Ar; давление газа (расход) 0,15 МПа. Результаты и обсуждение. Проведенное экспериментальное исследование показало, что воздействие продольного магнитного поля статистически значимо повлияло на изменение размеров единичных наплавляемых слоёв, а именно вызвало увеличение их ширины на 34,1 % с рассчитанным показателем значимости, близким к нулю, и уменьшение высоты на 20,2 % с рассчитанным показателем значимости 2,7⋅10–5; статистически значимо повлияло на изменение габаритных размеров образцов, состоящих из пяти слоёв, а именно ширина образцов увеличилась на 11,2 % c рассчитанным показателем значимости 4,3⋅10–3, а высота образцов уменьшилась на 10,3 % c рассчитанным показателем значимости 6,3⋅10–5; не оказало статистически значимого влияния на изменение величины отклонения от прямолинейности в вертикальном направлении для боковых стенок образцов c рассчитанным показателем значимости 0,3277; не оказало статистически значимого влияния на изменение погрешности ширины стенок образцов c показателем значимости 0,098. Для цитирования: Исследование изменения геометрических параметров образцов, наплавленных методом GMAW при воздействии на электрическую дугу продольного магнитного поля / В.В. Куц, А.В. Олешицкий, А.Н. Гречухин, И.Ю. Григоров // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 6–21. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-6-21. ______ *Адрес для переписки Гречухин Александр Николаевич, к.т.н., доцент Юго-Западный государственный университет, ул. 50 лет Октября, 94, 305040, г. Курск, Россия Тел.: 8 (47122) 2-26-69, e-mail: agrechuhin@mail.ru Введение В настоящее время широкое применение нашли технологии аддитивного производства изделий, основанные на плавлении исходного материала, среди которых можно выделить технологию GMAW, или технологию аддитивного производства электрической дугой с аксиальной подачей присадочной проволоки из различных металлических материалов в среде защитных газов. Эта технология характеризуется высокой производительностью формирования изделий и обладает широкой универсальностью, что объясняет большой интерес к ее применению в различных отраслях промышленности и является основной причиной большого количества научных работ в этой области [1–7]. Основными факторами, сдерживающими расширение области
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 7 TECHNOLOGY применения данной технологии, является невысокая точность формируемых деталей, характеризуемая большой величиной погрешности формы (иногда более 10 мм), а также неоднородная структура материала получаемых изделий, что отрицательно сказывается на физико-механических свойствах материалов и, как следствие, на эксплуатационных свойствах готовых изделий [1–7]. Одним из направлений исследования в этой области является осуществление процесса наплавки с дополнительным воздействием на электрическую дугу внешнего магнитного поля, которое принято разделять на продольное [8–18] и поперечное [19–29], что нашло своё применение при повышении качества процессов различных видов электродуговой сварки и наплавки. Во множестве работ было установлено, что под воздействием магнитного поля повышается скорость расплавления проволоки, улучшается микроструктура, уменьшается глубина и площадь зоны проплавления, что благоприятно сказывается на качестве сварных соединений [8–29]. В работах [8, 12, 14, 16, 18] также было отмечено, что воздействие продольного магнитного поля приводит во вращение вокруг своей оси столб дуги и стягивает его, уменьшая сечение столба дуги; дуга становится более жесткой, а нагрев – более концентрированным, что улучшает технологические свойства дуги и повышает качество процесса сварки и сварных швов. Однако, несмотря на положительное воздействие продольного магнитного поля на качество сварки, проведенный анализ работ в рассматриваемой области показал, что процесс аддитивного формообразования электрической дугой с аксиальной подачей стальной присадочной проволоки в среде защитных газов при дополнительном воздействии на электрическую дугу, в частности, продольного магнитного поля был исследован недостаточно [30–35]. Например, малоизученным является вопрос об изменении геометрических характеристик единичных наплавляемых слоев и формируемых таким способом образцов с применением проволоки из конструкционных сталей. Поэтому целью настоящей работы является экспериментальное исследование влияния продольного магнитного поля при аддитивном формообразовании электрической дугой с аксиальной подачей присадочной проволоки из конструкционных сталей в среде защитных газов на изменение геометрических характеристик наплавляемых слоёв, а именно на изменение размеров единичных наплавляемых слоёв; изменение габаритных размеров образцов, состоящих из нескольких слоев; изменение величины отклонения от прямолинейности в вертикальном направлении для боковых стенок образцов; изменение погрешности ширины стенок образцов. Методика исследований Для проведения данного исследования на кафедре машиностроительных технологий и оборудования Юго-Западного государственного университета была разработана установка на базе станка с ЧПУ, реализующая технологию GMAW, или технологию аддитивного формирования изделий электрической дугой с аксиальной подачей присадочной проволоки в среде защитных газов (рис. 1). Разработанная установка состоит из последовательной кинематической цепи, включающей в себя алюминиевое основание (раму) 1 с закрепленными на нем линейными направляющими 2, по которым с помощью шарико-винтовой передачи и шаговых моторов 3 приводятся в движение следующие части: вдоль оси X (координата X) – стол станка с ЧПУ 4 с расположенным на нём поворотным столом 5, вдоль оси Y (координата Y) – модуль оси Z 6, вдоль оси Z (координата Z) – подающий механизм 7. Поворотный стол обеспечивает вращение заготовки относительно оси Y (угловая координата B) и вращение заготовки относительно оси Z (угловая координата C). Управление станком осуществляется с помощью блока управления 8, включающего в себя плату управления Arduino Mega 2560 с надстройкой Ramps 1.6 (прошивка grbl-Mega-5X), шесть драйверов шаговых двигателей TB 6600 и блок питания с параметрами 12 В, 30 А. Для реализации управляющих программ используется открытое ПО GrblGru_v5.1.0. Разработанная установка обеспечивает одновременную 5-осевую наплавку (5-осевую непрерывную обработку). Подающий механизм 7 состоит из шагового мотора, прижима и стальных роликов, подающих сварочную (наплавочную) проволоку от катушки 9 через стальную трубку к сварочной головке в зону сварки (наплавки). На сварочной
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 8 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 1. Установка для проволочно-дугового аддитивного производства на базе станка с ЧПУ: 1 – рама; 2 – линейные направляющие; 3 – шаговый мотор; 4 – стол станка с ЧПУ; 5 – поворотный стол; 6 – модуль оси Z; 7 – подающий механизм; 8 – блок управления; 9 – катушка; 10 – электромагнит Fig. 1. Machine for wire-arc additive manufacturing on the basis of CNC machine: 1 – frame; 2 – linear guides; 3 – stepper motor; 4 – CNC machine table; 5 – rotary table; 6 – Z-axis module; 7 – feeding mechanism; 8 – control unit; 9 – coil; 10 – electromagnet головке закреплен электромагнит 10. В качестве источника тока использовался сварочный полуавтомат КЕДР MIG-160GDМ. Исследование влияния продольного магнитного поля на изменение геометрических размеров наплавляемых слоёв осуществлялось путем наплавки проволоки диаметром 1,2 мм из материала Св-08Г2С. Режимы наплавки для данной проволоки и в соответствии с методикой, описанной в работе [26], были приняты следующие: напряжение 17,5 В; сила тока 55 А; скорость подачи проволоки 2267 мм/мин; ориентировочный диаметр валика 3,0 мм; длина валика 50 мм; количество проволоки на один валик 312,5 мм; вылет электрода 10 мм; защитный газ – сварочная смесь CO2-Ar; давление газа (расход) 0,15 МПа. Для создания продольного магнитного поля использовался электромагнит, состоящий из стального сердечника с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенки 4 мм, а также обмотки, изготовленной из проволоки ПЭТВ-2 диаметром 0,72 мм с количеством витков 1200. Предварительно экспериментальным путем было установлено, что процесс наплавки проходит стабильно при подключении электромагнита к переменному синусоидальному току частотой 50 Гц и напряжением 30 В с начальной высотой магнита над подложкой 10 мм, поэтому в дальнейшем наплавку образцов выполняли при этих режимах. Измерение, выполненное с помощью миллитесламетра портативного универсального ТПУ, показало, что при данных режимах электромагнита в точке расплава проволоки магнитная индукция не превышает 5,7 мТл. При исследовании влияния продольного магнитного поля на размеры единичных слоев было наплавлено шесть образцов – три без воздействия продольного магнитного поля и три при воздействии на электрическую дугу магнитным полем, создаваемым катушкой индуктивности. Наплавленные образцы были разрезаны в трех местах и по плоскости разреза предварительно зачищены. Размеры единичных слоев, их ширина и высота, измерялись с помощью микроскопа МПБ-2 (рис. 2) при 24-кратном увеличении с ценой деления шкалы 0,05 мм (рис. 2).
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 9 TECHNOLOGY Результаты и их обсуждение Результаты измерения размеров единичных наплавленных слоёв приведены в табл. 1. Обработка полученных данных при исследовании влияния продольного магнитного поля на изменения ширины и высоты единичных наплавляемых слоев выполнялась в программе Statistica на основе расчета t-критерия для независимых выборок (рис. 3). Из полученных результатов следует, что воздействие созданного магнитного поля вызвало статистически значимое изменение размеров единичных наплавляемых слоев. Так, ширина слоя увеличилась на 34,1 % (значение рассчитанного t-критерия равно –9,585, и вероятность того, что ширина слоёв не различается, близка к нулю, р ≈ 0), а высота на- а б Рис. 2. Сечение единичных наплавленных слоев: a – без продольного магнитного поля; б – с продольным магнитным полем Fig. 2. Cross-section of single surfaced layers: a – without longitudinal magnetic fi eld; б – with longitudinal magnetic fi eld плавленного слоя уменьшилась на 20,2 % (значение рассчитанного t-критерия равно –5,799, и вероятность того, что высота слоев не различается, равна р ≈ 2,7⋅10–5). В таблице (рис. 3, а) также представлены результаты расчета F-критерия, на основе которого можно сделать вывод, что дисперсии размеров единичных наплавленных слоёв статистически значимо не отличаются. Так, рассчитанный F-критерий для дисперсий ширины равен 3,9 с рассчитанным показателем значимости 0,0714, а F-критерий для дисперсий высоты равен 2,65 с рассчитанным показателем значимости 0,1899; рассчитанные показатели значимости превышают принятый уровень значимости, равный 0,05. Для исследования влияния продольного магнитного поля на изменение габаритных разТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Результаты измерения размеров единичных наплавленных слоёв, мм Results of measuring the dimensions of single surfaced layers, mm Без магнитного поля Ширина 3,00 3,00 3,10 2,90 3,10 3,30 3,00 2,80 2,90 Высота 2,85 2,25 2,50 2,50 2,20 2,30 2,70 2,70 2,55 С магнитным полем Ширина 4,40 4,40 4,20 3,65 3,70 4,20 4,10 3,80 3,90 Высота 1,80 2,00 2,05 1,95 2,00 2,20 2,20 1,85 1,95
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 10 ТЕХНОЛОГИЯ б в Рис. 3. Анализ влияния продольного магнитного поля на изменение размеров единичных наплавляемых слоев: а – таблица результатов расчета t-критерия; б – диаграмма размахов для выcоты единичного слоя; в – диаграмма размахов для ширины единичного слоя Fig. 3. Analysis of the eff ect of a longitudinal magnetic fi eld on the change in dimensions of single surfaced layers: a – table of the results of t-criterion calculation; б – box plot for the height of a single layer; в – box plot for the width of a single layer а меров и геометрической погрешности наплавляемых слоёв была выполнена наплавка шести образцов, состоящих из пяти вертикальных слоёв – три без воздействия продольного магнитного поля и три при воздействии на электрическую дугу магнитным полем, создаваемым катушкой индуктивности (рис. 4). Оценка габаритных размеров наплавленных образцов осуществлялась по параметрам наибольшей ширины и высоты в рассматриваемых сечениях. На рис. 5 показана схема измерения наибольшей ширины (bmax) и высоты (hmax) образцов, наплавленных без воздействия продольного магнитного поля (рис. 5, а) и при воздействии продольного магнитного поля (рис. 5, б). В табл. 2 представлены результаты измерения габаритных размеров наплавленных образцов. Результаты расчета t-критерия для независимых выборок по результатам измерения габаритных размеров наплавленых образцов (табл. 2) представлены на рис. 6. Из полученных результатов (рис. 6) следует, что габаритные размеры образцов, состоящих из пяти слоёв, наплавленных без магнита, имеют статистически значимое отличие от размеров образцов, наплавленных при воздействии магнитного поля, а именно: ширина образцов увеличилась на 11,2 % c рассчитанным t-критерием, равным –3,22, и показателем значимости 4,3⋅10–3, а высота образцов уменьшилась на 10,3 % c рассчитанным t-критерием, равным 5,36, и показателем значимости 6,3⋅10–5. Результаты расчета F-критерия (рис. 6, а) показали, что дисперсии габаритных размеров наплавленных образцов статистически значимо
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 11 TECHNOLOGY Рис. 5. Схема измерения наибольшей ширины и высоты образцов, наплавленных без воздействия продольного магнитного поля (а) и при воздействии продольного магнитного поля (б) Fig. 5. Scheme for measuring the greatest width and height of the specimens surfaced: a – without infl uence of a longitudinal magnetic fi eld; б – with infl uence of a longitudinal magnetic fi eld а б Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Результаты измерения наибольшей ширины и высоты наплавленных образцов Results of measuring the greatest width and height of the surfaced specimens Образец 1 2 3 4 5 6 Без магнитного поля С магнитным полем bmax, мм Сечение 1 4,7 4,2 3,7 4,3 5,1 4,5 Сечение 2 4,3 3,8 3,7 4,7 4,4 4,5 Сечение 3 4,2 4,1 3,9 4,4 4,3 4,5 hmax, мм Сечение 1 9,0 8,7 9,3 8,1 8,4 7,6 Сечение 2 8,8 8,3 9,3 8,1 8,4 8,2 Сечение 3 9,2 9,1 9,6 7,9 8,6 7,6 Рис. 4. Наплавленные и разрезанные образцы, состоящие из пяти слоев Fig. 4. Surfaced and cut specimens consisting of fi ve layers
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 12 ТЕХНОЛОГИЯ б в Рис. 6. Результаты анализа влияния продольного магнитного поля на изменение габаритных размеров наплавленных образцов: а – таблица результатов расчета t-критерия; б – диаграмма размаха для ширины образцов; в – диаграмма размаха для высоты образцов Fig. 6. Results of the analysis of the infl uence of the longitudinal magnetic fi eld on the change of the overall dimensions of the surfaced specimens: a – table of t-criterion calculation results; б – box plot for the width of the specimens; в – box plot for the specimens’ height а не отличаются и рассчитанные показатели значимости превышают принятый уровень значимости, равный 0,05. Изменение геометрической погрешности наплавляемых слоёв оценивали по величине отклонения от прямолинейности боковых стенок образца в вертикальном направлении для заданного сечения, а также по погрешности ширины образца. На рис. 7 показана схема измерения величины отклонения от прямолинейности, которое выполнялось для левой стенки образца EFL1 и правой стенки EFL2, а в дальнейших расчетах использовалась величина отклонения от прямолинейности, имеющая наибольшее значение: = 1 2 max( , ) EFL EFL EFL . Результаты измерения отклонения от прямолинейности представлены в табл. 3. На рис. 8 представлены результаты статистического сравнения величины отклонения от прямолиненйности с помощью t-критерия. Из полученных результатов (рис. 8) следует, что отклонения от прямолинейности в вертикальном направлении для боковых стенок образцов, наплавленных без магнита, не имеют статистически значимого отличия от образцов, наплавленных при воздействии магнитного поля, c рассчитанным t-критерием, равным –1,0097, и показателем значимости 0,3277, что превышает принятый уровень значимости 0,05. Исходя из величины рассчитанного F-критерия, дисперсия отклонения от
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1