Том 28 № 1 2026 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 28 № 1 2026 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К. Особенности ультразвуковой обработки жидких сред и дисперсных систем различной вязкости...................... 6 Любимый Н.С., Четвериков Б.С., Герасимов М.Д., Польшин А.А., Мальцев А.К., Быценко М.В., Тихонов А.А. Оптимизация режимов финишного точения металл-композитной системы с металлической оболочкой толщиной 2 мм по критериям термонагруженности и износа режущего инструмента........................................................................................................................ 29 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р. Выбор метода чистовой обработки отверстий в условиях многономенклатурного производства на основе решения многокритериальной оптимизационной задачи..................................................................................... 46 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Улисков М.В. Определение минимального объема выборки для построения корреляционно-регрессионных моделей параметров шероховатости при фрезеровании...................................................................................... 64 Кулкарни П., Чинчаникар С. Оценка устойчивости с использованием экоиндекса для электроэрозионной обработки сплава Inconel 718 с применением гибридной Al2O3-графеновой нанодиэлектрической жидкости............................................................ 81 Савин И.А., Юсубов Н.Д., Гавариев Р.В., Аббасова Х.М. Повышение эффективности процесса литья под давлением в металлические формы........................................................................................................................................................................... 101 Зверев Е.А., Скиба В.Ю., Жаргалова А.Д., Вахрушев Н.В., Попков А.С. Износостойкость плазменных покрытий, сформированных комбинированными методами поверхностно-термического воздействия: к вопросу создания гибридного станочного оборудования.................................................................................................................................................................................... 114 Жаргалова А.Д., Скиба В.Ю., Тун Ц., Папко С.С., Юлусов И.С. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для оптимизации параметров токарной обработки тонкостенных деталей в контексте проектирования гибридного металлообрабатывающего оборудования......................................................................................................................................................... 130 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Чинчаникар С., Мотги Н. Точение сплава Inconel 718 ротационным инструментом с собственным приводом при использовании гибридной наножидкости в условиях охлаждения минимальным количеством смазочно-охлаждающей жидкости (MQL)......................................................................................................................................................................................................... 152 Титов Ю.В., Кривонос Е.В., Аллагулов В.Р., Минибаев Э.Р., Бобровский Н.М., Каменов Р.У. Влияние технологических режимов обработки жаропрочного сплава MoTiC на основе молибдена на стойкость инструмента.............................................. 176 Подгорный Ю.И., Иванцивский В.В., Мартынова Т.Г., Жаргалова А.Д., Тун Ц., Рожнов Е.Е., Драч Г.А., Морозов А.А. Динамическое моделирование и выбор рациональных параметров механизма жерновой мельницы с целью снижения энергопотребления........................................................................................................................................................................................... 193 Поспелов И.Д., Бабайлова Ю.Ф., Румянцев В.В., Мащенко М.А. Совершенствование методики расчета температурных напряжений в рабочих валках при нестационарном тепловом режиме стана горячей прокатки..................................................... 207 Матрохин М.А., Немтинов В.А. Пневматическое устройство подъема погружного барабана установки гальванического покрытия мелких деталей в насыпном виде........................................................................................................................................... 220 Любимый Н.С., Польшин А.А., Четвериков Б.С., Загородний Н.А., Мальцев А.К., Быценко М.В. Оценка окупаемости металл-композитной технологии корпусов сборных сверл на основе экспериментально подтвержденного повышения стойкости режущей головки........................................................................................................................................................................... 233 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карими Д. Микроструктура и механические свойства Ti6Al4V – сравнение селективного лазерного плавления, электронно-лучевой плавки и искрового плазменного спекания................................................................................................................. 253 Ингле Ч.Р., Никалье А., Амбхор Н. Оптимизация интенсивности износа металломатричных композитов вольфрам-медь: метод робастного проектирования.......................................................................................................................................................... 262 Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование абразивной износостойкости низкоуглеродистой стали, поверхностно легированной системой железо-хром-углерод с использованием метода дуговой сварки вольфрамовым электродом в защитном газе (GTAW).......................................................................................................................................................................... 275 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 295 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 10.03.2026. Выход в свет 16.03.2026. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,61. Изд. № 22. Заказ 72. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 28 No. 1 2026 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. 28 No. 1 2026 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. 28 No. 1 2026 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K. Ultrasonic treatment features of liquid media and dispersed systems of various viscosities......................................... 6 Lubimyi N.S., Chetverikov B.S., Gerasimov M.D., Polshin A.A., Maltsev A.K., Bytsenko M.V., Tikhonov A.A. Optimization of fi nishing turning parameters for a metal–composite system with a 2-mm-thick metal external layer based on criteria of thermal load and cutting tool wear.......................................................................................................................................................................... 29 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R. Selection of a fi nishing hole processing method for multi-product manufacturing based on solving a multi-objective optimization problem..................................................................................................................................................... 46 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Uliskov M.V. Minimum sample size requirements for reliable correlation-regression modeling of surface roughness in milling................................................................................................................................................................. 64 Kulkarni P., Chinchanikar S. Sustainability evaluation using an eco-index for Inconel 718 EDM with a hybrid Al2O3-graphene nano-dielectric fl uid.................................................................................................................................................................................. 81 Savin I.A., Yusubov N.D., R.V. Gavariev, Abbasova H.M. Enhancing the effi ciency of the die casting process in metal molds........ 101 Zverev E.A., Skeeba V.Yu., Zhargalova A.D., Vakhrushev N.V., Popkov A.S. Wear resistance of plasma coatings formed by combined surface-thermal treatment methods: toward the design of hybrid machine-tool equipment............................................... 114 Zhargalova A.D., Skeeba V.Yu., Tong Ziqi, Papko S.S., Yulusov I.S. Intelligent decision support system for the optimization of turning parameters of thin-walled parts in the context of designing hybrid metal-cutting equipment................................................. 130 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Chinchanikar S., Motgi N. Turning Inconel 718 with a self-propelled rotary tool using a hybrid nanofl uid under minimum quantity lubrication.................................................................................................................................................................................................. 152 Titov Y.V., Krivonos E.V., Allagulov V.R., Minibaev E.R., Bobrovsky N.M., Kamenov R.U. Infl uence of processing parameters on tool life in machining the heat-resistant molybdenum-based MoTiC alloy......................................................................................... 176 Podgornyj Y.I., Ivancivsky V.V., Martynova T.G., Zhargalova A.D., Ziqi Tong, Rozhnov E.E., Drach G.A., Morozov A.A. Dynamic modeling and selection of rational parameters for a millstone mill mechanism to reduce energy consumption...................... 193 Pospelov I.D., Babailova Yu.F., Rumyantsev V.V., Mashchenko M.A. Improving the methodology for calculating temperature stresses in the working rolls under non-stationary thermal conditions in a hot rolling mill..................................................................... 207 Matrokhin M.A., Nemtinov V.A. Pneumatic device for lifting a submersible drum for electroplating small parts in bulk.................. 220 Lubimyi N.S., PolshinA.A., Chetverikov B.S., Zagorodniy N.A., MaltsevA.K., Bytsenko M.V. Payback assessment of the metal– composite technology for modular drill bodies based on an experimentally confi rmed increase in cutting head tool life...................... 233 MATERIAL SCIENCE Karimi J. Microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V: a comparison between selective laser melting, electron beam melting, and spark plasma sintering......................................................................................................................................................... 253 Ingle C.R., Nikalje A., Ambhore N. Optimization of wear rate in tungsten-copper metal matrix composites: a robust design approach.................................................................................................................................................................................................... 262 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Study of abrasive wear resistance of low-carbon steel surface-alloyed with the Fe–C–Cr system using gas tungsten arc welding (GTAW)......................................................................................................................... 275 EDITORIALMATERIALS 295 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 1 2026 6 ТЕХНОЛОГИЯ Особенности ультразвуковой обработки жидких сред и дисперсных систем различной вязкости Сергей Сундуков * Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, г. Москва, 125319, Россия https://orcid.org/0000-0003-4393-4471, sergey-lefmo@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2026 Том 28 № 1 с. 6–28 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.1-6-28 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 534-8 + 621.9.048.6 История статьи: Поступила: 13 ноября 2025 Рецензирование: 01 декабря 2025 Принята к печати: 17 декабря 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2026 Ключевые слова: Ультразвук Кавитация Акустические потоки Дисперсные системы Вязкость Обработка Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00013, https://rscf.ru/ project/25-29-00013/. АННОТАЦИЯ Введение. Дисперсные системы типа «твердые частицы в жидкой среде» имеют широкое распространение в машиностроении и применяются в технологических процессах получения соединений из металлических деталей, обеспечения качества поверхностного слоя, нанесения функциональных и защитных покрытий. Независимо от материала дисперсных частиц и матрицы основным требованием к рассматриваемым системам является однородность размеров дисперсной фазы и равномерность распределения в жидкой среде. В этом случае эффективным способом воздействия служит ультразвуковая обработка, которая позволяет за счет схлопывания кавитационных пузырьков диспергировать крупные образования или агломераты частиц при одновременном перемешивании компонентов акустическими потоками. Несмотря на наличие определенных достижений по отдельным системам, в настоящее время отсутствуют исследования, направленные на установление взаимосвязи свойств жидкой среды и дисперсной фазы с параметрами режима ультразвуковой обработки, которые определяют кавитационно-эрозионную активность и интенсивность акустических потоков. Цель работы: исследование влияния параметров ультразвуковой обработки жидких сред и дисперсных систем различной вязкости, направленное на установление взаимосвязи свойств обрабатываемой среды, режимов обработки, кавитационно-эрозионной активности и характера акустических течений. В работе исследованы модельные дисперсные системы вязкостью от 1 до 1395 мПа ∙ с, полученные на основе смеси глицерина с водой различной концентрации с добавлением алмазной пыли и графитового порошка. Методика исследований. Для ультразвуковой обработки применялась стержневая магнитострикционная колебательная система с излучателем из сплава ВТ-3 и диаметром 30 мм. Для определения кавитационно-эрозионной активности использовались тест-объекты из алюминиевой фольги. Для сравнения кавитационных областей под торцом излучателя и определения начальной скорости акустического потока осуществлялась высокоскоростная съемка со скоростью 1212 кадров в секунду. При исследовании динамики распространения потока по всему обрабатываемому объему применялась съемка со скоростью 25 кадров в секунду. Результаты и обсуждение. Повышение вязкости жидкой среды и наличие в ней дисперсных частиц приводит к изменению кавитационной зоны под торцом излучателя, что, в свою очередь, изменяет условия образования акустического потока, который при обработке дисперсных систем образуется при меньших амплитудах ультразвуковых колебаний, чем в жидкостях. Начальные скорости акустических потоков для жидкостей и дисперсных систем различной вязкости находятся в диапазоне от 0,050 до 0,565 м/с. Из-за повышения поглощающей способности среды и роста потерь на поддержание кавитации начальная скорость для дисперсных систем ниже, чем для жидкостей, а при повышении амплитуды колебаний разница между значениями увеличивается. Картины эрозионных повреждений дисперсных систем отличаются наличием значительной площади с точечными повреждениями, являющимися следствием схлопывания кавитационных пузырьков вблизи частиц дисперсной фазы, распределенной по обрабатываемому объему. Высота зоны кавитационно-эрозионной активности составляет от 20 до 50 мм, при этом наибольшая площадь повреждений достигается при наименьшей скорости потока. Таким образом, режим обработки должен обеспечивать минимальную скорость потока, создающего силу, необходимую для подъема частиц и их агломератов со дна емкости, и при этом иметь высокую кавитационноэрозионную активность, что обусловливает ограничение объема обрабатываемой дисперсной системы. Исследования динамики распространения акустического потока позволили установить закономерности движения потока и определить зависимости снижения его скорости при удалении от торца излучателя. Для цитирования: Сундуков С.К. Особенности ультразвуковой обработки жидких сред и дисперсных систем различной вязкости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2026. – Т. 28, № 1. – С. 6–28. – DOI:10.17212/1994-6309-202628.1-6-28. ______ *Адрес для переписки Сундуков Сергей Константинович, к.т.н., доцент Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, 125319, г. Москва, Россия Тел.: +7 926 369-19-70, e-mail: sergey-lefmo@yandex.ru Введение Дисперсные системы различного типа имеют огромную значимость в технологических процессах при производстве, ремонте и эксплуатации изделий машиностроения [1, 2]. От свойств дисперсной системы во многом зависит качество изделий в целом [3, 4].
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 1 2026 7 TECHNOLOGY В данной работе объектом исследования является один из самых распространенных типов дисперсных систем – твердые частицы в жидкости. К технологическим процессам, основанным на применении таких дисперсных систем, можно отнести сварку и пайку [5, 6] – твердые частицы в жидком металле (примеси, неметаллические включения и зародыши кристаллизации); склеивание с использованием полимерных композиционных материалов, представляющих собой взвесь наполнителя в полимерной матрице [7–10]; нанесение защитных лакокрасочных покрытий (суспензий) [11, 12]; гидроабразивную и кавитационно-абразивную обработку [13, 14]. Учитывая масштабы применения дисперсных систем, исследования, направленные на интенсификацию процессов их получения, обладают высокой актуальностью. Основным требованием к дисперсным системам является обеспечение равномерности структуры или распределения частиц дисперсной фазы по объему жидкой среды, что позволяет получить заданные эксплуатационные свойства [15, 16]. Значительная проблема технологии при этом заключается в необходимости диспергирования больших образований (например, дендритов в металле) или агломератов частиц дисперсной фазы (комков наполнителя в полимере), образованных в процессе их хранения под действием сил адгезии, которые возникают в результате межмолекулярного взаимодействия соприкасающихся частиц [17, 18]. При сварке или пайке дендриты снижают прочность и пластичность соединения [19–21]. При получении полимерных композиционных или лакокрасочных материалов агломераты из слипшихся частиц создают анизотропию свойств дисперсной системы и в то же время имеют тенденцию к осаждению под действием силы тяжести, что снижает концентрацию дисперсной фазы в основном объеме системы и изменяет ее свойства [22]. В связи с этим технологии обработки и получения различных дисперсных систем должны предусматривать диспергирование и разделение крупных образований при их равномерном распределении по объему. Эффективным способом, позволяющим интенсифицировать такие процессы, является применение ультразвуковых колебаний, создающих в жидкости переменное звуковое давление. Жидкость подвергается периодическому воздействию растягивающих и сжимающих сил, что приводит к возникновению кавитации, заключающейся в образовании разрывов сплошности в виде пузырьков, заполненных паром и газом [23, 24], которые пульсируют, объединяются в различные по размеру кавитационные образования или кластеры и схлопываются, создавая ударные волны и кумулятивные струи [25]. В момент схлопывания кавитационного пузырька давление может достигать Pmax ≈ 10 7…1011 Па, а температура составляет 3000…4000 °С [26–28]. При введении ультразвуковых колебаний в реальные жидкости часть энергии теряется изза влияния вязкости, вследствие чего волновая энергия будет ослабевать при отдалении от источника колебаний [29]. При поглощении волны количество движения, связанное с колебаниями частиц среды, передается ей, вызывая акустические течения [30, 31] различной масштабности. Характер акустических течений в первую очередь зависит от режима ультразвуковой обработки, который определяется амплитудой колебаний торца излучателя ξm. Так, при низкоамплитудном режиме обработки (ξm < 10...12 мкм для воды) крупномасштабные акустические течения фактически отсутствуют, а в кавитацию вовлекаются случайные участки озвучиваемого объема. Переход к высокоамплитудному режиму (ξm > 10...12 мкм) характеризуется возникновением крупномасштабного, направленного от торца излучателя гидродинамического потока и объясняется сильным поглощением акустической энергии в процессе развития кавитационной области у торцевой поверхности излучателя [32]. Таким образом, ультразвуковая обработка за счет кавитации позволяет диспергировать крупные образования и агломераты частиц, а за счет действия акустических потоков – осуществлять перемешивание и распределение дисперсной фазы по объему. Существует достаточное количество исследований по ультразвуковой обработке дисперсных систем [например, 33–38], в том числе проводимых в лаборатории электрофизических методов обработки МАДИ [например, 39–44]. Несмотря на наличие определенных достижений по отдельным системам, в настоящее время отсутствуют исследования, направленные на установление взаимосвязи свойств жидкой сре-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 1 2026 8 ТЕХНОЛОГИЯ ды и дисперсной фазы с параметрами режима ультразвуковой обработки, которые определяют кавитационно-эрозионную активность и интенсивность акустических потоков, что позволит осуществлять выбор режима ультразвуковой обработки дисперсных систем, основанный на системном подходе. Исходя из этого, поставлена цель работы – исследование влияния параметров ультразвуковой обработки жидких сред и дисперсных систем различной вязкости, направленное на установление взаимосвязи свойств обрабатываемой среды, режимов обработки, кавитационно-эрозионной активности и характера акустических течений. Для достижения цели сформулированы следующие задачи исследования. 1. Сравнение кавитационных областей, образующихся в жидкостях различной вязкости при добавлении дисперсной фазы. 2. Определение геометрии кавитационноэрозионной области в зависимости от вязкости жидкой среды, наличия дисперсной фазы и амплитуды ультразвуковых колебаний. 3. Определение механизмов диспергирования частиц и их агломератов в жидкой среде при различных режимах ультразвуковой обработки. 4. Определение зависимостей изменения скорости акустических потоков от свойств обрабатываемой жидкой среды. Методика исследований Материалы Для получения сред, имеющих различную вязкость, в качестве обрабатываемой жидкости использовалась смесь глицерина и воды различной концентрации: 0, 60, 85, 95, 98,5 и 100 %. Вязкость полученных сред измерялась ротационным вискозиметром Fungilab Expert L, для воды она составила 1 мПа ∙ с, для глицерина – 10, 102, 497, 1010 и 1395 мПа ∙ с. При создании модельной дисперсной системы на 200 мл жидкости добавлялось 0,5 г алмазной пыли и 0,5 г графита фракцией 0…50 мкм. Незначительное количество и мелкий размер дисперсной фазы позволяет получить достаточно устойчивую суспензию с повышением вязкости по сравнению с чистой жидкостью менее 1 %, что далее позволяет пренебречь этими изменениями. Схема обработки Исследования ультразвуковой обработки полученных образцов проводились по общей схеме, представленной на рис. 1. Рис. 1. Общая схема проведения эксперимента: 1 – ультразвуковой генератор; 2 – колебательная система; 3 – емкость с обрабатываемой средой; 4 – камера; 5 – освещение; 6 – компьютер Fig. 1. General experimental setup: 1 – ultrasonic generator; 2 – oscillatory system; 3 – container with the medium being processed; 4 – chamber; 5 – lighting; 6 – computer Излучатель из сплава ВТ-3 стержневой магнитострикиционной колебательной системы 2 погружался в емкость 3 с подготовленной жидкой средой. Питание колебательной системы осуществлялось от ультразвукового генератора 1 с функцией автоматической подстройки частоты и амплитуды колебаний (УЗГ 2,0/22). Резонансная частота составляла f = 19 875 Гц, а режим обработки определялся амплитудой колебаний на торце излучателя ξm, которая варьировалась от 5 до 25 мкм. Этапы исследования Сравнение эрозионной активности режимов ультразвуковой обработки в зависимости от свойств обрабатываемой среды Для определения эрозионной активности использовались тест-объекты в виде фрагментов алюминиевой фольги 45×60 мм, размещаемые под излучателем соосно его оси и перпендикулярно его торцу. Обработка проводилась на амплитудах ξm, равных 3, 5, 7, 10, 15, 20 и 25 мкм, в течение 10 с, что позволяет получить достаточное для
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 1 2026 9 TECHNOLOGY сравнения количество эрозионных повреждений при высоких вязкостях. Образцы фольги сканировались в высоком разрешении, затем их изображения преобразовывались в черно-белый формат для последующей компьютерной обработки. Поскольку картина эрозионных повреждений определяется параметрами кавитационной области, возникающей в жидкой среде, то для описания полученных изменений проводилась высокоскоростная съемка таких областей жидкостей и дисперсных систем различной вязкости. Съемка осуществлялась на камеру Fastec Hispec со следующими параметрами: скорость 1212 кадр/с, размер снимаемой области – 912×570 пикселей с размером 21,9 мкм. Путем покадровой обработки полученных видеофрагментов также определялась начальная скорость акустического потока V0, за которую принималась скорость движения переднего фронта потока от торца излучателя за первые пять кадров: V0 = S0 / tN, м/с, где S0 – расстояние, пройденное фронтом потока от торца излучателя за пять кадров, которое определялось как количество пикселей, умноженное на их размер; t – время, соответствующее одному кадру (1/1212 = 0,000825 с); N – количество кадров (в данном случае 5). Особенности диспергирования твердых частиц по обрабатываемому объему под действием ультразвуковых колебаний Определение возможностей и механизмов разрушения агломератов частиц дисперсной фазы при ультразвуковой обработке осуществлялось путем феноменологического исследования. В смесь вода-глицерин вязкостью η =102 мПа ∙ с добавлялись большие агломераты частиц графита, полученные после просеивания через сито с ячейкой 100 мкм. После осаждения агломерата на дне технологической емкости включались ультразвуковые колебания с амплитудой ξm = 10 мкм, что для данной вязкости соответствует переходному режиму обработки. Торец излучателя колебательной системы при этом располагался на расстоянии 20 мм от дна емкости, что соответствует зоне высокой эрозионной активности. Процесс обработки фиксировался высокоскоростной камерой. Далее проводилась компьютерная обработка полученных видеофрагментов. Влияние свойств обрабатываемой среды на скорость распространения акустических потоков Процесс формирования и дальнейшего движения потока фиксировался видеосъемкой со скоростью 25 кадр/с при размере пикселя 0,69 мм. Покадровая обработка данных видеофрагментов позволяет определить изменение скорости потока по оси x при удалении от излучателя, связанное с различным сопротивлением среды, которое зависит от ее свойств и параметров ультразвуковой обработки. Расчеты осуществлялись по схеме на рис. 2. Рис. 2. Схема распространения переднего фронта акустического потока Fig. 2. Schematic diagram of the propagation of the leading edge of the acoustic fl ow Скорость потока в точках на удалении от излучателя определялась как Vx = Hi / t, м/с, где Hi – расстояние, пройденное фронтом потока за один кадр; t – время, соответствующее одному кадру (1/25 = 0,04 с). Расстояние S от торца излучателя до дна емкости варьировалось на основе предварительных экспериментов и составляло от 100 мм для η = 1395 мПа ∙ с до 750 мм для воды. Для лучшей визуализации движения потока в воде сверху добавлялась подкрашенная жидкость (раствор бриллиантовой зелени). Для построения графиков зависимостей, математической и статистической обработки экспериментальных данных использовалась программа Statistica.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1