ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Развитие приборо- и машиностроения основывается на достижении высоких показателей качества и точности размерной обработки современных конструкционных материалов. Важным направлением совершенствования технологий изготовления ответственных изделий является применение материалов с улучшенными физико-механическими свойствами и структурой. Для получения такого рода материалов чаще всего применяют методы интенсивной пластической деформации (ИПД). В результате воздействия ИПД формируется ультрамелкозернистая (УМЗ) структура материала и повышается его прочность. Сохранение структурной целостности и механических свойств является важной задачей при изготовлении деталей из УМЗ-материалов, которые имеют низкую температуру начала рекристаллизационных процессов. При размерной обработке материал подвержен существенному деформационному и тепловому воздействию, что может сказаться на его структурной целостности и механических свойствах. Фрезерование является одним из наиболее распространенных методов получения высококачественных деталей из алюминиевых сплавов. Данный метод является предпочтительным для размерной обработки алюминиевых сплавов с УМЗ-структурой, поскольку он характеризуется локальным воздействием на тонкие приповерхностные слои материала, при котором не возникает существенного нагрева всего объема заготовки. Деформация приповерхностного слоя материала под действием режущего лезвия фрезы формирует микрорельеф поверхности детали. Различие в деформационном поведении крупнокристаллических (КК) и УМЗ-материалов может существенно сказаться на качестве механической обработки последних. В результате известные оптимальные режимы обработки резанием могут оказаться неприменимыми для УМЗ-материалов. Цель работы: исследование влияния структурных изменений в алюминиевом сплаве В95 на качество его механической обработки при фрезеровании. В работе исследованы образцы из сплава В95 в состоянии поставки и после структурообразования с применением современного металлорежущего инструмента и оборудования, а также рекомендуемых режимов резания. Методами исследования являются механические испытания на сжатие и растяжение, оптическая металлография, просвечивающая электронная микроскопия, лазерная сканирующая микроскопия. Результаты и обсуждение. На основе полученных экспериментальных результатов можно заключить, что РКУП является эффективным способом повышения качества механической обработки поверхности при фрезеровании алюминиевого сплава В95. В то же время для обеспечения оптимального соотношения качества обработки и высокой механической прочности достаточно двух проходов РКУП при выбранных условиях осуществления процесса структурообразования. Полученные результаты указывают на большой потенциал использования изделий из объемных УМЗ-материалов в промышленности за счет возможности сочетания в них высоких механических свойств и качества механической размерной обработки. Полученные данные могут быть применены при проектировании технологических процессов механической обработки алюминиевого сплава В95 с ультрамелкозернистой структурой в условиях серийного машиностроительного производства.

1. Dynamic ageing and the mechanical response of Al–Mg–Si alloy through equal channel angular pressing / M. Vaseghi, A. Karimi Taheri, S.I. Hong, H.S. Kim // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31, iss. 9. – P. 4076–4082. – doi: 10.1016/j.matdes.2010.04.056.

2. Roven H.J., Liu M., Werenskiold J.C. Dynamic precipitation during severe plastic deformation of an Al–Mg–Si aluminium alloy // Material Science and Engineering A. – 2008. – Vol. 483. – P. 54–58. – doi: 10.1016/j.msea.2006.09.142.

3. Valiev R., Islamgaliev R., Alexandrov I. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress in Materials Science. – 2000. – Vol. 45. – P. 103–189. – doi: 10.1016/S0079-6425(99)00007-9.

4. Filippov A.V., Filippova E.O. Creation and shaping of three-dimensional ultrafine-grain materials // Russian Engineering Research. – 2018. – Vol. 38. – P. 540–543. – doi: 10.3103/S1068798X18070067.

5. Ning J. Inverse determination of Johnson – Cook model constants of ultra-fine-grained titanium based on chip formation model and iterative gradient search // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 99, iss. 5–8. – P. 1131–1140. – doi: 10.1007/s00170-018-2508-6.

6. Chertovskikh V. Cuttability of UFG titanium BT1-0 obtained by ECAE // Russian Engineering Research. – 2007. – Vol. 27. – P. 260–264. – doi: 10.3103/S1068798X0705005X.

7. Huang Y., Morehead M. Study of machining-induced microstructure variations of nanostructured/ultrafine-grained copper using XRD // Journal of Engineering Materials and Technology. – 2011. – Vol. 133. – P. 021007. – doi: 10.1115/1.4003105.

8. Surface integrity analysis when milling ultrafine-grained steels / A.R. Rodrigues, O. Balancin, J. Gallego, C.L.F. De Assis, H. Matsumoto, F.B. De Oliveira, S.R.D.S. Moreira, O.V. Da Silva Neto // Materials Research. – 2012. – Vol. 15. – P. 125–130. – doi: 10.1590/S1516-14392011005000094.

9. Assis C.L.F. de, Jasinevicius R.G., Rodrigues A.R. Micro end-milling of channels using ultrafine-grained low-carbon steel // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 77. – P. 1155–1165. – doi: 10.1007/s00170-014-6503-2.

10. Оценка 2D параметров шероховатости и волнистости поверхности после обработки резанием сплава АМг2 с ультрамелкозернистой структурой. Ч. 1. Точение / А.В. Филиппов, С.Ю. Тарасов, Н.Н. Шамарин, О.А. Подгорных, Е.О. Филиппова // СТИН. – 2018. – № 7. – C. 20–24.

11. Machining characteristics of fine grained AZ91 Mg alloy processed by friction stir processing / G.V.V. Surya Kiran, K.H. Krishna, S. Sameer, M. Bhargavi, B.S. Kumar, G.M. Rao, Y. Naidubabu, R. Dumpala, B.R. Sunil // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2017. – Vol. 27. – P. 804–811. – doi: 10.1016/S1003-6326(17)60092-X.

12. Mechanical properties and machinability of 6061 aluminum alloy produced by equal-channel angular pressing / Y. Bayat Asl, M. Meratian, A. Emamikhah, R. Mokhtari Homami, A. Abbasi // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2015. – Vol. 229. – P. 1302–1313. – doi: 10.1177/0954405414535921.

13. Effect of equal channel angular pressing on aging treatment of Al-7075 alloy / M.H. Shaeri, M. Shaeri, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein, M.R. Abutalebi // Progress in Natural Science: Materials International. – 2015. – Vol. 25. – P. 159–168. – doi: 10.1016/j.pnsc.2015.03.005.

14. Novel molding technique for ECAP process and effects on hardness of AA7075 / H. Kaya, M. Uçar, A. Cengiz, R. Samur, D. Özyürek, A. Çaliskan // Mechanika. – 2014. – Vol. 20. – P. 5–10. – doi: 10.5755/j01.mech.20.1.4207.

15. Microstructural and mechanical properties of Al 7075 alloy processed by equal channel angular pressing / S.R. Kumar, K. Gudimetla, P. Venkatachalam, B. Ravisankar, K. Jayasankar // Materials Science and Engineering A. – 2012. – Vol. 533. – P. 50–54. – doi: 10.1016/j.msea.2011.11.031.

16. Kaya H., Uçar M. Fatigue behaviour and mechanical properties of ecap’ed and thixoformed aa7075 // High Temperature Materials and Processes. – 2014. – Vol. 33. – P. 277–285. – doi: 10.1515/htmp-2013-0074.

17. Effect of ECAP temperature on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy / M.H. Shaeri, M. Shaeri, M. Ebrahimi, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein // Progress in Natural Science: Materials International. – 2016. – Vol. 26. – P. 182–191. – doi:10.1016/j.pnsc.2016.03.003.

18. Microstructure and mechanical properties of Al-7075 alloy processed by equal channel angular pressing combined with aging treatment / M.H. Shaeri, M.T. Salehi, S.H. Seyyedein, M.R. Abutalebi, J.K. Park // Materials and Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 250–257. – doi: 10.1016/j.matdes.2014.01.008.

19. Microstructures and mechanical properties of ultrafine grained 7075 Al alloy processed by ECAP and their evolutions during annealing / Y.H. Zhao, X.Z. Liao, Z. Jin, R.Z. Valiev, Y.T. Zhu // Acta Materialia. – 2004. – Vol. 52. – P. 4589–4599. – doi: 10.1016/j.actamat.2004.06.017.

20. Grzesik W. Prediction of the functional performance of machined components based on surface topography: state of the art // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2016. – Vol. 25. – P. 4460–4468. – doi: 10.1007/s11665-016-2293-z.

21. Surface integrity in material removal processes: Recent advances / I.S. Jawahir, E. Brinksmeier, R. M’Saoubi, D.K. Aspinwall, J.C. Outeiro, D. Meyer, D. Umbrello, A.D. Jayal // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2011. – Vol. 60. – P. 603–626. – doi:10.1016/j.cirp.2011.05.002.

22. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy / S.Y. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova // Tribology International. – 2017. – Vol. 115. – P. 191–198. – doi: 10.1016/j.triboint.2017.05.039.

23. Zak K., Grzesik W. Metrological aspects of surface topographies produced by different machining operations regarding their potential functionality // Metrology and Measurement Systems. – 2017. – Vol. 24. – P. 325–335. – doi: 10.1515/mms-2017-0027.

24. Grzesik W., Rech J., Zak K. Characterization of surface textures generated on hardened steel parts in high-precision machining operations // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 78. – P. 2049–2056. – doi: 10.1007/s00170-015-6800-4.

25. Quantitative characterisation of surface texture / L. De Chiffre, P. Lonardo, H. Trumpold, D.A. Lucca, G. Goch, C.A. Brown, J. Raja, H.N. Hansen // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2000. – Vol. 49. – P. 635–652. – doi: 10.1016/S0007-8506(07)63458-1.