ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение: Одна из важнейших задач при производстве металлических деталей – обеспечение необходимого качества обработанной поверхности. Существует множество способов достижения требуемого качества, но наименее исследованным является лазерная микрообработка. Цель работы – экспериментальное определение возможности снижения шероховатости поверхности заготовки с помощью лазерной обработки. Методы. Лазерная обработка в данных исследованиях выполнялась с помощью системы лазерной маркировки (СЛМ) «ТурбоМаркер-В20». Идея исследований состоит в том, что с помощью лазерной обработки с рациональными режимами возможно уменьшить шероховатость поверхности заготовки за счет удаления вершин микронеровностей. При проведении исследований в качестве режимов лазерной обработки выбраны плотность  линий r, описываемых лазером при обработке, линий/мм, и мощность лазера N, %. Результаты и их обсуждение. В результате проведенных экспериментов и выполненных расчетов была построена поверхность отклика и установлена формула зависимости Ra_ср = f(r; N). Оценка установленной зависимости показала, что снижения шероховатости можно достичь при следующих режимах: r = 120 линий/мм; N = 1…5 %. Затем выполнена лазерная обработка предварительно фрезерованных и шлифованных заготовок с полученными режимами. Основываясь на результатах экспериментальных исследований, представленных в данной статье, можно сделать следующие выводы: 1) лазерная обработка может быть применена с целью окончательной (финишной) обработки, так как позволяет снизить шероховатость поверхности фрезерованной заготовки из сплава Д16 на 23,8 %, а шлифованной – на 6,6 %; 2), несмотря на то что снижение шероховатости после обработки шлифованной заготовки незначительно, возможным является то, что применяемые режимы не были оптимальными для данных условий. Поэтому дальнейшие исследования следует направить на определение таких режимов, а также на установление физических процессов в зоне обработки и их влияния на заготовку.

1. Machining of directed energy deposited Ti6Al4V using adaptive control / O. Oyelola, A. Jackson-Crisp, P. Crawforth, D.M. Pieris, R.J. Smith, R. M'Saoubi, A.T. Clare // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 54. – P. 240–250. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.03.004.

2. A closed-loop error compensation method for robotic flank milling / G. Xiong, Z.L. Li, Y. Ding, L.M. Zhu // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. – 2020. – Vol. 63. – P. 101928. – DOI: 10.1016/j.rcim.2019.101928.

3. Friction improvement via grinding wheel texturing by dressing / M.G. Moreno, J.A. Ruiz, D.B. Azpeitia, J.I.M. Gonzalez, L.G. Fernandez // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 107, iss. 11–12. – P. 4939–4954. – DOI: 10.1007/s00170-020-05350-6.

4. Surface integrity and corrosion performances of hardened bearing steel after hard turning / R. Bertolini, V. Bedekar, A. Ghiotti, E. Savio, R. Shivpuri, S. Bruschi // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 108. – P. 1983–1995. – DOI: 10.1007/s00170-020-05352-4.

5. Liao Y.S., Li T.H., Liu Y.C. An approach to improve cutting performance in micromilling of titanium alloy // Journal of Micro and Nano-Manufacturing. – 2020. – Vol. 8, iss. 2. – P. 024503. – DOI: 10.1115/1.4046560.

6. Jebaraj M., Kumar M.P., Anburaj R. Effect of LN2 and CO(2) coolants in milling of 55NiCrMoV7 steel // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 53. – P. 318–327. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.02.040.

7. A comprehensive review on minimum quantity lubrication (MQL) in machining processes using nano-cutting fluids / Z. Said, M. Gupta, H. Hegab, N. Arora, A.M. Khan, M. Jamil, E. Bellos // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 105, iss. 5–6. – P. 2057–2086. – DOI: 10.1007/s00170-019-04382-x.

8. Application of a wheel cleaning system during grinding of alumina with minimum quantity lubrication / J.C. Lopes, C.E.H. Ventura, L.D. Fernandes, A.B. Tavares, L.E.A. Sanchez, H.J. de Mello, P.R. de Aguiar, E.C. Bianchi // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 102, iss. 1–4. – P. 333–341. – DOI: 10.1007/s00170-018-3174-4.

9. Реченко Д.С. Исследование процесса резания труднообрабатываемых материалов на микроуровне // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 18–25. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-18-25.

10. Ковалевская Ж.Г., Уваркин П.В., Толмачев А.И. Исследование влияния дефектов точения на формирование микрорельефа поверхности стали при ультразвуковой финишной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 1 (54). – С. 14–18.

11. Chen S.T., Chen Y.Y. Microgroove grinding of monocrystalline diamond using medium-frequency vibration-assisted grinding with self-sensing grinding force technique // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 282. – P. 116686. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116686.

12. Grinding assessment of workpieces with different interrupted geometries using aluminum oxide wheel with vitrified bond / F.S.F. Ribeiro, J.C. Lopes, M.V. Garcia, L.E.D. Sanchez, H.J. de Mello, P.R. de Aguiar, E.C. Bianchi // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 108. – P. 931–941. – DOI: 10.1007/s00170-020-05500-w.

13. Hybrid manufacturing of components from Ti-6Al-4V by metal forming and wire-arc additive manufacturing / M. Bambach, I. Sizova, B. Sydow, S. Hemes, F. Meiners // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 282. – P. 116689. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116689.

14. On the turning of electron beam melted gamma-TiAl with coated and uncoated tools: a machinability analysis / S. Anwar, N. Ahmed, S. Pervaiz, S. Ahmad, A. Mohammad, M. Saleh // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 282. – P. 116664. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116664.

15. Study on subsurface damage and surface quality of silicon carbide ceramic induced by a novel non-resonant vibration-assisted roll-type polishing / X.Y. Chen, Y. Gu, J.Q. Lin, A. Yi, M.S. Kang, X.Y. Cang // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 282. – P. 116667. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116667.

16. Improving the effectiveness of combined grinding processes for processing superhard materials / J. Kundrak, V. Fedorovich, I. Pyzhov, A.P. Markopoulos // Journal of Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 43 (A). – P. 270–275. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.05.004.

17. Surface morphology and wall angle comparison of microchannels fabricated in titanium alloy using laser-based processes / S. Bhandari, N. Martinez-Prieto, J. Cao, K. Ehmann // Journal of Micro and Nano-Manufacturing. – 2020. – Vol. 8, iss. 2. – P. 021001. – DOI: 10.1115/1.4046283.

18. Microstructure and mechanical properties of 316L austenitic stainless steel processed by different SLM devices / A. Rottger, J. Boes, W. Theisen, M. Thiele, C. Esen, A. Edelmann, R. Hellmann // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 108. – P. 769–783. – DOI: 10.1007/s00170-020-05371-1.

19. Laser cutting optimization model with constraints: maximization of material removal rate in CO2 laser cutting of mild steel / M. Madic, S. Mladenovic, M. Gostimirovic, M. Radovanovic, P. Jankovic // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2020. – Vol. 234 (10). – P. 1323–1332. – DOI: 10.1177/0954405420911529.

20. Голышев А.А., Оришич А.М., Шулятьев В.Б. Оптимальный выбор технологии лазерной резки толстых стальных листов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 3 (72). – С. 15–22. – DOI: 10.17212/1994-6309-2016-3-15-22.

21. Microstructure and hydrothermal ageing of alumina-zirconia composites modified by laser engraving / L. Gremillard, L. Cardenas, H. Reveron, T. Douillard, A. Vogl, K. Hans, T. Oberbach // Journal of the European Ceramic Society. – 2020. – Vol. 40, iss. 54. – P. 2077–2089. – DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.027.

22. Surface analysis and electrochemical characterization on micro-patterns of biomedical Nitinol after nanosecond laser irradiating / Z.Q. Cui, S. Li, J. Zhou, Z.H. Ma, W. Zhang, Y.C. Li, P. Dong // Surface & Coatings Technology. – 2020. – Vol. 391. – P. 125730. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125730.

23. Ha S., Park E., Kim N. Analysis of shape deformation from densification of additive manufacturing parts in selective laser sintering // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2020. – Vol. 21. – P. 1571–1580. – DOI: 10.1007/s12541-020-00359-z.

24. Сапрыкина Н.А. Исследование влияния режимов лазерного спекания на толщину спеченного слоя порошка DSK-F75 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 1 (66). – С. 27–32. – DOI: 10.17212/1994-6309-2015-1-27-32.

25. Modification of surface characteristics and electrochemical corrosion behavior of laser powder bed fused stainless-steel 316L after laser polishing / L. Chen, B. Richter, X.Z. Zhang, X.D. Ren, F.E. Pfefferkorn // Additive Manufacturing. – 2020. – Vol. 32. – P. 101013. – DOI: 10.1016/j.addma.2019.101013.

26. Получение упрочняющих покрытий из аморфизируемых сплавов Fe-Cr-Si-B-C лазерно-плазменными методами / М.Н. Хомяков, П.А. Пинаев, П.А. Стаценко, И.Б. Мирошниченко, Г.Н. Грачев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 4. – С. 21–34. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.4-21-34.

27. Pabst L., Ebert R., Exner H. Selective ablation of thin nickel-chromium-alloy films using ultrashort pulsed laser // Physics Procedia. – 2016. – Vol. 83. – P. 104–113. – DOI: 10.1016/j.phpro.2016.08.019.

28. Сапрыкина Н.А. Анализ, моделирование и прогнозирование шероховатости поверхности меди, полученной методом селективного лазерного плавления // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 3 (76). – С. 6–16. – DOI: 10.17212/1994-6309-2017-3-6-16.

29. Microstructure and mechanical properties of CLF-1/316 L steel dissimilar joints welded with fiber laser welding / Y.L. Shi, S.K. Wu, H.B. Liao, X.Y. Wang // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 54. – P. 318–327. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.03.022.

30. Голышев А.А., Маликов А.Г., Оришич А.М. Исследование микроструктуры высокопрочных лазерных сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов авиационного назначения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 2. – С. 50–62. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-50-62.