ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В различных отраслях промышленности все более широкое использование находят труднообрабатываемые материалы с повышенными физико-механическими свойствами. Они применяются в машиностроении для изготовления деталей и узлов машин и механизмов, в производстве и переработке пищевых продуктов, где требуются повышенные эксплуатационные требования. В современном производстве наряду с традиционными методами интенсификации технологических операций применяют комбинированные и гибридные технологии обработки. Для финишной обработки изделий применяется абразивное шлифование алмазным инструментом. Одной из проблем, сдерживающих широкое практическое применение такого метода в промышленности, является высокая себестоимость, вызванная стоимостью используемых при изготовлении материалов и трудоемкость процесса формообразования инструмента. Это ведет к необходимости разработки новой технологии получения алмазного инструмента. Цель работы – повышение эффективности концевого алмазного абразивного инструмента на металлической связке за счет использования в качестве материала корпуса углеродистых сталей, увеличение прочности соединения между корпусом и алмазоносной частью, а также выбор эффективной технологии изготовления инструмента. Методика исследований. Для выполнения поставленной задачи нами разработана и испытана технология изготовления концевого алмазного абразивного инструмента. Применение в качестве материала хвостовика среднеуглеродистых закаленных качественных сталей с твердостью 45...60 HRC позволило использовать технологию конденсаторной сварки для соединения алмазоносной части с хвостовиком. Прочность соединения корпуса с рабочей алмазоносной частью образцов шлифовальных головок определяли методом испытания на растяжение на разрывной машине 1958У10 с максимальной нагрузкой 100 кН. Качество соединения оценивали визуально по наличию несплошностей в соединении, а также исследованием микроструктуры и измерением микротвердости шва и зон термического влияния. Измерение микротвёрдости сварного соединения проводили на полуавтоматическом микротвердомере HMV-G21ST (Шимадзу, Япония) при нагрузке 50 г. Результаты и обсуждение. Таким образом, результаты сравнительных исследований позволяют утверждать, что прочность соединения между хвостовиком и рабочей алмазоносной частью по предлагаемой технологии превосходят аналогичные характеристики прочности соединения между хвостовиком и алмазоносным слоем шлифовальных головок, получаемых способом, выбранным прототипом. Выводы. Предлагаемая технология изготовления алмазных головок увеличивает прочность соединения между корпусом и алмазоносной рабочей частью, снижает затраты на изготовление шлифовальных головок за счет применения закаленных среднеуглеродистых сталей в качестве материала корпуса инструмента взамен быстрорежущих марок сталей, упрощается технология и появляется возможность автоматизации изготовления инструмента.

1. Владимирова Ю.О., Шалунов Е.П. Разработка жаро- и износостойкого нано-композиционного материала на основе порошковой меди и технологии его изготовления для поршней машин литья под давлением // Новые материалы и перспективные технологии: сборник материалов 4-го междисциплинарного научного форума. – М.: Буки Веди, 2018. – Т. 1. – С. 106–110.

2. Патент 2195511 Российская Федерация, МПК⁷ C 22 C 9/01, 1/10 C2. Дисперсно-упрочненный композиционный материал для электроконтактных деталей / Шалунов Е.П., Матросов А.Л., Липатов Я.М., Берент В.Я. – № 2001103228/02; заявл. 05.02.2001; опубл. 27.12.2002.

3. Шалунов Е.П. Наноструктурные материалы на основе порошковой меди // Литейщик России. – 2016. – № 2. – С. 37–40.

4. Hard-alloy metal-cutting tool for the finishing of hard materials / D.S. Rechenko, A.Y. Popov, D.Y. Belan, A.A. Kuznetsov // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37. – N 2. – P. 148–149. – DOI: 10.3103/S1068798X17020162.

5. Smirnov V.M., Shalunov E.P. The possibilities of creation and the prospects of application of a binder with the matrix-filled structure "tin bronze – the mechanically alloyed granules" for production of diamond tools // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 11, pt. 1. – P. 270–275. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.12.142.

6. Исследование и внедрение в производство разработок по внутреннему шлифованию глубоких отверстий / Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова, М.В. Купцов, Д.А. Юрпалов, И.С. Спиридонова // Высокие технологии в машиностроении: материалы XVI Всероссийской научно-технической конференции. – Самара, 2017. – С. 33–35.

7. Bratan S., Vladetskaya E., Kharchenko A. Improvement of quality of details at round grinding in the conditions of a floating workshop // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01083. – DOI: 10.1051/matecconf/201712901083.

8. Theoretical-probabilistic model of the rotary belt grinding process / S. Bratan, A. Kolesov, S. Roshchupkin, T. Stadnik // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01078. – DOI: 10.1051/matecconf/201712901078.

9. Бржозовский Б.М., Захаров О.В. Обеспечение технологической надежности при бесцентровой абразивной обработке: монография. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – 216 с. – ISBN 978-5-7433-2220-6.

10. Probing the effect of abrasive wear on the grinding performance of rail grinding stones / W. Zhang, Ch. Liu, Y. Yuan, P. Zhang, X. Fan, M. Zhu // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 64. – P. 493–507. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.02.014.

11. Nosenko V.A., Nosenko S.V. Mathematical models of operating time and cutting capacity for various stages of flat creep feed grinding of horizontal surface by circle of direct profile // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2010. – Vol. 39, N 4. – P. 380–385. – DOI: 10.3103/S1052618810040138.

12. Интегральная обработка как эффективное направление решения задачи перехода к ресурсосберегающим технологиям / В.Ю. Скиба, В.В. Иванцивский, Н.П. Зуб, С.В. Туревич // Инновационная деятельность. – 2010. – № 10-1. – С. 66–69.

13. Li H.N., Axinte D. On the inverse design of discontinuous abrasive surface to lower friction-induced temperature in grinding: an example of engineered abrasive tools // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2018. – Vol. 132. – P. 50–63. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2018.04.006.

14. Grinding performance and wear of metal bond super-abrasive tools in grinding of Zr-based bulk metallic glass / F.-L. Zhang, G.-W. Huang, J.-M. Liu, Z.-J. Du, S.-X. Wu, C.-Y. Wang // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2021. – Vol. 97. – P. 105501. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105501.

15. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Пушнин В.Н. Методика назначения режимов обработки при совмещении операций абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 4 (53). – С. 19–25.

16. A strategy on generating structured plateau surface by the sinusoidal oscillatory lapping of the grinding wheel with the phyllotactic pattern of abrasive grains / Y. Lyu, Y. Liu, X. Li, H. Di, H. Wang // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 65. – P. 435–444. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.03.010.

17. Effects of abrasive material and hardness of grinding wheel on rail grinding behaviors / R.X. Wang, K. Zhou, J.Y. Yang, H.H. Ding, W.J. Wang, J. Guo, Q.Y. Liu // Wear. – 2020. – Vol. 454–455. – P. 20332. – DOI: 10.1016/j.wear.2020.203332.

18. Shekhar M., Yadav S.K.S. Diamond abrasive based cutting tool for processing of advanced engineering materials: a review // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 22, pt. 4. – P. 3126–3135. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.03.449.

19. Modelling and monitoring of abrasive finishing processes using artificial intelligence techniques: a review / V. Pandiyan, S. Shevchik, K. Wasmer, S. Castagne, T. Tjahjowidodo // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 57. – P. 114–135. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.06.013.

20. Developing a machining strategy for hard-alloy polyhedral inserts on cnc grinding and sharpening machines / E.V. Vasil'ev, A.Y. Popov, A.A. Lyashkov, P.V. Nazarov // Russian Engineering Research. – 2018. – Vol. 38, N 8. – P. 642–644. – DOI: 10.3103/S1068798X18080166.

21. Grinding of Ti2AlNb intermetallics using silicon carbide and alumina abrasive wheels: tool surface topology effect on grinding force and ground surface quality / X. Xi, T. Yu, W. Ding, J. Xua // Precision Engineering. – 2018. – Vol. 53. – P. 134–145. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.03.007.

22. Roshchupkin S., Bratan S., Novosyolov Yu. Modeling of cutting forces in diamond drilling // International Journal of Innovative and Information Manufacturing Technologies. – 2015. – N 2. – P. 59–63.

23. Grinding force and surface quality in creep feed profile grinding of turbine blade root of nickel-based superalloy with microcrystalline alumina abrasive wheels / Q. Miao, W. Ding, W. Kuang, Ch. Yang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2021. – Vol. 34, iss. 2. – P. 576–585. – DOI: 10.1016/j.cja.2019.11.006.

24. Зорина М.М. Выбор материала круга для электрохимической обработки безвольфрамовых твердых сплавов // Journal of Advanced Research in Technical Science. – 2018. – № 9–1. – C. 65–66.

25. Probabilities of abrasive tool grain wearing during grinding / V.A. Nosenko, E.V. Fedotov, S.V. Nosenko, M.V. Danilenko // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2009. – Vol. 38, N 3. – P. 270–276. – DOI: 10.3103/S1052618809030108.

26. Галицкий В.Н., Курищук А.В., Муровский В.А. Алмазно-абразивный инструмент на металлических связках для обработки твердого сплава и стали. – Киев: Наукова думка, 1986. – 144 с.

27. Шлифование труднообрабатываемых материалов кругами на связке Б156 / П.М. Салов, Д.П. Салова, Н.В. Мулюхин, В.В. Плотников // Материалы II-ой международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве». – Чебоксары, 2016. – С. 285–288.

28. Повышение эффективности обработки высокопрочных композиционных материалов / А.С. Янюшкин, В.Ю. Попов, Н.П. Петров, Д.А. Рычков // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. – 2013. – Т. 1. – С. 146–149.

29. Yanyushkin A.S., Lobanov D.V., Arkhipov P.V. Research of influence of electric conditions of the combined electro-diamond machining on quality of grinding of hard alloys // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 91. – P. 012051. – DOI: 10.1088/1757-899X/91/1/012051.

30. Борисов М.А., Мишин В.А., Дементьев Д.А. Разработка программируемого устройства для управления параметрами тока при электрохимической обработке // Материалы III-ей Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование и перспективные технологии в машиностроении, металлургии и их кадровое обеспечение». – Чебоксары, 2017. – С. 188–192.

31. Борисов М.А., Мишин В.А. Аспекты применения электрохимического шлифования зубопротезных металлических изделий // Новые технологии науки, техники, педагогики высшей школы: материалы международной научно-практической конференции «Наука – Общество – Технологии – 2017». – М., 2017. – С. 157–159.

32. Попов В.Ю., Янюшкин А.С. Формирование поверхностного слоя режущего инструмента при алмазной обработке кругами на металлической связке // Решетневские чтения. – 2014. – Т. 1. – С. 306–308.

33. Bratan S., Roshchupkin S., Revenko D. Probabilistic approach for modeling electroerosion removal of grinding wheel bond // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1426–1431. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.656.

34. Research of influence electric conditions combined electro-diamond processing by on specific consumption of wheel / D.V. Lobanov, P.V. Arkhipov, A.S. Yanyushkin, V.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 142. – P. 012081. – DOI: 10.1088/1757-899X/142/1/012081.

35. Integrated processing: quality assurance procedure of the surface layer of machine parts during the manufacturing step "diamond smoothing" / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.K. Zhigulev, P.Yu. Skeeba, D.V. Lobanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 125. – P. 012031. – DOI: 10.1088/1757-899X/125/1/012031.

36. The research into the effect of conditions of combined electric powered diamond processing on cutting power / D.V. Lobanov, P.V. Arkhipov, A.S. Yanyushkin, V.Yu. Skeeba // Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 736. – P. 81–85. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.736.81.

37. O’Brien R.L. Welding handbook. Vol. 2. Welding processes, pt. 1. – 9th ed. – American Welding Society, 2004. – 720 p. – ISBN 0871717298. – ISBN 978-0871717290.

38. Голюшов И.С., Смирнов В.М., Цай В.Н. О возможности применения конденсаторной сварки для соединения стального хвостовика с алмазной головкой на наноструктурированных медных связках // Материалы IV международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве» (Чебоксары, 18–19 декабря 2018 г.) – Чебоксары, 2018. – С. 475–481.

39. Голюшов И.С., Смирнов В.М. О применении конденсаторной сварки в технологии изготовления алмазных головок на наноструктурированных медных связках // Современные технологии: проблемы и перспективы: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции для аспирантов, студентов и молодых ученых (Севастополь, 20–23 мая 2019 г.). – Севастополь, 2019. – Электронное издание № 195/19. – С. 66–72.

40. Study of weld strength variability for capacitor discharge welding process automation / B.K. Paul, D.D. Wilson, E. McDowell, J. Benjarattananon // Science and Technology of Welding and Joining. – 2001. – Vol. 6, iss. 2. – P. 109–115. – DOI: 10.1179/136217101101538613.

41. Characterization of steel welded joints with hybrid projection and capacitor discharge welding (CDW) processes / F. Palano, S. Chiozzi, F.W. Panella, V. Dattoma // Materials and Manufacturing Processes. – 2012. – Vol. 27, iss. 12. – P. 1387–1391. – DOI: 10.1080/10426914.2012.663140.

42. Magda A., Burcal M., Lego M. Research regarding capacitor discharge stud welding with tip ignition on galvanized thin sheets // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 416. – P. 012015. – DOI: 10.1088/1757-899X/416/1/012015.

43. Oh H.S., Lee J.H., Yoo C.D. Simulation of capacitor discharge stud welding process and void formation // Science and Technology of Welding and Joining. – 2007. – Vol. 12, iss. 3. – P. 274–281. – DOI: 10.1179/174329307X166803.