ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Высокоскоростная механическая обработка нержавеющей стали уже давно находится в центре внимания исследований. Из-за таких характеристик, как низкая теплопроводность и склонность к деформационному упрочнению, сталь AISI 304 трудно обрабатывать механически. Индикаторы обрабатываемости дают важную информацию об эффективности и результативности процесса обработки, позволяя производителям оптимизировать параметры обработки для повышения производительности и точности. Цель работы. Для обработки нержавеющей стали AISI 304 чаще всего используют твердосплавные инструменты с покрытием. Между тем в немногих исследованиях изучалось влияние предварительной и постобработки твердосплавных инструментов с покрытием при высокоскоростном точении этих сплавов. Кроме того, лишь небольшое количество исследований одновременно оптимизировали параметры резания при использовании инструментов с предварительной и последующей обработкой. Методы исследования. В настоящей работе проводится сравнительная оценка эффективности резцов с износостойким покрытием, а также с износостойким покрытием на пескоструйной основе при точении нержавеющей стали AISI 304. Использовали резцы с двумя типами покрытий: 1) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров PVD-AlTiN; 2) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров (PVD-AlTiN) с микропескоструйной обработкой в качестве последующей обработки (покрытием на пескоструйной основе); 3) с покрытием TiCN/Al2O3, нанесенным умеренно-температурным химическим осаждением из газовой фазы (MTCVD-TiCN/Al2O3). Для прогнозирования и оптимизации характеристик токарной обработки были разработаны математические модели, основанные на экспериментальных данных. Результаты и обсуждение. В этом исследовании было обнаружено, что инструменты с покрытием PVD-AlTiN имеют самую низкую силу резания и обеспечивают низкую шероховатость поверхности; за ними следуют инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке, и инструменты с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3. Однако существенных различий при обработке инструментами с износостойкими покрытиями и покрытиями, подвергшимися микропескоструйной обработке, не наблюдалось. Было обнаружено, что сила резания увеличивается с увеличением подачи и глубины резания, но уменьшается со скоростью резания. Однако этот эффект был существенным для инструментов с покрытием MTCVD. С другой стороны, более высокий срок службы характерен для инструментов с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3; на втором месте – инструменты с покрытием PVD-AlTiN и инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке. Срок службы инструмента во многом зависит от скорости резания. Однако для инструментов с покрытием PVD-AlTiN этот эффект проявляется более заметно. Модели с коэффициентами корреляции выше 0,9 можно использовать для прогнозирования реакции при точении нержавеющей стали AISI 304. Оптимизационный анализ позволил выявить, что при точении нержавеющей стали AISI 304 инструментами с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3 и силой резания 18–27 Н минимальная шероховатость поверхности составляет 0,3–0,44 мкм, а срок службы инструмента выше 36–51 мин по сравнению с инструментами с покрытием PVD-AlTiN (С) и инструментами с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутыми микропескоструйной обработке (CMB).
Чинчаникар Сатиш
Гейдж Махендра Говиндрао
1. A study on major factors influencing dry cutting temperature of AISI 304 stainless steel / H.B. He, H.Y. Li, J. Yang, X.Y. Zhang, Q.B. Yue, X. Jiang, S.K. Lyu // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2017. – Vol. 18. – P. 1387–1392. – DOI: 10.1007/s12541-017-0165-6.
2. Multi-objective optimization of cutting parameters in CNC turning of stainless steel 304 with TiAlN nano coated tool / V.D.P. Rao, S.R.M. Ali, S.M.S. Ali, V.N. Geethika // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (12). – P. 25789–25797. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.06.571.
3. Kulkarni A., Sargade V., More C. Machinability investigation of AISI 304 austenitic stainless steels using multilayer AlTiN/TiAlN coated carbide inserts // Procedia Manufacturing. – 2018. – Vol. 20. – P. 548–553. – DOI: 10.1016/j.promfg.2018.02.082.
4. Estimation and optimization of flank wear and tool lifespan in finish turning of AISI 304 stainless steel using desirability function approach / L. Bouzid, S. Berkani, M. Yallese, F. Girardin, T. Mabrouki // International Journal of Industrial Engineering Computations. – 2018. – Vol. 9 (3). – P. 349–368. – DOI: 10.5267/j.ijiec.2017.8.002.
5. Sharma N., Gupta K. Influence of coated and uncoated carbide tools on tool wear and surface quality during dry machining of stainless steel 304 // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6 (8). – P. 086585. – DOI: 10.1088/2053-1591/ab1e59.
6. Influence of secondary carbides on microstructure, wear mechanism, and tool performance for different cermet grades during high-speed dry finish turning of AISI 304 stainless steel / U.S. Patel, S.K. Rawal, A.F.M. Arif, S.C. Veldhuis // Wear. – 2020. – Vol. 452. – P. 203285. – DOI: 10.1016/j.wear.2020.203285.
7. Dubovska R., Majerik J., Chochlikova H. Investigation of durability T = f (vc) in turning of the AISI 304 austenitic stainless steel using the CNMG 120408 coated carbide insert // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 941. – P. 1633–1643. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.941-944.1633.
8. Measurement of machining forces and surface roughness in turning of AISI 304 steel using alumina-MWCNT hybrid nanoparticles enriched cutting fluid / A.K. Sharma, A.K. Tiwari, A.R. Dixit, R.K. Singh // Measurement. – 2020. – Vol. 150. – P. 107078. – DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107078.
9. Optimization of cutting parameters in CNC turning of stainless steel 304 with TiAlN nano coated carbide cutting tool / V.D.P. Rao, N. Harsha, N.R. Ram, V.N. Geethika // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 310 (1). – P. 012109. – DOI: 10.1088/1757-899X/310/1/012109.
10. Optimizing the multiattribute characteristics of CrWN hard film tool in turning AISI 304 stainless steel / K.T. Chen, C.C. Hu, C.Y. Hsu, C.C. Tsao, P.D. Hong // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2020. – Vol. 29. – P. 2506–2513. – DOI: 10.1007/s11665-020-04732-x.
11. Performance studies on cryogenic treated carbide cutting tool for turning of AISI304 steel / N. Patil, K. Gopalakrishna, B. Sangmesh, K. Sudhakar, G.C. Vijaykumar // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. – 2018. – Vol. 12 (3). – P. 3927–3941. – DOI: 10.15282/jmes.12.3.2018.12.0343.
12. Multi-response optimization in environment friendly turning of AISI 304 austenitic stainless steel / T. Singh, J.S. Dureja, M. Dogra, M.S. Bhatti // Multidiscipline Modeling in Materials and Structures. – 2019. – Vol. 15 (3). – P. 538–558. – DOI: 10.1108/MMMS-07-2018-0139.
13. The influence of cutting speed variation in turning of AISI 304 materials on wear and tool life coated carbide cutting tools / S. Lubis, Rosehan, S. Darmawan, Adianto, R. Malik // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. – 2019. – Vol. 10 (6). – P. 203–210.
14. Wear performance of surface treated drills in high-speed drilling of AISI 304 stainless steel / S.A. Khan, S. Shamail, S. Anwar, A. Hussain, S. Ahmad, M. Saleh // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 58. – P. 223–235. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.08.022.
15. Bedi S.S., Behera G.C., Datta S. Effects of cutting speed on MQL machining performance of AISI 304 stainless steel using uncoated carbide insert: application potential of coconut oil and rice bran oil as cutting fluids // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2020. – Vol. 45. – P. 8877–8893. – DOI: 10.1007/s13369-020-04554-y.
16. Optimization on the turning process parameters of SS 304 using Taguchi and TOPSIS / N.J. Rathod, M.K. Chopra, P.K. Chaurasiya, U.S. Vidhate, A. Dasore // Annals of Data Science. – 2023. – Vol. 10. – P. 1405–1419. – DOI: 10.1007/s40745-021-00369-2.
17. A comparative study on different textured and untextured tools performance in turning process / P. Sivaiah, M. Revantha Kumar, S. Bala Subramanyam, K.L.V. Prasad // Materials and Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 36 (8). – P. 926–935. – DOI: 10.1080/10426914.2020.1866201.
18. Sustainable hard machining of AISI 304 stainless steel through TiAlN, AlTiN, and TiAlSiN coating and multi-criteria decision making using grey fuzzy coupled taguchi method / C. Moganapriya, R. Rajasekar, R. Santhosh, S. Saran, S. Santhosh, V.K. Gobinath, P.S. Kumar // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2022. – Vol. 31 (9). – P. 7302–7314. – DOI: 10.1007/s11665-022-06751-2.
19. Influence of cutting speed on dry machinability of AISI 304 stainless steel / S.S. Bedi, S.P. Sahoo, B. Vikas, S. Datta // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 38. – P. 2174–2180. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.554.
20. Analysis of cutting temperature during turning of SS 304 using uncoated and PVD coated carbide inserts / A. Kulkarni, N. Ambhore, A. Deshpande, P. Anerao, S. Chinchanikar // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 68. – P. 2569–2573. – DOI: 10.1016/j.matpr.2022.09.417.
21. Performance evaluations of Ti-based PVD coatings deposited on cermet tools for high-speed dry finish turning of AISI 304 stainless steel / U. Patel, S. Rawal, B. Bose, A.F.M. Arif, S. Veldhuis // Wear. – 2022. – Vol. 492. – P. 204214. – DOI: 10.1016/j.wear.2021.204214.
22. Özbek N.A., Karadag M.I., Özbek O. Optimization of flank wear and surface roughness during turning of AISI 304 stainless steel using the Taguchi method // Materials Testing. – 2020. – Vol. 62 (9). – P. 957–961. – DOI: 10.3139/120.111571.
23. Gaikwad V.S., Chinchanikar S. Mechanical behaviour of friction stir welded AA7075-T651 joints considering the effect of tool geometry and process parameters // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8 (4). – P. 3730–3748. – DOI: 10.1080/2374068X.2021.1976554.
24. Chinchanikar S., Choudhury S.K. Effect of work material hardness and cutting parameters on performance of coated carbide tool when turning hardened steel: An optimization approach // Measurement. – 2013. – Vol. 46 (4). – P. 1572–1584. – DOI: 10.1016/j.measurement.2012.11.032.
Чинчаникар С., Гейдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 117–135. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-117-135.
Chinchanikar S., Gadge M.G. Performance modeling and multi-objective optimization during turning AISI 304 stainless steel using coated and coated-microblasted tools. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 4, pp. 117–135. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-117-135. (In Russian)
