ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Накатывание роликом – один из наиболее распространенных методов повышения качества поверхности деталей, износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости. Процесс включает в себя сжатие и разглаживание заготовки давлением закаленного ролика. Его часто используют для повышения производительности производства и срока службы деталей в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и производство медицинского оборудования. Цель работы. Обзор литературы показывает, что процесс накатывания роликом эффективно улучшает общее качество поверхности и твердость заготовки. Кроме того, накатывание роликом рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обрабатываемых деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины. Однако было опубликовано очень мало исследований по моделированию и оптимизации накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости и высокой микротвердости. Методы исследования. В текущей работе накатывание роликом Al6061-T6 моделируется и оптимизируется для достижения требуемых значений микротвердости, отклонений от круглости и минимальной шероховатости поверхности. В условиях сухой резки эффективность накатывания роликом образцов Al6061 оценивалась с точки зрения технологических факторов, таких как скорость резания, подача и количество проходов. На основе результатов экспериментов разработаны математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости. Результаты и обсуждение. Коэффициент корреляции для разработанных моделей оказался близким к 0,9, это свидетельствует о том, что их можно надежно использовать для прогнозирования и оптимизации накатывания роликом в процессе обработки Al6061-T6. Согласно этому исследованию использование следующих параметров обработки приводит к наименьшему отклонению круглости (4,282 мкм), наиболее высокой микротвердости (119,2 HV) и наименьшей шероховатости поверхности (0,802 мкм): скорость резания 344 об/мин, подача 0,25 мм/об и четыре прохода. Кроме того, исследование показывает, что увеличение количества проходов (более четырех) не способствует значительному улучшению шероховатости поверхности или микротвердости. Однако это приводит к небольшому увеличению отклонения от круглости. Поэтому для достижения оптимальных результатов рекомендуется использовать максимум четыре прохода при накатывании роликом образцов из Al6061 в условиях сухой резки. Эти результаты подразумевают, что накатывание роликом может эффективно улучшить общее качество и твердость поверхности заготовки. Кроме того, накатывание роликом рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обрабатываемых деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины.

1. El-Axir M.H. An investigation into the ball burnishing of aluminum alloy 6061-T6 // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2007. – Vol. 221 (12). – P. 1733–1742. – DOI: 10.1243/09544054JEM818.

2. Klocke F., Liermann J. Roller burnishing of hard turned surfaces // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1998. – Vol. 38. – P. 419–423. – DOI: 10.1016/S0890-6955(97)00085-0.

3. Murthy R.L., Kotiveerachari B. Burnishing of metallic surfaces – a review // Precision Engineering. – 1981. – Vol. 3. – P. 172–179. – DOI: 10.1016/01416359(81)90010-6.

4. Korzynski M. Modeling and experimental validation of the force–surface roughness relation for smoothing burnishing with a spherical tool // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2007. – Vol. 47. – P. 1956–1964. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.03.002.

5. Characteristics of Rb40 steel superficial layer under the ball and roller burnishing / H. Hamadache, L. Laouar, N.E. Zeghib, K. Chaoui // Journal of Materials Processing Technology. – 2006. – Vol. 180 (1–3). – P. 130–136. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2006.05.013.

6. Investigation of the burnishing force during the burnishing process with a cylindrical surfaced tool / H. Luo, J. Liu, L. Wang, Q. Zhong // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2006. – Vol. 220. – P. 893–904. – DOI: 10.1243/09544054B07604.

7. Ebeid S.J., Ei-Taweel T.A. Surface improvement through hybridization of electrochemical turning and roller burnishing based on the Taguchi technique // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2005. – Vol. 219 (5). – P. 423–430. – DOI: 10.1243/095440505X3228.

8. The effect of burnishing parameters on burnishing force and surface microhardness / H. Luo, J. Liu, L. Wang, Q. Zhong // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2006. – Vol. 28. – P. 707–713. – DOI: 10.1007/s00170-004-2412-0.

9. Development and burnishing characteristics of roller burnishing method with rolling and sliding effects / M. Okada, S. Suenobu, K. Watanabe, Y. Yamashita, N. Asakawa // Mechatronics. – 2015. – Vol. 29. – P. 110–118. – DOI: 10.1016/j.mechatronics.2014.11.002.

10. Sundararajan P.N., Nagarajan N. Study of internal roller burnishing operation on En8 material // International Journal of Research and Innovation in Engineering Technology. – 2015. – Vol. 1 (12). – P. 10–12.

11. Experimental investigation of the effect of roller burnishing process parameters on surface roughness and surface hardness of C40E steel / N. Kumar, A. Sachdeva, L.P. Singh, H. Tripathi // International Journal of Machining and Machinability of Materials. – 2016. – Vol. 18. – P. 185–99. – DOI: 10.1504/IJMMM.2016.075470.

12. Przybylski W. Integrated production technology of cylindrical surfaces by turning and burnishing // Advances in Manufacturing Science and Technology. – 2016. – Vol. 40 (3). – DOI: 10.2478/amst-2016-0014.

13. Shirsat U., Ahuja B., Dhuttargaon M. Effect of burnishing parameters on surface finish // Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. – 2017. – Vol. 98. – P. 431–436. – DOI: 10.1007/s40032-016-0320-3.

14. Effect of roller burnishing process parameters on the surface roughness and microhardness for TA2 alloy / X.L. Yuan, Y.W. Sun, L.S. Gao, S.L. Jiang // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 85. – P. 1373–1383. DOI: 10.1007/s00170-015-8031-0.

15. Bourebia M., Laouar L.H., Dominiak S. Improvement of surface finish by ball burnishing: approach by fractal dimension // Surface Engineering. – 2017. – Vol.  3. – P. 255–262. – DOI: 10.1080/02670844.2016.1232778.

16. Luca L., Neagu-Ventzel S., Marinescu I. Effects of working parameters on surface finish in ball-burnishing of hardened steels // Precision Engineering. – 2005. – Vol. 29. – P. 253–256. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2004.02.002.

17. Cobanoglu T., Ozturk S. Effect of burnishing parameters on the surface quality and hardness // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2015. – Vol. 229. – P. 286–294. – DOI: 10.1177/0954405414527962.

18. An investigation of the mechanics of roller burnishing through finite element simulation and experiments / P. Balland, L. Tabourot, F. Degre, V. Moreau // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2013. – Vol. 65. – P. 29–36. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.09.002.

19. Ball burnishing application for finishing sculptured surfaces in multi-axis machines / A. Rodríguez, L.N. López de Lacalle, A. Celaya, A. Fernández, A. Lamikiz // International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems. – 2011. – Vol. 4. – P. 220–237. – DOI: 10.1504/IJMMS.2011.041470.

20. 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.

21. 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.

22. 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.