ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Накатывание роликом является одним из самых популярных методов улучшения качества поверхности заготовки, повышения ее износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости. В процессе обработки заготовка сжимается и разглаживается под давлением закаленного ролика. Цель работы. Результаты исследований показывают, что внедрение минимального количества смазки (MQL) во время накатывания роликом дает возможность повысить эффективность процесса за счет снижения трения и улучшения смазывания. Исследования показали, что использование наножидкостей в условиях MQL улучшает производительность обработки. Однако накатыванию роликом сплава Al6061-T6 в условиях смазки минимальным количеством наножидкости (NFMQL) уделялось очень мало внимания. Методы исследования. В свете этого в данном исследовании сравнили эффективность накатки роликами сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости. Микротвердость, отклонение от круглости и шероховатость поверхности оценены, смоделированы и оптимизированы в исследовании с учетом скорости вращения заготовки, подачи и количества проходов. На основе экспериментальных результатов созданы математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и изменения отклонения от круглости. Результаты и обсуждение. Для разработанных моделей шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости наблюдается значение R-квадрата выше 0,9, что позволяет уверенно использовать эти модели для прогнозирования исследуемых откликов в условиях сухого трения и в условиях NFMQL в пределах области параметров, выбранных в настоящей работе. Согласно этому исследованию обработка, проведенная за четыре прохода при скорости вращения заготовки 357 об/мин и подаче инструмента 0,17 мм/об, позволяет получить минимальное отклонение от круглости (3,514 мкм), лучшую микротвердость (130,19 HV) и наименьшую шероховатость поверхности (0,64 мкм). Кроме того, исследование показывает, что увеличение количества проходов (более четырех) не приводит к значительному улучшению шероховатости поверхности или микротвердости. Однако это приводит к небольшому увеличению отклонения от круглости. Поэтому рекомендуется использовать максимум четыре прохода во время накатывания роликом образцов из алюминиевого сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения для достижения оптимальных результатов. Полученные результаты означают, что накатывание роликом может эффективно повысить общее качество поверхности и твердость заготовки. Кроме того, накатка роликами рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обработанных деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины. Обнаружено, что при увеличении скорости вращения заготовки шероховатость поверхности уменьшается. Тем не менее замечено, что она увеличивается как в условиях сухого трения, так и в условиях NFMQL, когда скорость вращения заготовки возрастает до 360…380 об/мин. Более того, обнаружено, что она уменьшается с увеличением подачи и количества проходов. Однако после трех или четырех проходов при скорости подачи 0,2…0,25 мм/об наблюдается заметное увеличение шероховатости поверхности. Отмечено, что с увеличением подачи микротвердость и отклонение от круглости растут. Кроме того, по мере увеличения количества проходов наблюдается снижение отклонения от круглости и повышение микротвердости. Количество проходов в условиях сухого трения и подача при накатывании в условиях NFMQL оказывают существенное влияние на шероховатость поверхности. Скорость вращения заготовки, по-видимому, оказывает наибольшее влияние на микротвердость, за ней следуют подача и количество проходов. С другой стороны, кажется, что эффект увеличения микротвердости в условиях NFMQL-накатки проявляется сильнее. В условиях сухого трения скорость вращения заготовки оказывает существенное влияние на отклонение от круглости, а при накатывании в условиях NFMQL влияние оказывает подача.

1. 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.

2. Saffar S., Eslami H. Increasing the fatigue life and surface improvement of AL7075 alloy T6 by using ultrasonic ball burnishing process // International Journal of Surface Science and Engineering. – 2022. – Vol. 16 (3). – P. 181–206. – DOI: 10.1504/IJSURFSE.2022.125438.

3. Somatkar A.A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Enhancing surface integrity and quality through roller burnishing: a comprehensive review of parameters optimization, and applications // Communications on Applied Nonlinear Analysis. – 2024. – Vol. 31 (1s). – P. 51–69. – DOI: 10.52783/cana.v31.563.

4. Artificial neural network-based optimization of operating parameters for minimum quantity lubrication-assisted burnishing process in terms of surface characteristics / T.-T. Nguyen, T.-A. Nguyen, Q.-H. Trinh, X.-B. Le, L.-H. Pham, X.-H. Le // Neural Computing and Applications. – 2022. – Vol. 34 (9). – P. 7005–7031. – DOI: 10.1007/s00521-021-06834-6.

5. Nguyen T.-T. Multi-response performance optimization of burnishing operation for improving hole quality // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2021. – Vol. 43 (12). – P. 560. – DOI: 10.1007/s40430-021-03274-0.

6. 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.

7. Kurkute V., Chavan S.T. Modeling and optimization of surface roughness and microhardness for roller burnishing process using response surface methodology for Aluminum 63400 alloy // Procedia Manufacturing. – 2018. – Vol. 20. – P. 542–547. – DOI: 10.1016/j.promfg.2018.02.081.

8. Patel K.A., Brahmbhatt P.K. Response surface methodology-based desirability approach for optimization of roller burnishing process parameter // Journal of the Institution of Engineers (India): Series C. – 2018. – Vol. 99. – P. 729–736. – DOI: 10.1007/s40032-017-0368-8.

9. Prasad K.A, John M.R.S. Optimization of external roller burnishing process on magnesium silicon carbide metal matrix composite using response surface methodology // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2021. – Vol. 43 (7). – P. 342. – DOI: 10.1007/s40430-021-03069-3

10. Using specially designed high-stiffness burnishing tool to achieve high-quality surface finish / B. Tadic, P.M. Todorovic, O. Luzanin, D. Miljanic, B.M. Jeremic, B. Bogdanovic, D. Vukelic // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 67. – P. 601–611. – DOI: 10.1007/s00170-012-4508-2.

11. El-Khabeery M.M., El-Axir M.H. Experimental techniques for studying the effects of milling roller-burnishing parameters on surface integrity // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2001. – Vol. 41 (12). – P. 1705–1719. – DOI: 10.1016/S0890-6955(01)00036-0.

12. 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.

13. Surface layer modification by cryogenic burnishing of Al 7050-T7451 alloy and validation with FEM-based burnishing model / B. Huang, Y. Kaynak, Y. Sun, I.S. Jawahir // Procedia CIRP. – 2015. – Vol. 31. – P. 1–6. – DOI: 10.1016/j.procir.2015.03.097.

14. Caudill J., Schoop J., Jawahir I.S. Correlation of surface integrity with processing parameters and advanced interface cooling/lubrication in burnishing of Ti-6Al-4V alloy // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2019. – Vol. 5 (1). – P. 53–66. – DOI: 10.1080/2374068X.2018.1511215.

15. Rotella G., Rinaldi S., Filice L. Roller burnishing of Ti6Al4V under different cooling/lubrication conditions and tool design: effects on surface integrity // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 106 (1). – P. 431–440. – DOI: 10.1007/s00170-019-04631-z.

16. Kulkarni P., Chinchanikar S. A review on machining of nickel-based superalloys using nanofluids under minimum quantity lubrication (NFMQL) // Journal of the Institution of Engineers (India): Series C. – 2023. – Vol. 104 (1). – P. 183–199. – DOI: 10.1007/s40032-022-00905-w.

17. Kulkarni P., Chinchanikar S. Modeling turning performance of Inconel 718 with hybrid nanofluid under MQL using ANN and ANFIS // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2024. – Vol. 18 (70). – P. 71–90. – DOI: 10.1080/2374068X.2024.2307103.

18. Kulkarni P., Chinchanikar S. Machining effects and multi-objective optimization in Inconel 718 turning with unitary and hybrid nanofluids under MQL // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2024. – Vol. 18 (68). – P. 222–241. – DOI: 10.3221/IGF-ESIS.68.15.

19. Kulkarni P., Chinchanikar S. Machinability of Inconel 718 using unitary and hybrid nanofluids under minimum quantity lubrication // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2024. – P. 1–29. – DOI: 10.1080/2374068X.2024.2307103.

20. Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 52–65. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-52-65.

21. 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.

22. 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.

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.