ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Аддитивные технологии, в частности печать проволокой, набирают все большую популярность в последнее время. Этот метод позволяет получать заготовки с существенно повышенной твердостью по сравнению с традиционными методами, такими как ковка, что, в свою очередь, значительно увеличивает силу резания при последующей обработке. Настоящее исследование направлено на изучение сил резания при фрезеровании образцов из высокопрочного жаростойкого сплава инконель 625, полученных методом электродуговой наплавки. Целью работы является исследование влияния микроструктуры и свойств инконеля 625, полученного методом электродуговой наплавки, на силы резания при фрезеровании. Особое внимание уделено поиску оптимальных режимов резания, обеспечивающих минимизацию сил резания и вибраций в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь». Методы исследования. Образцы изготавливались методом электродуговой наплавки проволоки из жаропрочного никелевого сплава инконель 625. В работе проведен комплексный анализ микроструктуры полученных образцов с использованием современных методов материаловедения. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию сил резания при фрезеровании с использованием различных режимов обработки (скорости резания, подачи, глубины резания) и типов фрез. Результаты и обсуждение. Микроструктура образцов инконеля 625, полученных электродуговой наплавкой, детально охарактеризована. Определены оптимальные режимы фрезерования, обеспечивающие эффективную обработку материала с учетом его высокой твердости и прочности. Ожидается, что для обработки заготовок из инконеля 625 потребуются высокопрочные твердосплавные фрезы, возможно, специальной геометрии и с повышенной износостойкостью, большего диаметра, чем в случае стали 40Х13. Результаты исследования позволят разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов резания, минимизирующих силу резания, температуру режущей кромки, износ инструмента и вибрации в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь», что повысит производительность и точность обработки.
Мартюшев Никита Владимирович
Козлов Виктор Николаевич
Болтрушевич Александр Евгеньевич
Кузнецова Юлия Сергеевна
Бовкун Александр Сергеевич
1. Alvarez L.F., Garcia C., Lopez V. Continuous cooling transformations in martensitic stainless steels // ISIJ International. – 1994. – vol. 34 (6). – P. 516–521. – DOI: 10.2355/isijinternational.34.516.
2. On the microstructure and corrosion behavior of wire arc additively manufactured AISI 420 stainless steel / M. Kazemipour, J.H. Lunde, S. Salahi, A. Nasiri // TMS 2020: 149th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings. – Cham: Springer, 2020. – P. 435–448. – DOI: 10.1007/978-3-030-36296-6_41.
3. Liverani E., Fortunato A. Additive manufacturing of AISI 420 stainless steel: process validation, defect analysis and mechanical characterization in different process and post-process conditions // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 117 (3–4). – P. 809–821. – DOI: 10.1007/s00170-021-07639-6.
4. Ultra-high strength martensitic 420 stainless steel with high ductility / K. Saeidi, D.L. Zapata, F. Lofaj, L. Kvetkova, J. Olsen, Z. Shen, F. Akhtar // Additive Manufacturing. – 2019. – Vol. 29. – P. 100803. – DOI: 10.1016/j.addma.2019.100803.
5. In situ heat treatment in selective laser melted martensitic AISI 420 stainless steels / P. Krakhmalev, I. Yadroitsava, G. Fredriksson, I. Yadroitsev // Materials & Design. – 2015. – Vol. 87. – P. 380–385. – DOI: 10.1016/j.matdes.2015.08.045.
6. Characterization of wire arc additive manufacturing 2Cr13 part: Process stability, microstructural evolution, and tensile properties / J. Ge, J. Lin, Y. Chen, Y. Lei, H. Fu // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 748. – P. 911–921. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.03.222.
7. Process parameters effect on weld beads geometry deposited by Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) / S. Manokruang, F. Vignat, M. Museau, M. Limousin // Advances on Mechanics, Design Engineering and Manufacturing III: Proceedings of the International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering & Advanced Manufacturing, JCM 2020, June 2–4, 2020. – Cham: Springer, 2021. – P. 9–14. – DOI: 10.1007/978-3-030-70566-4_3.
8. Grzesik W. Hybrid additive and subtractive manufacturing processes and systems: a review // Journal of Machine Engineering. – 2018. – vol. 18 (4). – p. 5–24. – DOI: 10.5604/01.3001.0012.7629.
9. Effect of milling parameters on HSLA steel parts produced by Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) / J.G. Lopes, C.M. Machado, V.R. Duarte, T.A. Rodrigues, T.G. Santos, J.P. Oliveira // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 59. – P. 739–749. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.10.007.
10. New observations on wear characteristics of solid Al2O3/Si3N4 ceramic tool in high speed milling of additive manufactured Ti6Al4V / J. Dang, H. Zhang, W. Ming, O. An, M. Chen // Ceramics International. – 2020. – vol. 46 (5). – p. 5876–5886. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.11.039.
11. Analysis of tool wear in cryogenic machining of additive manufactured Ti6Al4V alloy / A. Bordin, S. Bruschi, A. Ghiotti, P.F. Bariani // Wear. – 2015. – Vol. 328–329. – P. 89–99. – DOI: 10.1016/j.wear.2015.01.030.
12. Influence of finish machining on the surface integrity of Ti6Al4V produced by selective laser melting / S. Milton, A. Morandeau, F. Chalon, R. Leroy // Procedia Cirp. – 2016. – Vol. 45. – P. 127–130. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.02.340.
13. Keist J.S., Palmer T.A. Development of strength-hardness relationships in additively manufactured titanium alloys // Materials Science and Engineering: A. – 2017. – Vol. 693. – P. 214–224. – DOI: 10.1016/j.msea.2017.03.102.
14. The effect of finish-milling operation on surface quality and wear resistance of Inconel 625 produced by selective laser melting additive manufacturing / E. Tascioglu, Yu. Kaynak, Ö. Poyraz, A. Orhangül, S. Ören // Advanced Surface Enhancement (INCASE 2019). – Singapore: Springer, 2020. – P. 263–272. – DOI: 10.1007/978-981-15-0054-1_27.
15. Cutting forces analysis in additive manufactured AISI H13 alloy / F. Montevecchi, N. Grossi, H. Takagi, A. Scippa, H. Sasahara, G. Campatelli // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 46. – P. 476–479. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.04.034.
16. Study on machinability of additively manufactured and conventional titanium alloys in micro-milling process / F. Hojati, A. Daneshi, B. Soltani, B. Azarhoushang, D. Biermann // Precision Engineering. – 2020. – Vol. 62. – P. 1–9. – DOI: 10.1007/s00170-020-06391-7.
17. Gong Y., Li P. Analysis of tool wear performance and surface quality in post milling of additive manufactured 316L stainless steel // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2019. – Vol. 33 (5). – P. 2387–2395. – DOI: 10.1007/s12206-019-0237-x.
18. Ni Ch., Zhu L., Yang Zh. Comparative investigation of tool wear mechanism and corresponding machined surface characterization in feed-direction ultrasonic vibration assisted milling of Ti–6Al–4V from dynamic view // Wear. – 2019. – Vol. 436. – p. 203006. – DOI: 10.1016/j.wear.2019.203006.
19. Xiong X., Haiou Z., Guilan W. A new method of direct metal prototyping: hybrid plasma deposition and milling // Rapid Prototyping Journal. – 2008. – Vol. 14 (1). – P. 53–56. – DOI: 10.1108/13552540810841562.
20. SLS setup and its working procedure / R. Ahmetshin, V. Fedorov, K. Kostikov, N. Martyushev, V. Ovchinnikov, A. Rasin, A. Yakovlev // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 685. – P. 477–481. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.685.477.
21. Martyushev N., Petrenko Yu. Effects of crystallization conditions on lead tin bronze properties // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 880. – P. 174–178. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.880.174.
22. Thermal pulse processing of blanks of small-sized parts made of beryllium bronze and 29 NK alloy / M.E. Isametova, N.V. Martyushev, Y.I. Karlina, R.V. Kononenko, V.Y. Skeeba, B.N. Absadykov // Materials. – 2022. – Vol. 15 (19). – P. 6682. – DOI: 10.3390/ma15196682.
23. Provision of rational parameters for the turning mode of small-sized parts made of the 29 NK alloy and beryllium bronze for subsequent thermal pulse deburring / N.V. Martyushev, D.A. Bublik, V.V. Kukartsev, V.S. Tynchenko, R.V. Klyuev, Y.A. Tynchenko, Y.I. Karlina // Materials. – 2023. – Vol. 16 (9). – P. 3490. – DOI: 10.3390/ma16093490.
24. Cahoon J.R., Broughton W.H., Kutzak A.R. The determination of yield strength from hardness measurements // Metallurgical Transactions. – 1971. – Vol. 2 (7). – P. 1979–1983. – DOI: 10.1007/bf02913433.
25. Abootorabi Zarchi M.M., Razfar M.R., Abdullah A. Influence of ultrasonic vibrations on side milling of AISI 420 stainless steel // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 66. – P. 83–89. – DOI: 10.1007/s00170-012-4307-9.
26. Lou X., Andresen P.L., Rebak R.B. Oxide inclusions in laser additive manufactured stainless steel and their effects on impact toughness and stress corrosion cracking behavior // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 499. – P. 182–190. – DOI: 10.1016/j.jnucmat.2017.11.036.
27. Effect of heat treatment on microstructure, mechanical and corrosion properties of austenitic stainless steel 316L using arc additive manufacturing / X. Chen, J. Li, X. Cheng, H. Wang, Z. Huang // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Vol. 715. – P. 307–314. – DOI: 10.1016/j.msea.2017.10.002.
28. Production of workpieces from martensitic stainless steel using electron-beam surfacing and investigation of cutting forces when milling workpieces / N.V. Martyushev, V.N. Kozlov, M. Qi, V.S. Tynchenko, R.V. Kononenko, V.Y. Konyukhov, D.V. Valuev // Materials. – 2023. – Vol. 16 (13). – P. 4529. – DOI: 10.3390/ma16134529.
29. Возможности атомно-силовой микроскопии для исследования микроструктуры нержавеющей стали при различных видах термообработки / Г.В. Шляхова, А.В. Бочкарёва, С.А. Баранникова, Л.Б. Зуев, Е.В. Мартусевич // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2017. – Т. 60 (2). – С. 133–139. – DOI: 10.17073/0368-0797-2017-2-133-139.
30. Хайдоров А.Д., Юнусов Ф.А. Вакуумная термическая обработка высоколегированных коррозионностойких сталей // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2017. – Т. 23, № 1. – С. 226–235.
31. Mathematical modeling and multi-criteria optimization of design parameters for the gyratory crusher / V.P. Kondrakhin, R.V. Klyuev, S.N. Sorokova, E.A. Efremenkov, D.V. Valuev, Q. Mengxu // Mathematics. – 2023. – Vol. 11. – P. 2345. – DOI: 10.3390/math11102345.
Благодарности
Исследования выполнены на оборудовании ИЦ «Проектирование и производство высокотехнологичного оборудования» и ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов».
Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки / Н.В. Мартюшев, В.Н. Козлов, А.Е. Болтрушевич, Ю.С. Кузнецова, А.С. Бовкун // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 61–76. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-61-76.
Martyushev N.V., Kozlov V.N., Boltrushevich A.E., Kuznetsova Yu.S., Bovkun A.S. Milling of Inconel 625 blanks fabricated by wire arc additive manufacturing (WAAM). Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2025, vol. 27, no. 1, pp. 61–76. DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-61-76. (In Russian).
