ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Статья посвящена оценке влияния периодических флуктуаций параметров режимов обработки на изменение максимальной температуры передней поверхности резца. Предмет. Как флуктуации параметров режимов резания рассматриваются колебания их значений относительно номинального, вследствие чего возникают периодические изменения площади срезаемого слоя и условий взаимодействия стружки с передней поверхностью инструмента, которые влияют на изменение температуры в зоне резания. Цель работы: оценить влияние периодических флуктуаций параметров режимов обработки для различных скоростей резания на изменение максимальной величины температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА на станке с большим сроком эксплуатации без применения охлаждения. Метод и методология. Исследован процесс чистового продольного точения жаропрочной стали 15Х2НМФА на станке с большим сроком эксплуатации без применения охлаждения. В ходе обработки произведено измерение вибраций инструмента по трём координатным осям при варьировании скорости резания для постоянной глубины резания и подачи. При помощи цифрового имитационного моделирования с использованием входных данных, полученных из натурных экспериментов, выявлены моменты в динамике системы, когда каждый из режимов резания в результате флуктуаций принимает экстремальные значения, а затем определены соответствующие им отклонения максимальной расчётной температуры от номинальной величины. Результаты и обсуждение. Установлено, что при вариации скорости обработки происходит изменение дестабилизирующих тепловое состояние факторов: на низких скоростях в исследованной системе резания основными источниками температурных отклонений являются моменты выхода на экстремальные значения глубины и скорости резания, на более же высоких оборотах максимальный эффект оказывают колебания глубины резания и подачи. Выявлено, что при достижении параметров режимов обработки экстремального значения в большинстве случаев происходит рост мгновенной температуры, при этом обнаружено наличие скоростей резания, для которых такие отклонения минимальны.

1. Komanduri R, Hou Z.B. A review of the experimental techniques for the measurement of heat and temperatures generated in some manufacturing processes and tribology // Tribology International. – 2001. – Vol. 34 (10). – P. 653–682. – DOI: 10.1016/S0301-679X(01)00068-8.

2. Grzesik W. Experimental investigation of the cutting temperature when turning with coated indexable inserts // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1999. – Vol. 39 (3). – P. 355–369. – DOI: 10.1016/S0890-6955(98)00044-3.

3. An experimental technique for the measurement of temperature fields for the orthogonal cutting in high speed machining / G. Sutter, L. Faure, A. Molinari, N. Ranc, V. Pina // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. – Vol. 43 (7). – P. 671–678. – DOI: 10.1016/S0890-6955(03)00037-3.

4. An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V / C. Shan, X. Zhang, B. Shen, D. Zhang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2019. – Vol. 32 (3). – P. 759–769. – DOI: 10.1016/j.cja.2018.12.001.

5. Barzegar Z., Ozlu E. Analytical prediction of cutting tool temperature distribution in orthogonal cutting including third deformation zone // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 67. – P. 325–344. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.05.003.

6. Analytical and experimental investigations of rake face temperature considering temperature-dependent thermal properties / J. Weng, J. Saelzer, S. Berger, K. Zhuang, A. Bagherzadeh, E. Budak, D. Biermann // Journal of Materials Processing Technology. – 2023. – Vol. 314. – P. 117905. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.117905.

7. Кулкарни А.П., Чинчаникар С., Саргаде В.Г. Теория размерностей и моделирование температуры на границе раздела стружка–инструмент при точении SS304 на основе искусственных нейронных сетей // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 4. – С. 47–64. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-47-64.

8. Cutting temperatures in hard turning chromium hardfacings with PCBN tooling / X.J. Ren, Q.X. Yang, R.D. James, L. Wang // Journal of Materials Processing Technology. – 2004. – Vol. 147 (1). – P. 38–44. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2003.10.013.

9. Sulaiman S., Roshan A., Borazjani S. Effect of cutting parameters on tool-chip interface temperature in an orthogonal turning process // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 903. – P. 21–26. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.903.21.

10. Kikuchi M. The use of cutting temperature to evaluate the machinability of titanium alloys // Acta Biomaterialia. – 2009. – Vol. 5 (2). – P. 770–775. – DOI: 10.1016/j.actbio.2008.08.016.

11. Karaguzel U., Budak E. Investigating effects of milling conditions on cutting temperatures through analytical and experimental methods // Journal of Materials Processing Technology. – 2018. – Vol. 262. – P. 532–540. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2018.07.024.

12. Cutting tool temperature prediction method using analytical model for end milling / Wu Baohai, C. Di, H. Xiaodong, Z. Dinghua, T. Kai // Chinese Journal of Aeronautics. – 2016. – Vol. 29 (6). – P. 1788–1794. – DOI: 10.1016/j.cja.2016.03.011.

13. Experimental study on coupling characteristics of cutting temperature rise and cutting vibration under different tool wear states / S. Li, Sh. Li, Y. Hu, E. Popov // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 118. – P. 907–919. – DOI: 10.1007/s00170-021-07948-w.

14. Experimental study on correlation between turning temperature rise and turning vibration in dry turning on aluminum alloy / Q. Yu, Sh. Li, X. Zhang, M. Shao // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103. – P. 453–469. – DOI: 10.1007/s00170-019-03506-7.

15. Температурный режим при трении инструментальных материалов с учётом объемности источника тепловыделения / А.В. Чичинадзе, К.Г. Шучев, А.А. Рыжкин, А.И. Филипчук, М.М. Климов // Трение и износ. – 1986. – № 7. – С. 43–51.

16. Термоэлектрические характеристики процесса точения стальных заготовок твердосплавными пластинами с комбинированными покрытиями / В.А. Лебедев, М.М. Алиев, Е.В. Фоминов, А.В. Фоменко, А.А. Марченко, А.Е. Мироненко // Трение и износ. – 2023. – Т. 44, № 2. – С. 114–121. – DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-2-114-121.

17. Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания инструментальных материалов при лезвийной обработке. – Ростов н/Д.: ДГТУ, 2019. – 289 с.

18. Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Износостойкость режущего инструмента с многослойными покрытиями // Трение и износ. – 2005. – Т. 26, № 3. – С. 304–307.

19. Влияние периодических флуктуаций параметров режимов резания на температуру передней поверхности токарного резца / Е.В. Фоминов, В.Е. Гвинджилия, А.А. Марченко, К.Г. Шучев // Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). – 2025. – Т. 25, № 1. – С. 32–42. – DOI: 10.23947/2687-1653-2025-25-1-32-42.

20. Даниелян А.М., Бобрик П.И., Гуревич Я.Л. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов. – М.: Машиностроение, 1965. – 308 с.

21. Резников А.Н. Теплофизика резания. – М.: Машиностроение, 1969. – 288 с.

22. Multi-objective optimization of performance indicators in turning of AISI 1045 under dry cutting conditions / A.T. Abbas, A.A. Al-Abduljabbar, M.M. El Rayes, F. Benyahia, I.H. Abdelgaliel, A. Elkaseer // Metals. – 2023. – Vol. 13 (1). – P. 96. – DOI: 10.3390/met13010096.

23. Özbek O. Evaluation of nano fluids with minimum quantity lubrication in turning of Ni-base superalloy UDIMET 720 // Lubricants. – 2023. – Vol. 11 (4). – P. 159. – DOI: 10.3390/lubricants11040159.

24. Experimental investigation of turning process parameter under several cutting conditions for duplex steels for minimization of cutting temperature / K.K. Arun, V.R. Navaneeth, S. Prabhu, M. Ramesh Kumar, M. Giriraj // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 62 (4). – P. 1917–1920. – DOI: 10.1016/j.matpr.2022.01.447.

25. Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Влияние вибраций на траектории формообразующих движений инструмента при точении // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 42–58. – DOI: 10.17212/1994- 6309-2019-21.3-42-58.

26. Рыжкин А.А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих материалов. – Ростов н/Д.: Изд-во ДГТУ, 2005. – 311 с.

27. Бобров В.Ф. Развитие науки о резании металлов. – М.: Машиностроение, 1967. – 416 с.

28. Силин С.С. Методы подобия при резании материалов. – М.: Машиностроение, 1979. – 152 с.

29. Влияние динамических характеристик процесса резания на шероховатость поверхности детали при токарной обработке / В.Е. Гвинджилия, Е.В. Фоминов, Д.В. Моисеев, Е.И. Гамалеева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 143–157. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-143-157.