ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В рамках решения глобальной задачи по разработке математической модели звукового давления, генерируемого процессом шлифования, возникла необходимость определения фактических значений интегральных показателей упругости шлифовальных кругов для использования в качестве параметров модели. Это позволит расширить область применения модели и максимизировать полезный прикладной эффект от ее применения. В статье описывается подход определения коэффициентов Пуассона и модулей Юнга для шлифовальных кругов разных характеристик. Параметры упругости инструмента выступают предметом исследования. Целью работы является установление зависимости фактических значений интегральных упругих показателей от характеристики шлифовального круга с помощью модального анализа. Метод исследования состоит в комбинации экспериментального исследования спектров частот собственных колебаний и модального анализа, реализованного с помощью метода конечных элементов в специализированном программном обеспечении. Кроме того, используются элементы регрессионного анализа для получения эмпирических зависимостей интегральных упругих параметров шлифовальных кругов от размера фракции абразивного зерна и твердости. Результаты и обсуждение. Основным полезным результатом работы является установление фактических значений коэффициентов Пуассона и модулей Юнга для шлифовальных кругов рассматриваемых характеристик. Выбор характеристик шлифовальных кругов позволил исследовать влияние размера фракции абразивного зерна и твердости на его интегральные упругие свойства. Создание математической модели звукового давления, генерируемого процессом шлифования, и методики прогнозирования периода стойкости шлифовального круга на его основе позволит повысить эффективность операций шлифования за счет снижения доли подготовительно-заключительного времени и увеличения доли машинного времени, снижения расхода производственных ресурсов и более полного использования периода стойкости инструмента.

1. Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование спектрального состава свободных акустических колебаний шлифовальных кругов на керамической связке // Металлообработка. – 2023. – № 1 (133). – С.  3–20. – DOI: 10.25960/mo.2023.1.3.

2. Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 64–83. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-64-83.

3. Analysis of dynamic characteristics for machine tools based on dynamic stiffness sensitivity / C. Li, Z. Song, X. Huang, H. Zhao, X. Jiang, X. Mao // Processes. – 2021. – Vol. 9 (12). – Art. 2260. – P. 1–16. – DOI: 10.3390/pr9122260.

4. Developing and testing the proto type structure for micro tool fabrication / H. Xiao, X. Hu, S. Luo, W. Li // Machines. – 2022. – Vol. 10 (10). – Art. 938. – P. 1–21. – DOI: 10.3390/machines10100938.

5. Modeling the static and dynamic behaviors of a large heavy-duty lathe machine under rated loads / C.-Y. Lin, Y.-P. Luh, W.-Z. Lin, B.-C. Lin, J.-P. Hung // Computation. – 2022. – Vol. 10 (12). – Art. 207. – P. 1–18. – DOI: 10.3390/computation10120207.

6. Study on kinematic structure performance and machining characteristics of 3-axis machining center / T.-C. Chan, C.-C. Chang, A. Ullah, H.-H. Lin // Applied Sciences. – 2023. – Vol. 13 (8). – Art. 4742. – P. 1–29. – DOI: 10.3390/app13084742.

7. Behera R., Chan T.-C., Yang J.-S. Innovative structural optimization and dynamic performance enhancement of high-precision five-axis machine tools // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2024. – Vol. 8 (4). – Art. 181. – P. 1–25. – DOI: 10.3390/jmmp8040181.

8. Vázquez C.R., Guajardo-Cuéllar A. Prediction of vertical vibrations of a CNC router type geometry // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14 (2). – Art. 621. – P. 1–23. – DOI: 10.3390/app14020621.

9. Real-time estimation for cutting tool wear based on modal analysis of monitored signals / Y. Chi, W. Dai, Z. Lu, M. Wang, Y. Zhao // Applied Sciences. – 2018. – Vol. 8 (5). – Art. 708. – P. 1–13. – DOI: 10.3390/app8050708.

10. Stability analysis and structure optimization of unequal-pitch end mills / W. Nie, M. Zheng, S. Xu, Y. Liu, H. Yu // Materials. – 2021. – Vol. 14 (22). – Art. 7003. – P. 1–13. – DOI: 10.3390/ma14227003.

11. Chatter and surface waviness analysis in Oerlikon face hobbing of spiral bevel gears / J. Wang, J. Qian, K. Huang, Z. Shang, J. Yu // Aerospace. – 2024. – Vol. 11 (7). – Art. 535. – P. 1–25. – DOI: 10.3390/aerospace11070535.

12. Experimental identification of milling process damping and its application in stability lobe diagrams / C. Mladjenovic, K. Monkova, A. Zivkovic, M. Knezev, D. Marinkovic, V. Ilic // Machines. – 2025. – Vol. 13 (2). – Art. 96. – P. 1–24. – DOI: 10.3390/machines13020096.

13. Experimental-analytical method for determining the dynamic coefficients of turning tools / L. Nowakowski, S. Blasiak, M. Skrzyniarz, J. Rolek // Materials. – 2025. – Vol. 18 (3). – Art. 563. – P. 1–15. – DOI: 10.3390/ma18030563.

14. Овчинников А.И. Материалы для абразивного инструмента. Обзор // Наука и образование. – 2013. – № 7. – С. 41–68. – DOI: 10.7463/0713.0577449.

15. Абызов А.М. Оксид алюминия и алюмооксидная керамика (Обзор). Ч. 1. Свойства Al₂O₃ и промышленное производство дисперсного Al₂O₃ // Новые огнеупоры. – 2019. – № 1. – С. 16–23. DOI: 10.17073/1683-4518-2019-1-16-23.

16. Design and experimental study of longitudinal-torsional composite ultrasonic internal grinding horn / H. Zhang, F. Jiao, Y. Niu, C. Li, Z. Zhang, J. Tong // Micromachines. – 2023. – Vol. 14 (11). – Art. 2056. – P. 1–17. – DOI: 10.3390/mi14112056.

17. Li F., Chen Y., Zhu D. Revealing the sound transmission loss capacities of sandwich metamaterials with re-entrant negative Poisson’s ratio configuration / F. Li, Y. Chen, D. Zhu // Materials. – 2023. – Vol. 16 (17). – Art. 5928. – P. 2–21. – DOI: 10.3390/ma16175928.

18. A normal mode model based on the spectral element method for simulating horizontally layered acoustic waveguides / Y. Zhang, H. Tu, Y. Wang, G. Xu, D. Gao // Journal of Marine Science and Engineering. – 2024. – Vol. 12 (9). – Art. 1499. – P. 1–16. – DOI: 10.3390/jmse12091499.

19. Acoustic sensors for monitoring and localizing partial discharge signals in oil-immersed transformers under array configuration / Y. Wang, D. Zhao, Y. Jia, S. Wang, Y. Du, H. Li, B. Zhang // Sensors. – 2024. – Vol. 24 (14). – Art. 4704. – P. 1–24. – DOI: 10.3390/s24144704.

20. Fundamental study of phased array ultrasonic cavitation abrasive flow polishing titanium alloy tubes / Y. Dai, S. Li, M. Feng, B. Chen, J. Qiao // Materials. – 2024. – Vol. 17 (21). – Art. 5185. – P. 1–19. – DOI: 10.3390/ma17215185.

21. Юганов В.С. Использование низкочастотных акустических колебаний для текущего контроля процесса шлифования: дис. … канд. техн. наук: 05.02.08. – Ульяновск, 1999. – 198 с.

22. Глаговский Б.А., Московенко И.Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. – Л.: Машиностроение, 1977. – 203 с.

23. Смирнов В.А., Нанасов М.П. Расчет частот и форм колебаний круглой пластинки // Перспективы развития строительных конструкций: материалы научно-практической конференции. – Л.: ЛДНТП, 1987. – С. 68–72.

24. Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбомашин. – М.: Машиностроение, 1983. – 224 с.

25. Макаева Р.Х., Каримов А.Х., Царева А.М. Исследование резонансных колебаний дисков с применением голографической интерферометрии // Вестник двигателестроения. – 2012. – № 2. – С. 161–165.

26. Царева А.М. Экспериментально-расчетный метод определения резонансных частот и форм колебаний деталей типа дисков с применением голографической интерферометрии: автореф. дис. … канд. техн. наук: 01.02.04, 05.02.02. – Казань, 2007. – 20 с.

27. Structural and modal analysis of a small wind turbine blade considering composite material and the IEC 61400-2 standard / M. Vázquez, V. López, R. Campos, E. Cadenas, P. Marin // Energies. – 2025. – Vol. 18 (3). – Art. 566. – P. 1–26. – DOI: 10.3390/en18030566.