ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В настоящее время существует множество математических подходов для аппроксимации кривой профиля поверхности. В большинстве из них заложены объемные математические выражения для описания параметров профиля поверхности после различных видов обработки. Цель работы: подобрать достаточно простой с инженерной точки зрения математический аппарат для аппроксимации профиля поверхности образцов из титанового сплава ВТ22 после поверхностного пластического деформирования (ППД) и различных режимов электромеханической обработки (ЭМО) с возможностью исключения случайных технологических погрешностей. В работе исследовано влияние режимов ЭМО переменным и постоянным током 100, 300 и 600 А/мм² с учетом усилия деформирующего электрода-инструмента (150 Н) и без него (10 Н) на геометрию поверхности образцов из титанового сплава ВТ22. Используемая в работе электромеханическая обработка металлических сплавов способна существенно изменять геометрический профиль, структуру и эксплуатационные свойства поверхности. Отличительной ее чертой является создание на поверхности как микроотклонений (шероховатость), так и макроотклонений и рельефа (волнистость, «масляные карманы», наплывы от наплавки металла под ремонтный размер). Методы исследования: профилометрический анализ, выполненный на приборе ПМ-7, и последующая обработка с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) результатов замера шероховатости поверхности предварительно подвергнутого получистовой токарной обработке цилиндрического образца из титанового сплава ВТ22 диаметром 16 мм после электромеханической обкатки электродом-инструментом. Оценка погрешности модельных кривых профиля поверхности проводилась по коэффициенту корреляции Пирсона (R). Результаты и обсуждение. Показано, что использование постоянного тока высокой плотности способствует получению поверхности с высокой относительной опорной длиной профиля (98,8 %), низким среднеарифметическим отклонением профиля (1,9 мкм) и средним шагом неровности профиля (56 мкм). На основе БПФ показано, что рассмотренные режимы электромеханической обработки способствуют образованию волнистости профиля с различным шагом и высотой. Наибольшая взаимосвязь наблюдается для режимов 2, 4, 9 (R > 0,7), наименьший коэффициент корреляции был отмечен для ЭМО постоянным током плотностью 100 и 300 А/мм² (режим 5 и 6, R < 0,25).

1. Хейфец М.Л., Грецкий Н.Л., Премент Г.Б. Технологическое наследование эксплуатационных параметров качества в жизненном цикле деталей двигателя внутреннего сгорания // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2019. – № 7 (97). – С. 35–42. – DOI: 10.30987/article_5cf7bd2fec77a9.13115279.

2. Аверченков В.И., Васильев А.С., Хейфец М.Л. Технологическая наследственность при формировании качества изготавливаемых деталей // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2018. – № 10 (88). – С. 27–32.

3. Optimization of subtractive-transformative hybrid processes supported by the technological heredity concept / W. Grzesik, K. Zak, R. Chudy, M. Prazmowski, J. Malecka // CIRP Annals. – 2019. – Vol. 68 (1). – P. 101–104. – DOI: 10.1016/j.cirp.2019.03.005.

4. Влияние фазового состава титановых сплавов на параметры шероховатости, получаемые в процессе проволочной электроэрозионной обработки / А.А. Федоров, Ю.Е. Жданова, А.В. Линовский, Н.В. Бобков, Ю.О. Бредгауэр // Омский научный вестник. – 2021. – № 4 (178). – С. 18–24. – DOI: 10.25206/1813-8225-2021-178-18-24.

5. Мураткин Г.В., Сарафанова В.А. Влияние технологической наследственности напряженно-деформированного состояния на точность нежестких деталей // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2020. – № 1. – С. 56–64. – DOI: 10.31857/S0235711920010095.

6. Microstructure evolution and electroplasticity in Ti64 subjected to electropulsing-assisted laser shock peening / H. Zhang, Z. Ren, J. Liu, J. Zhao, Z. Liu, D. Lin, R. Zhang, M.J. Graber, N.K. Thomas, Z.D. Kerek, G.-X. Wang, Y. Dong, C. Ye // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 802. – P. 573–582. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.06.156.

7. Электромеханическое упрочнение металлов и сплавов / В.П. Багмутов, С.Н. Паршев, Н.Г. Дудкина, И.Н. Захаров, А.Н. Савкин, Д.С. Денисевич. – Волгоград: ВолгГТУ, 2016. – 460 с.

8. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 200 с.

9. Sensitivity of material failure to surface roughness: A study on titanium alloys Ti64 and Ti407 / S. Sneddon, Y. Xu, M. Dixon, D. Rugg, P. Li, D.M. Mulvihill // Materials & Design. – 2021. – Vol. 200. – P. 109438. – DOI: 10.1016/j.matdes.2020.109438.

10. Overview of surface modification techniques for titanium alloys in modern material science: A comprehensive analysis / K. Gao, Y. Zhang, J. Yi, F. Dong, P. Chen // Coatings. – 2024. – Vol. 14 (1). – P. 148. – DOI: 10.3390/coatings14010148.

11. Enhancement of the microstructure and fatigue crack growth performance of additive manufactured titanium alloy parts by laser-assisted ultrasonic vibration processing / S.A. Ojo, K. Manigandan, G.N. Morscher, A.L. Gyekenyesi // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2024. – Vol. 33. – P. 10345–10359. – DOI: 10.1007/s11665-024-09323-8.

12. Amanov A., Yeo I.K., Jeong S.H. Advanced post-processing of Ti6Al4V alloy fabricated by selective laser melting: A study of laser shock peening and ultrasonic nanocrystal surface modification // Journal of Materials Research and Technology. – 2025. – Vol. 35. – P. 4020–4031. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2025.02.038.

13. Application of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technique for surface strengthening of titanium and titanium alloys: A mini review / R. Liu, S. Yuan, N. Lin, Q. Zeng, Z. Wang, Y. Wu // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 11. – P. 351–377. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.01.013.

14. Effect of surface roughness on fatigue strength of Ti-6Al-4V alloy manufactured by additive manufacturing / M. Nakatani, H. Masuo, Y. Tanaka, Y. Murakami // Procedia Structural Integrity. – 2019. – Vol. 19. – P. 294–301. – DOI: 10.1016/j.prostr.2019.12.032.

15. Civiero R., Perez-Rafols F., Nicola L. Modeling contact deformation of bare and coated rough metal bodies // Mechanics of Materials. – 2023. – Vol. 179. – P. 104583. – DOI: 10.1016/j.mechmat.2023.104583.

16. Han T., Fan J. Ultrasonic measurement of contact stress at metal-to-metal interface based on a real rough profile through modeling and experiment // Measurement. – 2023. – Vol. 217. – P. 113046. – DOI: 10.1016/j.measurement.2023.113046.

17. A novel comprehensive framework for surface roughness prediction of integrated robotic belt grinding and burnishing of Inconel 718 / B. Qi, X. Huang, W. Guo, X. Ren, H. Chen, X. Chen // Tribology International. – 2024. – Vol. 195. – P. 109574. – DOI: 10.1016/j.triboint.2024.109574.

18. Influence factors and prediction model of surface roughness in single-point diamond turning of polycrystalline soft metal / Z. Xue, M. Lai, F. Xu, F. Fang // Journal of Materials Processing Technology. – 2024. – Vol. 324. – P. 118256. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.118256.

19. Modeling of surface hardening and roughness induced by turning AISI 4140 QT under different machining conditions / B. Stampfer, J. Bachmann, D. Gauder, D. Böttger, M. Gerstenmeyer, G. Lanza, B. Wolter, V. Schulze // Procedia CIRP. – 2022. – Vol. 108. – P. 293–298. – DOI: 10.1016/j.procir.2022.03.050.

20. Roughness prediction model of milling noise-vibration-surface texture multi-dimensional feature fusion for N6 nickel metal / S. Li, S. Li, Z. Liu, A.V. Petrov // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 79. – P. 166–176. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.04.055.

21. An acoustic dataset for surface roughness estimation in milling process / N.R. Sakthivel, J. Cherian, B.B. Nair, A. Sahasransu, L.N.V.P. Aratipamula, S.A. Gupta // Data in Brief. – 2024. – Vol. 57. – P. 111108. – DOI: 10.1016/j.dib.2024.111108.

22. Surface roughness prediction based on fusion of dynamic-static data / J. Wang, X. Wu, Q. Huang, Q. Mu, W. Yang, H. Yang, Z. Li // Measurement. – 2025. – Vol. 243. – P. 116351. – DOI: 10.1016/j.measurement.2024.116351.

23. Features of changes in the surface structure and phase composition of the of α + β titanium alloy after electromechanical and thermal treatment / V.P. Bagmutov, V.I. Vodopyanov, I.N. Zakharov, A.Y. Ivannikov, A.I. Bogdanov, M.D. Romanenko, V.V. Barinov // Metals. – 2022. – Vol. 12 (9). – P. 1535. – DOI: 10.3390/met12091535.

24. The improved fault location method based on natural frequency in MMC-HVDC grid by combining FFT and MUSIC algorithms / J. He, B. Li, Q. Sun, Y. Li, H. Lyu, W. Wang, Z. Xie // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2022. – Vol. 137. – P. 107816. – DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.107816.

25. Федоров В.Л. Критерий определения числа гармоник рядов Фурье, аппроксимирующих напряжения и токи трансформатора // Омский научный вестник. – 2018. – № 5 (161). – С. 82–89. – DOI: 10.25206/1813-8225-2018-161-82-89.

26. Конспект лекций по дисциплине «Основы восстановления деталей и ремонт автомобилей» / сост. Г.В. Мураткин. – Тольятти: ТГУ, 2008. – 120 с.

27. Малышко С.Б., Тарасов В.В. Влияние технологических параметров электромеханической обработки на шероховатость поверхности // Проблемы транспорта Дальнего Востока: доклады тринадцатой научно-практической конференции с международным участием. – Владивосток, 2019. – С. 63–65. – EDN TJDMDB.

28. Учкин П.Г. Применение вибронакатывания гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания с целью увеличения их ресурса // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2023. – № 2 (100). – С. 99–105. – DOI: 10.37670/2073-0853-2023-100-2-99-105.

29. Влияние импульсного электромеханического упрочнения на износостойкость подвижных сопряжений / С.Н. Паршев, И.М. Серов, А.В. Зубков, А.В. Коробов // Молодой ученый. – 2015. – № 23 (103), ч. 2. – С. 200–204.

30. Influence of technological modes of combined high-energy treatment on wear resistance of transition class titanium alloy / V.P. Bagmutov, I.N. Zakharov, M.D. Romanenko, V.V. Barinov, V.V. Tikhaeva // Russian Physics Journal. – 2024. – Vol. 67 (10). – P. 1647–1653. – DOI: 10.1007/s11182-024-03294-y.

31. Manus H. An ultra-precise fast Fourier transform // Science Talks. – 2022. – Vol. 4. – P. 100097. – DOI: 10.1016/j.sctalk.2022.100097.

32. Леонов О.А., Вергазова Ю.Г. Относительная опорная длина профиля поверхности и долговечность деталей // Инновационная наука. – 2016. – № 1-2 (13). – С. 81–83.

33. Алиев А.А., Булгаков В.П., Приходько Б.С. Качество поверхности и свойства деталей машин // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2004. – № 1 (20). – С. 8–12.