ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Рассматривается задача выбора режимов финишного точения металл-композитной системы с тонкостенной металлической оболочкой толщиной 2 мм, полученной методом селективного лазерного сплавления, и внутренним металлополимерным заполнителем. Актуальность работы связана с необходимостью обеспечения качества обработки внешней поверхности при жестком ограничении температуры на межфазной границе «металл – металлополимер» из-за низкой термостойкости заполнителя. Цель работы: на основе ранее разработанных регрессионных моделей температуры на межфазной границе и износа режущего инструмента сформировать и реализовать подход к многокритериальной оптимизации режимов финишного точения металл-композитной системы, обеспечивающий минимизацию износа инструмента при соблюдении температурных ограничений и требований к качеству поверхности. Методы и методология. В качестве методов и методологии исследования использованы ранее разработанные регрессионная модель температуры на межфазной границе типа 2Т3 и модель износа режущего инструмента по типу обобщенного уравнения Фика – Тейлора для твердосплавной пластины AH6225. На их основе сформулирована задача математического программирования с нелинейным температурным ограничением, решаемая методом последовательного квадратичного программирования в заданных диапазонах скорости резания, подачи и глубины резания. Результаты и обсуждение. В результате численной реализации предложенного подхода получены области допустимых и рациональных режимов финишного точения металл-композитной системы по критериям термонагруженности и износа инструмента. Показано доминирующее влияние глубины резания на температуру на межфазной границе «металл – металлополимер»; выявлено, что температурное ограничение формирует границы допустимой области режимов; определены сочетания скорости резания, подачи и глубины, обеспечивающие одновременное соблюдение температурного порога металлополимера и приемлемый уровень износа твердосплавной пластины AH6225.

1. Huber F., Rasch M., Schmidt M. Laser powder bed fusion (PBF-LB/M) process strategies for in-situ alloy formation with high-melting elements // Metals. – 2021. – Vol. 11 (2) – P. 336. – DOI: 10.3390/met11020336.

2. Fan F., Jalui S., Manogharan G. Mass finishing of additively manufactured Ti6Al4V parts: An investigation of surface finish dependency on build orientation and processing conditions // Manufacturing Letters. – 2023. – Vol. 35. – P. 439–449. – DOI: 10.1016/j.mfglet.2023.08.095.

3. Machining of thin-walled parts produced by additive manufacturing technologies / A. Isaev, V. Grechishnikov, P. Pivkin, M. Kozochkin, Y. Ilyuhin, A. Vorotnikov // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 41. – P. 1023–1026. – DOI: 10.1016/j.procir.2015.08.088.

4. Structure and machinability of thin-walled parts made of titanium alloy powder using electron beam melting technology / A. Isaev, V. Grechishnikov, P. Pivkin, Y. Ilyukhin, M. Kozochkin, P. Peretyagin // Epitoanyag – Journal of Silicate Based and Composite Materials. – 2016. – Vol. 68. – P. 46–50. – DOI: 10.14382/epitoanyag-jsbcm.2016.8.

5. Finish machining of Ti6Al4V SLM components under consideration of thin walls and support structure removal / W. Hintze, R. Wenserski, R. Junghans, S. Carsten // Procedia Manufacturing. – 2020. – Vol. 48. – P. 485–491. – DOI: 10.1016/j.promfg.2020.05.072.

6. Micro cutting of Ti-6Al-4V parts produced by SLM process / G. Le Coz, M. Fischer, R. Piquard, A. D’Acunto, P. Laheurte, D. Dudzinski // Procedia CIRP. – 2017. – Vol. 58. – P. 228–232. – DOI: 10.1016/j.procir.2017.03.326.

7. Kitay O., Kaynak Y. Machining and deformation response of wrought and additively manufactured 316L stainless steel under cryogenic cooling and dry condition // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2025. – Vol. 137. – P. 1791–1809. – DOI: 10.1007/s00170-025-15152-3.

8. Polishetty A., Nomani J., Littlefair G. Evaluating and comparing secondary machining characteristics of wrought and additive manufactured 316L stainless steel // Materials Today: Proceedings. – 2023. – DOI: 10.1016/j.matpr.2023.05.404.

9. Machinability study of polymeric parts fabricated by additive manufacturing under a dry milling process / P. Arnés-Urgellés, J. Bayas, E.R. Salazar, F. Maldonado, C. Helguero, J. Amaya // Advanced Structured Materials. – 2021. – Vol. 149. – P. 139–148. – DOI: 10.1007/978-3-030-68277-4_10.

10. Justification of the use of composite metal-metal-polymer parts for functional structures / N.S. Lubimyi, A.A. Polshin, M.D. Gerasimov, A.A. Tikhonov, S.I. Antsiferov, B.S. Chetverikov, V.G. Ryazantsev, J. Brazhnik, I. Ridvanov // Polymers. – 2022. – Vol. 14 (2). – P. 352. – DOI: 10.3390/polym14020352.

11. Reducing the cost of 3D metal printing using selective laser melting (SLM) technology in the manufacture of a drill body by reinforcing thin-walled shell forms with metal-polymers / N.S. Lubimyi, M. Chepchurov, A.A. Polshin, M.D. Gerasimov, B.S. Chetverikov, A. Chetverikova, A.A. Tikhonov, A. Maltsev // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2024. – Vol. 8 (2). – P. 44. – DOI: 10.3390/jmmp8020044.

12. What is the economic feasibility of manufacturing a metal-metal- polymer composite part compared to other technologies? / N. Lubimyi, V. Voronenko, A. Polshin, M. Gerasimov, S. Antsiferov, O.K. Öztürk, B. Chetverikov, A. Tikhonov, V. Ryazantsev, V. Shumyacher, N. Melentiev // Australian Journal of Mechanical Engineering. – 2022. – Vol. 22 (2). – P. 314–325. – DOI: 10.1080/14484846.2022.2094533.

13. Modeling of cutting temperature in the biomedical stainless steel turning process / D. Petkovic, M. Madic, M. Radovanovic, P. Jankovic, G. Radenkovic // Thermal Science. – 2016. – Vol. 20. – P. 1345–1354. – DOI: 10.2298/TSCI16S5345P.

14. Modelling and prediction of cutting temperature in the machining of H13 hard steel of multi-layer coated cutting tools / J. Zhang, L. Zhanqiang, C. Xu, D. Jin, S. Guosheng, P. Zhang, X. Meng // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 115 (11–12). – P. 3731–3739. – DOI: 10.1007/s00170-021-07417-4.

15. Exploring post-machining alternatives under dry conditions for thin-walled additive manufacturing components aided by infrared thermography / E. Garcia-Llamas, G. Sandoval, M. Fuentes, E. Vidales, J. Pujante // Processes. – 2025. – Vol. 13. – P. 717. – DOI: 10.3390/pr13030717.

16. Rao C.J., Sreeamulu D., Mathew A. Analysis of tool life during turning operation by determining optimal process parameters // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 97. – P. 241–250. – DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.247.

17. Taylor’s model based analysis of turning inserts tool-life in the dry turning of UNS R56400 alloy / M. Batista, P. Davim, J. Salguero, A. Gomez-Parra, M. Marcos // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition: Proceedings (IMECE). Vol. 1. – Montreal, Quebec, Canada, 2014. – DOI: 10.1115/IMECE2014-38710.

18. Salvatore F., Sofiane S., Hamdi H. Modeling and simulation of tool wear during the cutting process // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 8. – P. 305–310. – DOI: 10.1016/j.procir.2013.06.107.

19. Lee Y.J., Yoon H.-S. Modeling of cutting tool life with power consumption using Taylor’s equation // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2023. – Vol. 37 (6). – P. 3077–3085. – DOI: 10.1007/s12206-023-0531-5.

20. A tool life prediction model based on Taylor’s equation for high-speed ultrasonic vibration cutting Ti and Ni alloys / X. Zhang, Z. Peng, L. Liu, X. Zhang // Coatings. – 2022. – Vol. 12. – P. 1553. – DOI: 10.3390/coatings12101553.

21. Польшин А.А. Разработка технологии изготовления металл-композитных корпусов сборных свёрл в условиях импортозамещения // Транспортное машиностроение. – 2025. – № 10 (46). – С. 27–35. – DOI: 10.30987/2782-5957-2025-10-27-35.

22. Oxley P.L. The mechanics of machining: An analytical approach to assessing machinability. – Sydney: Halsted Press Publisher, 1989. – 242 p.

23. Komanduri R., Hou Z.B. Thermal modeling of the metal cutting process: Part I – Temperature rise distribution due to shear plane heat source // International Journal of Mechanical Sciences. – 2000. – Vol. 42 (9). – P. 1715–1752. – DOI: 10.1016/S0020-7403(99)00070-3.

24. Калпакджян С., Шмид С. Производственная инженерия и технологии (SI-единицы): пер. с англ. – М.: Логос, 2022. – 1360 с.

25. Tungaloy Corporation. A new generation of PVD grade for stainless steel turning: AH6225. – URL: https://tungaloy.com/wpdata/wp-content/uploads/540-u_AH6225.pdf (accessed: 14.01.2026).

26. Tungaloy Corporation. Latest grade series for stainless steel turning with AH6200. – URL: https://tungaloy-rus.ru/upload/iblock/ae2/ae25807696423260679c5e78743e3f79.pdf (accessed: 14.01.2026).

27. Разработка методики диагностирования состояния режущего инструмента в режиме реального времени при сверлении отверстий в хрупких материалах / В.А. Гречишников, А.В. Тарасов, В.К. Ганьшин, О.Г. Живодров // Современные материалы, техника и технологии. – 2016. – № 4 (7). – С. 45–51.

28. Synergistic integration of digital twins and neural networks for advancing optimization in the construction industry: A comprehensive review / A.I. Borovkov, K.M. Vafaeva, N.I. Vatin, I. Ponyaeva // Construction Materials and Products. – 2024. – Vol. 7 (4). – DOI: 10.58224/2618-7183-2024-7-4-7.

29. Virtanen P., Gommers R., Oliphant T.E. SciPy 1.0: Fundamental algorithms for scientific computing in Python // Nature Methods. – 2020. – Vol. 17. – P. 1–12. – DOI: 10.1038/s41592-019-0686-2.