ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Экологически устойчивая механическая обработка крайне важна для повышения экономической эффективности и ресурсоэффективности производственного сектора при одновременном снижении его негативного воздействия на окружающую среду. «Экоиндекс» – это многокритериальный показатель, оценивающий устойчивость процесса электроэрозионной обработки (ЭЭО) сплава Inconel 718 путем количественного определения его общего экологического и экономического воздействия с использованием нормализованного и взвешенного подхода. Целью данной работы является описание экоиндекса для ЭЭО сплава Inconel 718. Экоиндекс оценивает устойчивость через такие экологические показатели, как потребление энергии и материалов, образование отходов, выбросы и токсичность, а также экономические показатели, включая эксплуатационные и утилизационные затраты наряду с показателями производительности. Однако существует ограниченное количество исследований по оценке устойчивости с использованием экоиндекса для ЭЭО сплава Inconel 718, обработанного с применением гибридной нанодиэлектрической жидкости. Методика исследования. В данном исследовании изучаются эксплуатационные характеристики обработки и экологическая устойчивость процесса ЭЭО сплава Inconel 718 при использовании гибридной диэлектрической жидкости с добавлением наночастиц. Гибридная нанодиэлектрическая жидкость была приготовлена методом диспергирования наночастиц Al?O? и графена в равной пропорции (общая концентрация 0,1 %) в масле для ЭЭО согласно двухстадийному методу, включающему применение ПАВ (додецилсульфата натрия), магнитное перемешивание и ультразвуковую обработку для обеспечения стабильности суспензии. Эксперименты проводились на станке для ЭЭО с медным электродом при варьировании длительности импульса (50…150 мкс), пикового тока (3…10 А) и напряжения разряда (40…50 В). Ключевые выходные характеристики, включая скорость съема материала (MMR), шероховатость поверхности (Ra), интенсивность износа инструмента (TW), цилиндричность отверстия (ρ), потребление энергии (E) и взвешенный экоиндекс (EI), были оценены для количественного определения совокупной производительности, качества и показателей устойчивости. Результаты и обсуждение. Результаты демонстрируют, что гибридная нанодиэлектрическая жидкость повышает общую эффективность ЭЭО по сравнению со стандартным маслом для ЭЭО за счет обеспечения более стабильного разряда, улучшенного теплоотвода и эффективного удаления продуктов эрозии. Это приводит к увеличению MRR, улучшению чистоты поверхности, снижению износа инструмента, уменьшению отклонения от цилиндричности обработанного отверстия и сокращению энергопотребления, что для большинства режимов обработки ведет к более высокому значению экоиндекса. Анализ целостности поверхности с помощью СЭМ выявил существенное уменьшение толщины повторно затвердевшего слоя, которая сократилась с 17,05 мкм (стандартное масло) до 3,91 мкм (гибридная нанодиэлектрическая жидкость), что свидетельствует о снижении термического повреждения и вторичного оплавления. EDX-анализ дополнительно подтвердил наличие наночастиц по обогащенному углеродному сигналу (осаждение графена) и наличию пиков Al-O (вклад оксида алюминия), что подтверждает предложенные механизмы улучшения стабильности плазмы и снижения металлического переосаждения. В целом гибридная диэлектрическая жидкость на основе наночастиц Al?O? и графена обеспечивает эффективный и экологически устойчивый метод электроэрозионной обработки сплава Inconel 718, при этом достигается оптимальный баланс между точностью обработки, производительностью и экологической эффективностью процесса.

1. Multiscale characterization of surface integrity of machined Inconel 718 / O. Schenk, M.V. Doost, P.B. genannt Wäcken, M. Meurer, T. Bergs, C. Broeckmann // Materials Letters. – 2026. – Vol. 403. – P. 139507. – DOI: 10.1016/j.matlet.2025.139507.

2. Erosion characteristics of electrical discharge machining using graphene powder in deionized water as dielectric / X. Wang, S. Yi, H. Guo, C. Li, S. Ding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 108 (1). – P. 357–368. – DOI: 10.1007/s00170-020-05405-8.

3. Sharma P., Singh V., Sinha M.K. An in-depth analysis of MWCNTs and graphene nanofluids-based EDM: Investigating surface integrity in Inconel 825 superalloy // Precision Engineering. – 2024. – Vol. 91. – P. 546–558. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2024.10.018.

4. Behera A., Saho A.K., Mahapatra S.S. Experimental investigation of plain and nano-graphene oxide mixed dielectric for sustainable EDM of Nimonic alloy using Cu and Brass electrode: A comparative study // Measurement. – 2025. – Vol. 241. – P. 115659. – DOI: 10.1016/j.measurement.2024.115659.

5. Paswan K., Pramanik A., Chattopadhyaya S. Machining performance of Inconel 718 using graphene nanofluid in EDM // Materials and Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 35 (1). – P. 33–42. – DOI: 10.1080/10426914.2020.1711924.

6. Dutta S., Sarma D.K., Dutta H. Investigation of performance characteristics amid nano powder mixed electrical discharge micro-milling on Hastelloy C 276 // Machining Science and Technology. – 2023. – Vol. 27 (6). – P. 610–652. – DOI: 10.1080/10910344.2023.2263776.

7. NDEDM of Hastelloy using CNT-incorporated dielectric medium utilizing composite electrodes / R. Sambasivam, R. Ranjith, S. Verma, V.K. Verma // Materials and Manufacturing Processes. – 2025. – Vol. 40 (14). – P. 1839–1854. – DOI: 10.1080/10426914.2025.2549762.

8. Pillai K.A., Hariharan P. Experimental investigation on surface and machining characteristics of micro ED milling of Ti-6Al-4 V with different nano powder mixed dielectrics // Silicon. – 2022. – Vol. 14 (6). – P. 2871–2894. – DOI: 10.1007/s12633-021-01041-3.

9. Oskueyan S., Abedini V., Hajialimohammadi A. Effects of hybrid Al₂O₃-SiO₂ nanoparticles in deionized water on the removal rate and surface roughness during electrical discharge machining of Ti-6Al-4V // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. – 2022. – Vol. 236 (3). – P. 1122–1133. – DOI: 10.1177/09544089211059311.

10. Application of powder suspended in dielectric fluid for fine finish micro-EDM of Inconel 718 / G.S. Prihandana, T. Sriani, M. Mahardika, M. Hamdi, N. Miki, Y.S. Wong, K. Mitsui // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 75 (10). – P. 599–613. – DOI: 10.1007/s00170-014-6145-4.

11. Powder mixed dielectric in electrical discharge machining of Inconel 718 / S. Ahmad, E. Abd Rahim, M.A. Lajis, M.R. Ibrahim // Journal of Mechanical Engineering (JMechE). – 2017. – Vol. 4 (3). – P. 110–127.

12. Majumdar S., Bhoi N.K., Singh H. Graphene nano-powder mixed electric discharge machining of Inconel 625 alloy: optimization of process parameters for material removal rate // International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). – 2023. – Vol. 17 (5). – P. 2341–2347. – DOI: 10.1007/s12008-022-00996-w.

13. Electro-discharge machining of Inconel 825 super alloy: effects of tool material and dielectric flushing / S. Kumari, S. Datta, M. Masanta, G. Nandi, P.K. Pal // Silicon. – 2018. – Vol. 10 (5). – P. 2079–2099. – DOI: 10.1007/s12633-017-9728-5.

14. Kulkarni P., Chinchanikar S. Machinability of Inconel 718 using unitary and hybrid nanofluids under minimum quantity lubrication // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2024. – Vol. 11 (1). – P. 421–449. – DOI: 10.1080/2374068X.2024.2307103.

15. Mandal P., Mondal S.C. Surface characteristics of mild steel using EDM with Cu-MWCNT composite electrode // Materials and Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 34 (12). – P. 1326–1332. – DOI: 10.1080/10426914.2019.1605179.

16. Joshi A.Y., Joshi An.Y. A systematic review on powder mixed electrical discharge machining // Heliyon. – 2019. – Vol. 5 (12). – DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e02963.

17. Parametric optimization and prediction of MRR and surface roughness of titanium mixed EDM for Inconel 718 using RSM and fuzzy logic / S. Bhowmick, R. Mondal, S. Sarkar, N. Biswas, J. De, G. Majumdar // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2023. – Vol. 40. – P. 10–28. – DOI: 10.1016/j.cirpj.2022.11.002.

18. Kumar S., Dhingra A.K., Kumar S. Parametric optimization of powder mixed electrical discharge machining for nickel-based superalloy inconel-800 using response surface methodology // Mechanics of Advanced Materials and Modern Processes. – 2017. – Vol. 3 (1). – P. 7. – DOI: 10.1186/s40759-017-0022-4.

19. Pellegrini G., Ravasio C. A sustainability index for the micro-EDM drilling process // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 247. – P. 119136. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.119136.

20. Tiwari T., Singh A.K., Rakurty C.S. Assessing process and environmental performance of SiC-PEG dielectric EDM: A comparative study // Manufacturing Letters. – 2025. – Vol. 44. – P. 1772–1778. – DOI: 10.1016/j.mfglet.2025.06.197.

21. Viswanth V.S., Ramanujam R., Rajyalakshmi G. A review of research scope on sustainable and eco-friendly electrical discharge machining (E-EDM) // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (5). – P. 12525–12533. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.02.234.

22. Sustainability of vegetable oil based bio-diesel as dielectric fluid during EDM process – A review / A. Yadav, Y. Singh, S. Singh, P. Negi // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 46. – P. 11155–11158. – DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.967.

23. State of the art in powder mixed dielectric for EDM applications / H. Marashi, D.M. Jafarlou, A.A.D. Sarhan, M. Hamdi // Precision Engineering. – 2016. – Vol. 46. – P. 11–33. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2016.05.010.

24. Philip J.T., Mathew J., Kuriachen B. Transition from EDM to PMEDM–impact of suspended particulates in the dielectric on Ti6Al4V and other distinct material surfaces: A review // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 64. – P. 1105–1142. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.01.056.

25. Pellegrini G., Ravasio C. Evaluation of the sustainability of the micro-electrical discharge milling process // Advances in Production Engineering & Management. – 2019. – Vol. 14 (3). – P. 343–354. – DOI: 10.14743/apem2019.3.332.

26. Pollesch N.L., Dale V.H. Normalization in sustainability assessment: Methods and implications // Ecological Economics. – 2016. – Vol. 130. – P. 195–208. – DOI: 10.1016/j.ecolecon.2016.06.018.

27. A remote-sensing ecological index approach for restoration assessment of rare-earth elements mining / H. Hao, Z. Lian, J. Zhao, H. Wang, Z. He// Computational Intelligence and Neuroscience. – 2022. – P. 5335419. – DOI: 10.1155/2022/5335419.

28. Development of composite sustainability performance index for steel industry / R.K. Singh, H.R. Murty, S.K. Gupta, A.K. Dikshit // Ecological Indicators. – 2007. – Vol. 7 (3). – P. 565–588. – DOI: 10.1016/j.ecolind.2006.06.004.

29. Hosni N.A.J., Lajis M.A. Experimental investigation and economic analysis of surfactant (Span-20) in powder mixed electrical discharge machining (PMEDM) of AISI D2 hardened steel // Machining Science and Technology. – 2020. – Vol. 24 (3). – P. 398–424. – DOI: 10.1080/10910344.2019.1698609.

30. Alrubaye I.D.K., Fantoni G. Toward green electrical discharge machining (EDM): state of art and outlook // Machining Science and Technology. – 2023. – Vol. 27 (1). – P. 63–105. – DOI: 10.1080/10910344.2023.2194961.

31. Kulkarni P., Chinchanikar S. Cutting force modeling during turning Inconel 718 using unitary Al₂O₃ and hybrid MWCNT + Al₂O₃ nanofluids under minimum quantity lubrication // International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). – 2025. – Vol. 19 (7). – P. 5185–5202. – DOI: 10.1007/s12008-024-02120-6.

32. Philip J.T., Kuriachen B. Powder mixed electrical discharge machining (PMEDM) // Electric Discharge Hybrid-Machining Processes. CRC Press, 2022. – P. 239–282. – DOI: 10.1201/9781003202301.

33. Sahu R.K., Hiremath S.S. Electrical discharge machining (EDM): Nanoparticle generation // Encyclopedia of Plasma Technology. Vol. 1. – CRC Press, 2016. – P. 432–442.

34. Developments in powder mixed EDM and its perspective application for targeted surface modification / A. Schubert, V.D. Bui, I. Schaarschmidt, T. Berger, A. Martin // Procedia CIRP. – 2022. – Vol. 113. – P. 100–119. – DOI: 10.1016/j.procir.2022.09.134.

35. Optimization of process parameters for better surface morphology of electrical discharge machining-processed Inconel 825 using hybrid response surface methodology-desirability function and multi-objective genetic algorithm approaches / P. Sharma, K. Kishore, V. Singh, M.K. Sinha // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2024. – Vol. 33 (20). – P. 11321–11337. – DOI: 10.1007/s11665-023-08751-2.

36. Experimental investigations of using aluminum oxide (Al₂O₃) and nano-graphene powder in the electrical discharge machining of titanium alloy / R. Chaudhari, S. Khanna, V.K. Patel, J. Vora, S. Plaza, L.N.L. de Lacalle // Micromachines. – 2023. – Vol. 14 (12). – P. 2247. – DOI: 10.3390/mi14122247.

37. A review on nanofluid stability: preparation and application / J. Wang, X. Yang, J.J. Klemeš, K. Tian, T. Ma, B. Sunden // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2023. – Vol. 188. – P. 113854. – DOI: 10.1016/j.rser.2023.113854.

38. Behera A., Sahoo A.K., Mahapatra S.S. Experimental investigation of plain and nano-graphene oxide mixed dielectric for sustainable EDM of Nimonic alloy using Cu and Brass electrode: A comparative study // Measurement. – 2025. – Vol. 241. – P. 115659. – DOI: 10.1016/j.measurement.2024.115659.

39. Dutta S., Sarma D.K. Application of graphene nano powder in the dielectric oil to optimize the machining variables during µ-EDM of Hastelloy C 276 // Materials Today: Proceedings. – 2023. – DOI: 10.1016/j.matpr.2023.04.521.

40. Multi-objective optimization and characterization of cylindricity and material removal rate in nanographene mixed dielectric EDM using ANFIS and MOSOA / A. Goyal, D. Sharma, A. Bhowmick, V.K. Pathak // Sadhana. – 2022. – Vol. 47 (3). – P. 139. – DOI: 10.1007/s12046-022-01914-2.

41. Performance measurement and analysis of coffee supply chain with SCOR method (case study of north Sumatera coffee) / W. Prasetya, C. Natalia, S. Dias, B. Elnath, A. Silalahi, K. Monique // IJRDO Journal of Business Management. – 2017. – Vol. 3 (11). – P. 1–17.

42. Machining parameter optimization and experimental investigations of nano-graphene mixed electrical discharge machining of nitinol shape memory alloy / J. Vora, S. Khanna, R. Chaudhari, V.K. Patel, S. Paneliya, D.Y. Pimenov, K. Giasin, C. Prakash // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 653–668. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.076.

43. Singh K., Agarwal A.K., Yadav R. Effect of dielectric fluids used on EDM performance: A review // International Journal of Emerging Technologies in Engineering Research. – 2017. – Vol. 5 (10). – P. 10–16.