ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Современное машиностроение характеризуется расширением применения жаропрочных сплавов для деталей аэрокосмической и оборонной техники. Особую сложность представляет обработка перспективных молибденовых сплавов, таких как Mo30TiC, из-за их высокой жаропрочности, абразивности и аномального поведения механических свойств при нагреве. Существующие технологические решения для никелевых сплавов оказываются малоэффективными, что обусловливает актуальность исследований в данной области. Цель работы. Разработка рациональных технологических режимов и стратегий лезвийной обработки жаропрочного сплава Mo30TiC, направленных на повышение стойкости режущего инструмента и обеспечение требуемого качества поверхности. Методы исследования. Проведены экспериментальные исследования на обрабатывающем центре Okuma MB-46BE с использованием твердосплавного инструмента от различных производителей. Изучалось влияние геометрических параметров инструмента (передний угол, скругление режущей кромки, наличие отрицательной фаски) и режимов резания (скорость, подача, глубина) на износ по задней поверхности и шероховатость. Контроль параметров осуществлялся с помощью оптической микроскопии и профилометрии. Результаты и обсуждение. Определены оптимальные геометрические параметры инструмента: передний угол 0°, скругление режущей кромки 0,5…1 мм, отрицательная фаска 0,05 мм. Разработаны две стратегии обработки: стандартное резание (V_c = 50…72 м/мин, f_z = 0,03…0,04 мм) для качественной обработки и силовое резание (V_c = 12…17 м/мин, f_z = 0,08…0,1 мм) для высокопроизводительной обработки. Установлено, что фрезы Karcan 99508003 и CNCINS MS15.Z5.08.19.63.38.R05 демонстрируют наилучшую стойкость. Показано, что нарастание износа инструмента приводит к экспоненциальному росту дисперсии параметров шероховатости Ra и Rz. Выводы. Комплекс предложенных технологических решений позволяет эффективно осуществлять обработку сплава Mo30TiC, контролируя износ инструмента и формируя заданное качество поверхности. Результаты работы имеют практическую значимость для машиностроительных предприятий, специализирующихся на обработке труднообрабатываемых материалов.

1. FE analysis on the association between tool edge radius and thermal-mechanical load in machining Inconel 718 / Y. Liu, A. Hrechuk, M. Agmell, A. Ahadi, J.E. Stahl, J. Zhou // Procedia CIRP. – 2021. – Vol. 102. – P. 91–96. – DOI: 10.1016/j.procir.2021.09.016.

2. Thellaputta G.R., Chandra P.S., Rao C.S.P. Machinability of nickel based superalloys: a review // Materials Today: Proceedings. – 2017. – Vol. 4 (2). – P. 3712–3721. – DOI: 10.1016/j.matpr.2017.02.266.

3. Richards N., Aspinwall D. Use of ceramic tools for machining nickel based alloys // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1989. – Vol. 29 (4). – P. 575–588. – DOI: 10.1016/0890-6955(89)90072-2.

4. Wilson A.S. Formation and effect of topologically close-packed phases in nickel-base superalloys // Materials Science and Technology. – 2017. – Vol. 33 (9). – P. 1108–1118. – DOI: 10.1080/02670836.2016.1187335.

5. Machinability of Inconel 718: a critical review on the impact of cutting temperatures / K. Mahesh, J.T. Philip, S.N. Joshi, B. Kuriachen // Materials and Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 36 (7). – P. 753. – DOI: 10.1080/10426914.2020.1843671.

6. Analytical thermal model of orthogonal cutting process for predicting the temperature of the cutting tool with temperature-dependent thermal conductivity / F. Veiga, M. Arizmendi, A. Jiménez, A.G.D. Val // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 204. – P. 106524. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106524.

7. Cutting forces and wear in dry machining of Inconel 718 with coated carbide tools / A. Devillez, F. Schneider, S. Dominiak, D. Dudzinski, D. Larrouquere // Wear. – 2007. – Vol. 262 (7–8). – P. 931–942. – DOI: 10.1016/j.wear.2006.10.009.

8. Zhu D., Zhang X., Ding H. Tool wear characteristics in machining of nickel-based superalloys // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2013. – Vol. 64. – P. 60–77. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.08.001.

9. Hayajneh M.T., Astakhov V.P., Osman M.O.M. An analytical evaluation of the cutting forces in orthogonal cutting using a dynamic model of the shear zone with parallel boundaries // Journal of Materials Processing Technology. – 1998. – Vol. 82 (1–3). – P. 61–77. – DOI: 10.1016/S0924-0136(98)00021-1.

10. Wear patterns and mechanisms of sialon ceramic end-milling tool during high speed machining of nickel-based superalloy / Y. Li, B. Zou, Z. Shi, C. Huang, L. Li, H. Liu, H. Zhu, P. Yao, J. Liu // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47 (4). – P. 5690–5698. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.10.155.

11. Experimental study and modeling of cutting force in high-speed milling of Ti-6Al-4V titanium alloy / M. Huahong, X. Wenchao, W. Lan, Z. Ziyuan, T. Zhibiao, L. Zhibiao // Journal of Mechanics. – 2025. – Vol. 41. – P. 55–63. – DOI: 10.1093/jom/ufaf006.

12. Digital twin-based dynamic prediction of thermomechanical coupling for skiving process / L. Zhang, J. Liu, X. Wu, C. Zhuang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 131 (11). – P. 5471–5488. – DOI: 10.1007/s00170-022-08908-8.

13. Radu P., Schnakovszky C. A review of proposed models for cutting force prediction in milling parts with low rigidity // Machines. – 2024. – Vol. 12 (2). – P. 140. – DOI: 10.3390/machines12020140.

14. El-Wardany T.I., Mohammed E., Elbestawi M.A. Cutting temperature of ceramic tools in high speed machining of difficult-to-cut materials // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1996. – Vol. 36 (5). – P. 611–634. – DOI: 10.1016/0890-6955(95)00043-7.

15. Grzesik W. Influence of tool wear on surface roughness in hard turning using differently shaped ceramic tools // Wear. – 2008. – Vol. 265. – P. 327. – DOI: 10.1016/j.wear.2007.11.001.

16. Effects of machining parameters on surface integrity when turning Inconel 718 / L. Tan, C. Yao, X. Li, Y. Fan, M. Cui // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2022. – Vol. 31. – P. 4176. – DOI: 10.1007/s11665-021-06523-4.

17. Tool wear in nickel-based superalloy machining: an overview / R. Wang, D. Yang, W. Wang, F. Wei, Y. Lu, Y. Li // Processes. – 2022. – Vol. 10. – P. 2380. – DOI: 10.3390/pr10112380.

18. Predicting wear mechanisms of ultra-hard tooling in machining Ti6Al4V by diffusion couples and simulation / R. Lindvall, A. Bjerke, A. Salmasi, F. Lenrick, R. M’Saoubi, J.-E. Ståhl, V. Bushlya // Journal of the European Ceramic Society. – 2023. – Vol. 43. – P. 291–303. – DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.10.005.

19. Zhu D., Zhang X., Ding H. Tool wear characteristics in machining of nickel-based superalloys // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2013. – Vol. 64. – P. 60–77. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.08.001.

20. High performance cutting of advanced aerospace alloys and composite materials / R. M’Saoubi, D. Axinte, S.L. Soo, C. Nobel, H. Attia, G. Kappmeyer, S. Engin, W.-M. Sim // CIRP Annals. – 2015. – Vol. 64. – P. 557–580. – DOI: 10.1016/j.cirp.2015.05.002.

21. Effects of cutting parameters on tool wear in milling inconel 625 superalloys with a SiAlON ceramic and the prediction of tool life / S. Güven, H. Gökkaya, G. Sur, A.R. Motorcu // Ceramics International. – 2025. – Vol. 51. – P. 5646–5658. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.12.012.

22. Analysis of cutting responses of sialon ceramic tools in high-speed milling of FGH96 superalloys / W. Ming, X. Huang, M. Ji, J. Xu, F. Zou, M. Chen // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47. – P. 149–156. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.08.118.

23. Online tool wear prediction based on cutting force coefficients identification using neural network / G. Wang, M. Wang, P. Gao, B. Yang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2025. – Vol. 136. – P. 5153–5173. – DOI: 10.1007/s00170-025-15044-6.

24. Kitagawa T., Kubo A., Maekawa K. Temperature and wear of cutting tools in high-speed machining of Inconel 718 and Ti–6Al–6V–2Sn // Wear. – 1997. – Vol. 202. – P. 142–148. – DOI: 10.1016/S0043-1648(96)07255-9.

25. High-speed machining of Inconel 718 with ceramic tools / N. Narutaki, Y. Yamane, K. Hayashi, T. Kitagawa, K. Uehara // CIRP Annals. – 1993. – Vol. 42. – P. 103–106. – DOI: 10.1016/S0007-8506(07)62402-0.

26. Seleznev A., Pinargote N.W.S., Smirnov A. Ceramic cutting materials and tools suitable for machining high-temperature nickel-based alloys: a review // Metals. – 2021. – Vol. 11. – P. 1385. – DOI: 10.3390/met11091385.

27. Wear behavior of SiAlON ceramic tool and its effects during high-speed cutting, ceramics international / W. Yu, W. Ming, Q. An, M. Chen // Ceramics International. – 2023. – Vol. 49. – P. 26694–26706. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.05.205.