ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Металл-композитная технология (МКТ) изготовления корпусов сборных сверл на основе аддитивно сформированной тонкостенной металлической оболочки с внутренними каналами подачи СОТС и последующего заполнения металлополимером позволяет повысить функциональность охлаждения, однако требует технико-экономического обоснования применимости в производстве. Цель работы: оценить окупаемость МКТ-корпусов сборных сверл на основе экспериментально подтвержденного повышения стойкости сменной твердосплавной режущей головки. Метод и методология. Сравнивались два маршрута изготовления корпуса: базовый субтрактивный и МКТ (SLM-оболочка + вибро-вакуумное заполнение + финишная мехобработка). Окупаемость оценивалась интегральной моделью, объединяющей себестоимость изготовления корпуса как сумму переменных затрат и разовых затрат на партию, а также эксплуатационную экономику через снижение потребности в сменных режущих головках при заданной программе сверления. Экспериментальные входные данные по стойкости получены при промышленных испытаниях сверления; критерий предельного состояния инструмента – износ по задней поверхности VB = 0,3 мм. Результаты и обсуждение. Показано, что топологическая оптимизация конструкции МКТ-корпуса снижает объем SLM-печати металлической части и соответствующие затраты на аддитивное формообразование. В промышленных испытаниях получен прирост стойкости режущей головки до 618 отверстий против 541 отверстия для базового исполнения, что соответствует увеличению стойкости на 14,2 %. На примере производственной программы 235 000 отверстий показано уменьшение потребности в режущих головках и положительный экономический эффект, формируемый преимущественно за счет эксплуатационной составляющей. Выводы. Предложенная методика позволяет определять границы экономически эффективного применения МКТ-корпусов в зависимости от серийности изготовления, объема сверления и стоимости сменной режущей головки.

1. Assessment of metal cutting tools using cost performance ratio and tool life analyses / D. Johansson, R. Lindvall, C. Windmark, R. M’Saoubi, A. Can, V. Bushlya, J.E. Ståhl // Procedia Manufacturing. – 2019. – Vol. 38. – P. 816–823. – DOI: 10.1016/j.promfg.2020.01.114.

2. 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 met-al-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.

3. Sultana N., Dhar N., Zaman B. A review on different cooling/lubrication techniques in metal cutting // American Journal of Mechanics and Applications. – 2019. – Vol. 7. – P. 71–87. – DOI: 10.11648/j.ajma.20190704.11.

4. Kelliger T., Meurer M., Bergs T. Potentials of additive manufacturing for cutting tools: A review of scientific and industrial applications // Metals. – 2024. – Vol. 14 (9). – P. 982. – DOI: 10.3390/met14090982.

5. CFD simulation to optimize the internal coolant channels of an additively manufactured milling tool / C. Zachert, H. Liu, T. Lakner, D. Schraknepper // Procedia CIRP. – 2021. – Vol. 102. – P. 234–239. – DOI: 10.1016/j.procir.2021.09.040.

6. Effects of internal cooling channel structures on cutting forces and tool life in side milling of H13 steel under cryogenic minimum quantity lubrication condition / C. Zhang, S. Zhang, X. Yan, Q. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 83. – P. 975–984. – DOI: 10.1007/s00170-015-7644-7.

7. 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. 20. – P. 1–12. – DOI: 10.1080/14484846.2022.2094533.

8. Кузнецова М.Н., Улитичев В.С. Экономическая оценка влияния инновационных технологий на развитие металлообрабатывающей отрасли // Инновационное развитие экономики. – 2025. – № 1 (83). – С. 66–72. – DOI: 10.51832/22237984_2025_1_66.

9. Оценка экономической эффективности аддитивного производства / М.Б. Ласкин, Л.А. Нефедова, И.В. Ильин, А.И. Левина // Глобальный научный потенциал. – 2025. – № 7 (172). – С. 421–426.

10. Кяримов Р.Р., Шапошников Н.Н., Митрянин А.В. Технико-экономическое обоснование применения аддитивной технологии селективного лазерного сплавления на примере элементов космической техники из титана // Космическая техника и технологии. – 2022. – № 4 (39). – С. 5–21.

11. 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.

12. Cost models of additive manufacturing: A literature review / G. Costabile, M. Fera, F. Fruggiero, A. Lambiase, D.T. Pham // International Journal of Industrial Engineering Computations. – 2017. – Vol. 8 (2). – P. 263–282. – DOI: 10.5267/j.ijiec.2016.9.001.

13. Rickenbacher L., Spierings A., Wegener K. An integrated cost-model for selective laser melting (SLM) // Rapid Prototyping Journal. – 2013. – Vol. 19 (3). – P. 208–214. – DOI: 10.1108/13552541311312201.

14. Thomas D.S., Gilbert S.G. Costs and cost effectiveness of additive manufacturing. – Gaithersburg: NIST Publisher, 2014. – 89 p. – DOI: 10.6028/NIST.SP.1176.

15. Cost sensitivity analysis for laser powder bed fusion / M. Mandolini, M. Sartini, C. Favi, M. Germani // Proceedings of the Design Society. – 2022. – Vol. 2. – P. 1411–1420. – DOI: 10.1017/pds.2022.143.

16. Karas B., Shokrani A. Activity-based costing of laser powder-bed additive manufacturing incorporating discrete event simulation // NPJ Advanced Manufacturing. – 2025. – Vol. 2. – P. 24. – DOI: 10.1038/s44334-025-00036-x.

17. Cost modelling for powder bed fusion and directed energy deposition additive manufacturing / N. Khanna, H. Salvi, B. Karas, I. Fairoz, A. Shokrani // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2024. – Vol. 8 (4). – P. 142. – DOI: 10.3390/jmmp8040142.

18. Kim J., Dornfeld D.A. Cost estimation of drilling operations by a drilling burr control chart and Bayesian statistics // Journal of Manufacturing Systems. – 2001. – Vol. 2. – P. 20. – DOI: 10.1016/S0278-6125(01)80032-7.

19. Experimental study of cutting-parameter and tool life reliability optimization in Inconel 625 machining based on wear map approach / E. Liu, W. An, Z. Xu, H. Zhang // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 53. – P. 34–42. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.02.006.

20. Topology optimization of a milling cutter head for additive manufacturing / I.B. Costa, B.R. Cunha, J. Marouvo, D. Figueiredo, B.M. Guimarães, M.F. Vieira, J.M. Costa // Metals. – 2025. – Vol. 15 (7). – P. 729. – DOI: 10.3390/met15070729.

21. Lakner T., Bergs T., Döbbeler B. Additively manufactured milling tool with focused cutting fluid supply // Procedia CIRP. – 2019. – Vol. 81. – P. 464–469. – DOI: 10.1016/j.procir.2019.03.118.

22. Biermann D., Oezkaya E. CFD simulation for internal coolant channel design of tapping tools to reduce tool wear // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 66. – P. 109–112. – DOI: 10.1016/j.cirp.2017.04.024.

23. Kelliger T., Meurer M., Bergs T. Life cycle assessment of additively manufactured indexable milling tools with adapted cutting fluid supply // Procedia CIRP. – 2024. – Vol. 122. – P. 671–676. – DOI: 10.1016/j.procir.2024.01.094.