Obrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceObrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceОбработка металлов (технология • оборудование • инструменты)1994-63092541-819XНовосибирский государственный технический университет39225210.17212/1994-6309-2026-28.1-176-192EQUIPMENT. INSTRUMENTSОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫResearch ArticleInfluence of processing parameters on tool life in machining the heat-resistant molybdenum-based MoTiC AlloyВлияние технологических режимов обработки жаропрочного сплава MoTiC на основе молибдена на стойкость инструментаhttps://orcid.org/0000-0002-6454-8310C-2712-20189644-6582TitovYury V.ТитовЮрий Владимирович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

tyrin-88@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8485-1862571934009347238-5136KrivonosEvgeny V.КривоносЕвгений Викторович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

evgenii.krivonos@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-5427-73372714-3643AllagulovVadim R.АллагуловВадим Ришатович
Russian Federation
vadim_allagul@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-1539-053X6037-9513MinibaevErik R.МинибаевЭрик Ренатович
Russian Federation

Engineer

инженер

erikminibaev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9299-28226507699033Q-2015-20154396-9017BobrovskyNikolay M.БобровскийНиколай Михайлович
Russian Federation

D.Sc. (Engineering), Associate Professor

доктор технических наук, доцент

bobrnm@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9181-570457211275221В-4846-20188700-2134KamenovRenat U.КаменовРенат Уахитович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

renatkamenov@mail.ruOmsk State Technical UniversityОмский государственный технический университетNational Research University of Electronic Technology - MIETНациональный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» (МИЭТ)15032026281VOL 28, NO1 (2026)ТОМ 28, №1 (2026)17619207032026Copyright ©; 2026, Titov Y.V., Krivonos E.V., Allagulov V.R., Minibaev E.R., Bobrovsky N.M., Kamenov R.U.Copyright ©; 2026, Титов Ю.В., Кривонос Е.В., Аллагулов В.Р., Минибаев Э.Р., Бобровский Н.М., Каменов Р.У.2026Titov Y.V., Krivonos E.V., Allagulov V.R., Minibaev E.R., Bobrovsky N.M., Kamenov R.U.Титов Ю.В., Кривонос Е.В., Аллагулов В.Р., Минибаев Э.Р., Бобровский Н.М., Каменов Р.У.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/392252

Introduction. Modern mechanical engineering is characterized by the increasing application of heat-resistant alloys for critical components in aerospace and defense equipment. The machining of promising molybdenum alloys, such as Mo-30TiC, is particularly challenging due to their high heat resistance, abrasiveness, and the anomalous behavior of their mechanical properties at elevated temperatures. Existing technological solutions developed for nickel-based alloys often prove ineffective, highlighting the relevance of research in this area. Purpose of the work is to develop rational machining conditions and strategies for the milling of the heat-resistant Mo-30TiC alloy, aimed at increasing tool life and ensuring the required surface quality. Methodology. Experimental studies were conducted on an Okuma MB-46BE machining center using carbide end mills from various manufacturers. The influence of geometric tool parameters (rake angle, cutting edge radius, and presence of a negative land) and cutting conditions (cutting speed, feed rate, depth of cut) on flank wear and surface roughness was investigated. Process monitoring was performed using optical microscopy and surface profilometry. Results and discussion. Optimal geometric tool parameters were determined: a rake angle of 0°, a cutting edge radius of 0.5–1 mm, and a negative land width of 0.05 mm. Two distinct machining strategies were developed: a standard cutting strategy (Vc = 50–72 m/min, fz = 0.03–0.04 mm) for high-quality finishing, and a high-productivity power cutting strategy (Vc = 12–17 m/min, fz = 0.08–0.1 mm). The Karcan 99508003 and CNCINS MS15.Z5.08.19.63.38.R05 end mills demonstrated superior tool life. It was shown that the progression of tool wear leads to an exponential increase in the variance of surface roughness parameters Ra and Rz. Conclusions. The proposed set of technological solutions enables effective machining of the Mo-30TiC alloy, providing control over tool wear and achieving the specified surface quality. The results of this work are of practical importance for manufacturing enterprises specializing in the machining of difficult-to-cut materials.

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 (Vc = 50…72 м/мин, fz = 0,03…0,04 мм) для качественной обработки и силовое резание (Vc = 12…17 м/мин, fz = 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.

MachiningHeat-resistant alloysCarbide end millCutting operations, Tool lifeCutting conditionsSurface microgeometrySurface roughnessTechnological heredityWavelet analysisSurface plastic deformationОбработка резаниемЖаропрочные сплавыТвердосплавная фрезаЛезвийная обработкаСтойкость твердосплавного инструментаРежимы резанияМикрогеометрия поверхностиШероховатостьТехнологическая наследственностьВейвлет-анализПоверхностное пластическое деформированиеThe research was supported by a grant from the Russian Science Foundation, project No. 22-19-00298-П, https://rscf.ru/en/project/22-19-00298/Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00298-П, https://rscf.ru/project/22-19-00298/

Funding

The research was supported by a grant from the Russian Science Foundation, project No. 22-19-00298-П, https://rscf.ru/en/project/22-19-00298/

Финансирование

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00298-П, https://rscf.ru/project/22-19-00298/

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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.