Том 25 № 1 2023 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативно-библиографических и наукометрических базах данных Web of Science и Scopus. WEB OF SCIENCE
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Рябошук С.В., Ковалев П.В. Анализ причин образования дефектов заготовок из стали 12X18H10T и разработка рекомендаций по их устранению............................................................................................... 6 Лапшин В.П., Моисеев Д.В. Определение оптимального режима обработки металлов при анализе динамики систем управления резанием........................................................................................................ 16 Гимадеев М.Р., Ли А.А., Беркун В.О., Стельмаков В.А. Экспериментальное исследование динамики процесса механообработки концевыми сфероцилиндрическими фрезами.................................................. 44 Братан С.М., Часовитина А.С. Моделирование взаимосвязей между входными факторами и выходными показателями процесса внутреннего шлифования с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки.......................................................................................................................................................... 57 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Подгорный Ю.И., Кириллов А.В., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Лобанов Д.В., Мартюшев Н.В. Синтез механизма привода технологической машины непрерывного действия......................................... 71 Лобанов Д.В., Рафанова О.С. Методика критериального анализа мультивариантных систем............... 85 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э., Попов Р.А. Особенности формирования диффузионных покрытий, полученных комплексной химико-термической обработкой конструкционных сталей......................... 98 Филиппов А.В., Хорошко Е.С., Шамарин Н.Н., Колубаев Е.А., Тарасов С.Ю. Исследование свойств сплавов на основе кремниевой бронзы, напечатанных с применением технологии электронно-лучевого аддитивного производства................................................................................................................................ 110 Лысых С.А., Корнопольцев В.Н., Мишигдоржийн У.Л., Хараев Ю.П., Тихонов А.Г., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Влияние продолжительности боромеднения на толщину диффузионного слоя и микротвердость углеродистых и легированных сталей..................................................................... 131 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 149 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 159 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 10.03.2023. Выход в свет 15.03.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 20,0. Уч.-изд. л. 37,2. Изд. № 46. Заказ 91. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 1 2023 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. WEB OF SCIENCE
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 25 No. 1 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Ryaboshuk S.V., Kovalev P.V. Analysis of the reasons for the formation of defects in the 12-Cr18-Ni10-Ti steel billets and development of recommendations for its elimination............................................................... 6 Lapshin V.P., Moiseev D.V. Determination of the optimal metal processing mode when analyzing the dynamics of cutting control systems................................................................................................................... 16 Gimadeev M.R., Li A.A., Berkun V.O., Stelmakov V.A. Experimental study of the dynamics of the machining process by ball-end mills.................................................................................................................. 44 Bratan S.M., Chasovitina A.S. Simulation of the relationship between input factors and output indicators of the internal grinding process, considering the mutual vibrations of the tool and the workpiece................... 57 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Podgornyj Yu.I., KirillovA.V., Skeeba V.Yu., Martynova T.G., Lobanov D.V., Martyushev N.V. Synthesis of the drive mechanism of the continuous production machine......................................................................... 71 Lobanov D.V., Rafanova O.S. Methodology for criteria analysis of multivariant system................................ 85 MATERIAL SCIENCE Sokolov A.G., Bobylyov E.E., Popov R.A. Diffusion coatings formation features, obtained by complex chemical-thermal treatment on the structural steels............................................................................................ 98 Filippov A.V., Khoroshko E.S., Shamarin N.N., Kolubaev E.A., Tarasov S.Yu. Study of the properties of silicon bronze-based alloys printed using electron beam additive manufacturing technology................... 110 Lysykh S.A., Kornopoltsev V.N., Mishigdorzhiyn U.L., Kharaev Yu.P., Tikhonov A.G., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The effect of borocoppering duration on the composition, microstructure and microhardness of the surface of carbon and alloy steels............................................................................................................. 131 EDITORIALMATERIALS 149 FOUNDERS MATERIALS 159 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 57 ТЕХНОЛОГИЯ Моделирование взаимосвязей между входными факторами и выходными показателями процесса внутреннего шлифования с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки Сергей Братан a, *, Анастасия Часовитина b Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, г. Севастополь, 299053, Россия a https://orcid.org/0000-0002-9033-1174, serg.bratan@gmail.com, b https://orcid.org/0000-0001-6800-9392, nastya.chasovitina@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 1 с. 57–70 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.1-57-70 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение На сегодняшний день в машиностроительной индустрии реализуется множество способов обработки материалов с высокой точностью. К ним относят: ультразвуковую, лазерную обработку, ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.923.4 История статьи: Поступила: 23 декабря 2022 Рецензирование: 12 января 2023 Принята к печати: 25 января 2023 Доступно онлайн: 15 марта 2023 Ключевые слова: Шлифование титана Вибрации Взаимные колебания Точные отверстия Режимы обработки Баланс перемещений в технологической системе Благодарности: Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. В реальных производственных условиях технологические режимы, рекомендованные в научной литературе, не отражают заявленных качеств, вследствие того что не учитывают множество факторов, присущих процессу чистового шлифования, например, его стохастическую природу, изменение его динамических свойств, увеличение взаимных колебаний инструмента и заготовки, появляющихся из-за изменений состояния технологической системы, например увеличение вибраций станка вследствие неравномерного износа инструмента и др. Все разработанные ранее модели имеют ограниченную область применения, они не учитывают того, что появление колебаний приводит к колебанию глубины шлифования при случайном контактировании зерен с обрабатываемым материалом, где одна группа зерен срезает материал, другая попадают в след царапин, оставленных предшествующими зернами, и т.д. Это приводит к изменениям величин съема материала, шероховатости поверхности и других параметров технологической системы, что непосредственно сказывается на показателях точности обработки и качестве обработанных поверхностей. Цель работы: разработка математических моделей, устанавливающих взаимосвязи между режимами обработки и текущими параметрами зоны контакта при чистовом шлифовании точных отверстий с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки. Методами исследования являются математическое моделирование с использованием основных положений теории абразивно-алмазной обработки. Результаты и обсуждение. Установлены взаимосвязи между режимами резания с текущими входными параметрами зоны контакта при шлифовании точных отверстий с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки, которые позволяют определить параметры системы на выходе для избегания стоимостных потерь, в том числе снижения числа бракованных изделий и временных издержек. Построены нестационарные математические зависимости, позволяющие определять режимы резания в процессе реализации цикла шлифования с учетом величины относительных вибраций и начальной фазы. Установлено, что вместо установившегося процесса наблюдаются гармонические колебания, вызванные отклонениями формы круга, интенсивностью износа инструмента и другими факторами. Все вышеперечисленное оказывает существенное влияние на качество обработанной поверхности. Полученные модели являются универсальными для различных характеристик инструмента, однако для более адекватного описания процесса необходимы математические зависимости, учитывающие износ инструмента на различных связках, что является задачей дальнейших исследований. Для цитирования: Братан С.М., Часовитина А.С. Моделирование взаимосвязей между входными факторами и выходными показателями процесса внутреннего шлифования с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 1. – С. 57–70. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.1-57-70. ______ *Адрес для переписки Братан Сергей Михайлович, д.т.н., профессор Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, 299053, г. Севастополь, Россия Тел.: +79787155019, e-mail: serg.bratan@gmail.com процессы высокоскоростного фрезерования, а также операции абразивно-алмазной обработки, среди которых можно выделить процесс внутреннего шлифования. Процесс шлифования получил широкое распространение благодаря высокой производительности, низкой себестоимости и процессу обработки наряду с его точностью и качеством обработанного поверхностного слоя [1–7]. Несмотря на широкое многообразие моделей, описывающих процессы абразивно-алмазной
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 58 ТЕХНОЛОГИЯ обработки, в современной литературе практически отсутствуют научно обоснованные рекомендации, позволяющие гарантированно обеспечивать получение заданных параметров качества изделий в нестационарных условиях протекания технологического процесса [8–12]. Поэтому всестороннее изучение закономерностей процессов формообразования поверхностей, разработка математических моделей послужит созданию на этой основе высокоэффективных технологических процессов и оптимальных конструкций абразивного инструмента. Анализ работ в области теории шлифования позволяет сделать заключение, что все существующие модели процессов абразивно-алмазной обработки можно разделить на два класса. К первому классу (импульсные модели) относятся математические зависимости, моделирующие воздействие на заготовку единичных абразивных зерен. Обрабатываемая поверхность формируется как совокупность следов зерен, которые в сечении, перпендикулярном направлению скорости резания, идентичны профилю радиуса вершины абразивного зерна, например, математические модели, разработанные И.М. Брозголем, Д.В. Королевым, Е.Н. Масловым, Ю.К Новоселовым, В.А. Носенко и др. [13–17]. Ко второму классу (геометрические модели) относятся математические зависимости, моделирующие воздействие на заготовку совокупностью элементарных режущих профилей. На этой основе выполнены работы по механизмам образования шероховатости поверхности, например, математические модели, разработанные Ю.Р. Витенбергом, Ю.В. Линником, С.А. Поповым, В.А.Щеголевым, А.П. Хусу и другими учеными [18–23]. В реальных производственных условиях технологические режимы, рекомендованные в рассмотренных выше работах и справочной литературе, не отражают заявленных качеств, вследствие того, что не учитывают множество факторов, присущих процессу чистового шлифования, например, его стохастическую природу, изменение его динамических свойств, увеличение взаимных колебаний инструмента и заготовки, появляющихся из-за изменений состояния технологической системы, например, увеличение вибраций станка вследствие неравномерного износа инструмента и др. Все разработанные ранее модели имеют ограниченную область применения и не учитывают того, что появление колебаний приводит к колебанию глубины шлифования при случайном контактировании зерен с обрабатываемым материалом, где одна группа зерен срезает материал, другая попадают в след царапин, оставленных предшествующими зернами, и т. д. Это приводит к изменениям величин съема материала, шероховатости поверхности и других параметров технологической системы, что непосредственно сказывается на показателях точности обработки и качестве обработанных поверхностей. Для компенсации погрешностей расчета в реальных производственных условиях используют различные технологические приемы, например, используют инструменты с мягкими связками, снижают величины подач и другие приемы, что снижает производительность операции и повышает стоимость изготовленных изделий. Наиболее перспективным подходом решения указанной проблемы является продолжение исследований операций шлифования (в частности внутреннего), в ходе которых необходимо выявить и описать взаимосвязи между входными факторами и выходными показателями процесса. На основе установленных взаимосвязей необходимо построить математические модели, адекватно моделирующие процесс шлифования, учитывающие взаимные колебаний инструмента и заготовки. На сегодняшний день одним из наиболее трудоемких технологических процессов является операция шлифования. Объем изделий, где в качестве окончательной обработки применялось внутренне шлифование, не уступает объему изделий, обработанных методом наружного. Однако внутреннее шлифование является более сложным по причине тяжелого протекания процесса обработки и меньшей жесткостью режущих инструментов. В связи с вышеизложенным целью данной статьи является разработка математических моделей, устанавливающих взаимосвязи между режимами обработки и текущими параметрами зоны контакта при чистовом шлифовании точ- ных отверстий с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 59 TECHNOLOGY Методика исследований Схема процесса окончательной чистовой обработки отверстия (внутреннее шлифование) приводится на рисунке. Схема процесса внутреннего шлифования Internal grinding process scheme После установки детали в патрон станка инструменту и заготовке задают вращение с окружной скоростью u V и k V соответственно. При перемещении шлифовальной головки в направлении радиальной подачи Sy разность радиусов векторов заготовки и инструмента становится меньше межцентрового расстояния i A , возникает область взаимопроникновения инструмента в материал заготовки – зона контакта [24]. В соответствии с размерной схемой процесса внутреннего шлифования, изображенной на рис. 1, уравнение баланса перемещений принимает вид i yi fi i A S N t R 1 i yi r A , (1) где i A – текущее изменение величины межцентрового расстояния за счет радиальной подачи шлифовальной головки, м; yi S – радиальная подача ниструмента, м; N – предварительный натяг, м; fi t – изменение фактической глубины резания, м; i R – текущий износ инструмента, м; 1 i r – величина съема материала перед текущим оборотом, м; yi A – текущее изменение упругих деформаций. При внутреннем шлифовании наблюдается неравномерный съем припуска, на поверхности заготовки формируется волнистость [25, 26]. На основании этого можно предположить, что не только съем припуска будет изменяться по гармоническому закону, но и другие параметры, входящие в уравнение баланса перемещений. Для наглядной демонстрации этого явления произведем расчет цикла обработки посредством решения уравнения баланса перемещений [27, 28]. Исходные данные: материал заготовки – титановый сплав ВТ3, 150 d мм; шлифовальная головка AW 60×25×13 63C F90 M 7 B A 35 м/с; окружная скорость круга – 35 k V м/с; скорость заготовки – 0, 25 u V м/с; радиальная подача – 0, 005 yi S мм/об; количество зерен в единице площади 6 15, 86 10 g n шт/м 2, радиус округления вершины зерна 6 7, 31 10 g м). Результаты и их обсуждение При расчете параметров этапов врезания предварительно задаются значения поперечной подачи 5 10 м и предварительного натяга 6 10 10 N м согласно величинам, приведенным в справочной литературе [16]. Выполним расчет первого оборота. 1. Найдем сумму параметров предварительного натяга и поперечной подачи: 6 6 1 1 6 5 10 10 10 15 10 , . y A S N ì 2. Приращение упругих деформаций определится в соответствии с формулой yi TS y A P , (2) где TS – податливость системы, 9 30 10 TS м·Н; y P – приращение нормальной составляющей силы резания, 0 y P . Сделаем допущение, что на первом обороте отсутствует приращение нормальной составляющей силы резания 0 y P , следовательно,
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 60 ТЕХНОЛОГИЯ после подстановки значений параметров в формулу получим 1 0, y A м. 3. Вычисление глубины микрорезания. На предыдущем обороте величина радиального съема материала отсутствует: 0 0 r . Учитывая допущение, что на первом обороте износ шлифовального круга равен нулю, 1 0 R , то формула (1) определится как 6 1 1 15 10 , f A t м. Отсюда вычисляется значение глубины микрорезания: 6 1 1 1 0 15 10 f y f t S t 6 15 10 , м. 4. На текущем обороте величина радиального съема материала может быть определена по формуле i r 2 0,4 7 13 15 3 ( ) fi u fi c k u g e g t V t K V V n D , (3) где c K – коэффициент стружкообразования, 0, 85 c K ; u V – скорость вращения заготовки, м/с; k V – скорость вращения круга, м/с; g n – количество зерен в единице площади, шт/м2; g – радиус вершин округления зерна, м; e D – эквивалентный диаметр, м, Эквивалентный диаметр рассчитывается по формуле e Dd D D d , (4) где D – диаметр шлифовального круга, м; d – диаметр заготовки, м. После подстановки данных в формулу (4) получим 150 60 0,1, 150 60 e D м. Значение переменной будет вычислено в зависимости от начальной фазы отклонений: при 0(2 ) y и y : 2 15 16 f A t 2 3 0,5 1,5 3 15 sin 2 15 sin 32 2 u u e e A V A V D D 2 2 2 15 2 sin 1 2 , 2 u f e A V t D или 2 15 16 f A t 2 3 0,5 1,5 3 15 sin 2 15 sin 32 2 u u e e A V A V D D 2 2 2 15 1 sin ( ) . 2 u f e A V t D При 2 y и 3 2 y : 2 2 0,5 15 sin 2 15 16 32 u f e A V A t D , где A – амплитуда, мкм; – циклическая частота, рад/с; y – начальная фаза вибраций; переменная 0,5 0,5 ( ) f e u t y D V , где y – рассматриваемый уровень. При начальной фазе относительных колебаний 0(2 ) y и амплитуде 0, 2 fi A t , 628 рад/с съем материала на текущей обороте с учетом вибраций: 6 2 6 1 0,4 6 12 6 6 (15 10 ) 5, 89 10 . 7 13 0, 25 15 10 0,17 10 15 3 0, 85(35 0, 25)15, 866 10 0,1 7, 31 10 r
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 61 TECHNOLOGY 5. Толщина поверхностного слоя, в котором распределена шероховатость, вычисляется по зависимости . i fi i H t r (5) При подстановке значений параметров в формулу (5) получим i fi i H t r 6 6 6 15 10 5, 89 10 9,11 10 , м. 6. Сила резания может быть рассчитана следующим образом: max 3 2 yi k g g g i e P L n h H D max 1 sin 0, 055 0, 061 sin i g g s H h , (6) где k L – высота шлифовального круга, м; max g h – износ зерна, 6 max 10 10 g h м; и 1 – углы резания абразивного материала, 22 и 1 34 ; s – напряжение сдвига, Н/м 2. Напряжение сдвига определяется как 1, 5 s , (7) где – предел прочности материала, σ = = 2 ·109 Н/м2, 9 8 2 10 13, 33 10 , 1, 5 s Н/м2. Путем подстановки данных в формулу (6) определяется сила резания: 3 6 1 3 2 25 10 15, 866 10 y P 6 6 6 7, 31 10 10 10 9,11 10 0,1 6 6 6 0, 3746 0, 055 9,11 10 0, 061 7, 31 10 10 10 0, 5591 8 13, 33 10 2, 899, Н. 7. Уточнение ранее полученных расчетных значений: 1 f t , 1 r , 1 y P . Определяется значение приращения упругих деформаций: 1 1 0 ( ) y TS y TS y y A P P P 9 8 30 10 (2, 899 0) 8, 698 10 , м. Вычисляются величины приращения глубины микрорезания и глубины микрорезания соответственно: 1 1 1 f y t A A 6 8 6 15 10 8, 698 10 14, 91 10 , м; 1 0 1 f f f t t t 6 6 0 14, 91 10 14, 91 10 , м. Величина съема материала составит: 6 2 6 1 0,4 6 12 6 6 (14, 91 10 ) 5, 844 10 , 7 13 0, 25 14, 91 10 0,17 10 15 3 0, 85(35 0, 25)15, 866 10 0,1 7, 31 10 r ì Толщина слоя, в котором распределена шероховатость: 6 1 1 1 14, 91 10 f H t r 6 6 5, 844 10 9, 069 10 , м. Величина силы резания: 3 6 1 3 2 25 10 15, 866 10 y P 6 6 6 7, 31 10 10 10 9, 069 10 0,1 6 6 6 0, 3746 0, 055 9, 069 10 0, 061 7, 31 10 10 10 0, 5591 8 13, 33 10 2, 884, Н. 8. Расстояние от наиболее глубокой впадины до средней линии профиля рассчитывается по зависимости
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 62 ТЕХНОЛОГИЯ 2 fi i mi t r W . (8) Подставим числовые значения в формулу (8): 6 6 1 14, 91 10 5, 844 10 2 m W 6 4, 535 10 , м. Одним из заключительных этапов расчета параметров рассматриваемого оборота является сравнение значения 1 m W с величиной радиального съема материала 1 r : 1 1 m W r , 6 6 4, 535 10 5, 844 10 . В связи с тем, что величина 1 r превосходит значение 1 m W , величина средней арифметической длины профиля a R определится как 0,4 0,6 1 0,4 0,4 0,2 0,2 0, 25 ( ) u f a c u k g e g V t R K V V n D 6 2 6 2 0,4 6 12 6 6 (19, 91 10 ) 8, 513 10 , . 7 13 0, 25 19, 91 10 0, 24 10 15 3 0, 85(35 0, 25)15, 866 10 0,1 7, 31 10 r ì 0,4 6 0,6 0,4 0,4 6 2 6 2 0, 25 0, 25 (14, 91 10 ) 0, 85 (0, 25 35) (15, 866 10 )0,1 (7, 31 10 ) 6 1, 041 10 , м. Расчет второго оборота. 1. Найдем сумму параметров предварительного натяга и поперечной подачи: 6 6 2 5 10 10 10 y A S N 6 15 10 , м. 2. Определим глубину микрорезания: 6 6 2 1 5 10 14, 91 10 f y f t S t 6 19, 91 10 , м. 3. Рассчитаем значение радиального съема материала на текущем обороте: 4. Вычислим толщину слоя, в котором находится шероховатость: 6 6 2 2 2 19, 91 10 8, 513 10 f H t r 6 11, 4 10 , м. 5. Сила резания на текущем обороте будет равна: 3 6 2 3 2 25 10 15, 866 10 y P 6 6 6 7, 31 10 10 10 11, 4 10 0,1 6 6 6 0, 3746 0, 055 11, 4 10 0, 061 7, 31 10 10 10 0, 5591 8 13, 33 10 3, 789, Н. 6. Уточнение значений параметров: 2 f t , 2 r , 2 y P . Приращение упругих деформаций: 2 2 1 ( ) y TS y TS y y A P P P 9 8 30 10 (3, 789 2, 884) 2, 716 10 , м. Износ инструмента на текущем обороте может быть вычислен по формуле 1 0,1 . i fi R t (9) После подстановки величин в формулу (9) имеем: 2 1 0,1 0,1 14, 91 10 R t 7 14, 91 10 , м. Из формулы (1) определим приращение глубины микрорезания: 2 2 2 2 1 f y t A A R r 6 8 7 15 10 2, 716 10 14, 91 10 6 6 5, 844 10 10, 62 10 , м.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 63 TECHNOLOGY Толщина слоя, в котором расположена шероховатость: 6 2 2 2 25, 53 10 f H t r 6 6 11, 79 10 13, 74 10 , м. Величина силы резания: 3 6 2 3 2 25 10 15, 866 10 y P 6 6 6 7, 31 10 10 10 13, 74 10 0,1 6 6 6 0, 3746 0, 055 13, 74 10 0, 061 7, 31 10 10 10 0, 5591 13, 33 10 4, 774, Н. 7. Расстояние от наиболее глубокой впадины до средней линии профиля: 2 2 2 2 f m t r W 6 6 6 25, 53 10 11, 79 10 6, 87 10 , 2 м. Сравним значения 2 m W и 2 r : 2 2 m W r , 6 6 6, 87 10 11, 79 10 , следовательно, таким же образом, как и на предыдущем обороте, вычислим величину средней арифметической длины профиля a R , м: 0,4 0,6 2 0,4 0,4 0,2 0,2 0, 25 ( ) u f a c u k g e g V t R K V V n D 0,4 6 0,6 0,4 0,4 6 2 6 2 0, 25 0, 25 (25, 53 10 ) 0, 85 (0, 25 35) (15, 866 10 )0,1 (7, 31 10 ) 6 1, 438 10 . Рассчитаем величину глубины микрорезания: 6 6 6 2 1 2 14, 91 10 10, 62 10 25, 53 10 , f f f t t t ì Радиальный съем мат ериала: 6 2 6 2 0,4 6 12 6 6 (25, 53 10 ) 11, 79 10 , 7 13 0, 25 25, 53 10 0, 28 10 15 3 0, 85(35 0, 25)15, 866 10 0,1 7, 31 10 r м. Для последующих оборотов этапа врезания и установившегося режима обработки ( const) ó S расчет баланса системы выполняется по приведенной выше методике. Этап выхаживания На данном этапе отсутствуют поперечная подача 0 y S и предварительный натяг 0 N [15]. Но за счет упругих деформаций зерна еще врезаются и, следовательно, идет съем металла âûç 0 f t . Первый оборот 1. Сумма предварительного натяга и поперечной подачи составит: âûõ1 0 0 0, À S N м. 2. Износ инструмента: óñò âûõ1 0,1 f R t 6 7 0,1 35, 52 10 35, 52 10 , м. 3. Приращение упругих деформаций: âûõ1 y TS y A P óñò10 óñò9 ( ) TS y y P P 9 30 10 (6, 257 6, 257) 0, м. 4. Приращение глубины микрорезания: âûõ1 âûõ1 âûõ1 fó t A A óñò10 7 âûõ1 0 0 35, 52 10 R r 6 6 18, 52 10 14, 97 10 , м.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1