Том 25 № 4 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, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, 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 реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Акинцева А.В., Переверзев П.П. Моделирование взаимосвязи силы резания с глубиной резания и объемами снимаемого металла единичными зернами при плоском шлифовании.................................................................................................................... 6 Шарма Ш.С., Йоши А., Раджпут Й.С. Систематический обзор технологий производства металлической пены...................... 22 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Обзор современных требований к сварке трубных высокопрочных низколегированных сталей................................................................................................. 36 Старцев Е.А., Бахматов П.В. Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса.............................. 61 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Ци М., Багинский А.Г., Хань Ц., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из мартенситной стали 40Х13, полученных с помощью аддитивных технологий.......................................................................................................... 74 Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В. Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике................................................................................................................................................................................. 90 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Раджпут Й.С., Шарма А.К., Мишра В.Н., Саксена К., Дипак Д., Шарма Ш.С. Влияние геометрии наконечника сварочного инструмента на характеристики растяжения соединений сплава АА8011, полученных сваркой трением с перемешиванием.... 105 Чинчаникар С., Гейдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке.................................................................................................................................... 117 Гуле Г.С., Санап С., Чинчаникар С. Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей.................................................................................................... 136 Пивкин П.М., Ершов А.А., Миронов Н.Е., Надыкто А.Б. Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла.................................................................................. 151 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Мамадалиев Р.А. Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали......................................................................................................................... 167 Клименов В.А., Колубаев Е.А., Хань Ц., Чумаевский А.В., Двилис Э.С., Стрелкова И.Л., Дробяз Е.А., Яременко О.Б., Куранов А.Е. Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой................................................................................................................................................. 180 Воронцов А.В., Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования............................................................................................................................................... 202 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Гриненко А.В., Колубаев Е.А. Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов............................................................................................... 216 Бобылёв Э.Э., Стороженко И.Д., Маторин А.А., Марченко В.Д. Особенности формирования Ni-Cr покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов.................................................................. 232 Бурков А.А., Коневцов Л.А., Дворник М.И., Николенко С.В., Кулик М.А. Формирование и исследование свойств покрытий из металлического стекла FeWCrMoBC на стали 35............................................................................................................ 244 Шарма Ш.С., Хатри Р., Йоши А. Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода.................................................................................... 255 Строкач Е.А., Кожевников Г.Д., Пожидаев А.А., Добровольский С.В. Моделирование эрозионного износа титанового сплава высокоскоростным потоком частиц........................................................................................................................................... 268 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 284 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 295 Корректор Е.Е. Татарникова 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 01.12.2023. Выход в свет 15.12.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 37,0. Уч.-изд. л. 68,82. Изд. № 209. Заказ 296. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 4 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.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 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 Aff airs, 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. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; 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. 4 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Akintseva A.V., Pereverzev P.P. Modeling the interrelation of the cutting force with the cutting depth and the volumes of the metal being removed by single grains in fl at grinding........................................................................................................................................ 6 Sharma S.S., Joshi A., Rajpoot Y.S. A systematic review of processing techniques for cellular metallic foam production................. 22 Karlina Yu.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Review of modern requirements for welding of pipe high-strength low-alloy steels.......................................................................................................................................... 36 Startsev E.A., Bakhmatov P.V. The infl uence of automatic arc welding modes on the geometric parameters of the seam of butt joints made of low-carbon steel, made using experimental fl ux......................................................................................................................... 61 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Qi M., Baginskiy A.G., Han Z., Bovkun A.S. Milling martensitic steel blanks obtained using additive technologies................................................................................................................................................................................ 74 Loginov Yu.N., Zamaraeva Yu.V. Evaluation of the bars’ multichannel angular pressing scheme and its potential application in practice................................................................................................................................................................................................... 90 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Rajpoot Y.S., SharmaA.K., Mishra V.N., Saxena K., Deepak D., Sharma S.S. Eff ect of tool pin profi le on the tensile characteristics of friction stir welded joints of AA8011.................................................................................................................................................... 105 Chinchanikar S., Gadge M.G. Performance modeling and multi-objective optimization during turning AISI 304 stainless steel using coated and coated-microblasted tools........................................................................................................................................................ 117 Ghule G.S., Sanap S., Chinchanikar S. Ultrasonic vibration-assisted hard turning of AISI 52100 steel: comparative evaluation and modeling using dimensional analysis........................................................................................................................................................ 136 Pivkin P.M., Ershov A.A., Mironov N.E., Nadykto A.B. Infl uence of the shape of the toroidal fl ank surface on the cutting wedge angles and mechanical stresses along the drill cutting edge...................................................................................................................... 151 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Venediktov A.N., Mamadaliev R.A. Infl uence of internal stresses on the intensity of corrosion processes in structural steel....................................................................................................................................................................... 167 Klimenov V.A., Kolubaev E.A., Han Z., Chumaevskii A.V., Dvilis E.S., Strelkova I.L., Drobyaz E.A., Yaremenko O.B., Kuranov A.E. Elastic modulus and hardness of Ti alloy obtained by wire-feed electron-beam additive manufacturing................... 180 Vorontsov A.V., Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. In situ crystal lattice analysis of nitride single-component and multilayer ZrN/CrN coatings in the process of thermal cycling.......................................................................................................................................................................................... 202 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Kniazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Grinenko A.V., Kolubaev E.A. Infl uence of high-energy impact during plasma cutting on the structure and properties of surface layers of aluminum and titanium alloys................................................................................................................... 216 Bobylyov E.E., Storojenko I.D., Matorin A.A., Marchenko V.D. Features of the formation of Ni-Cr coatings obtained by diff usion alloying from low-melting liquid metal solutions..................................................................................................................................... 232 Burkov А.А., Konevtsov L.А., Dvornik М.И., Nikolenko S.V., Kulik M.A. Formation and investigation of the properties of FeWCrMoBC metallic glass coatings on carbon steel.......................................................................................................................... 244 Sharma S.S., Khatri R., Joshi A. A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method........................................................................................................................................................................... 255 Strokach E.A., Kozhevnikov G.D., Pozhidaev A.A., Dobrovolsky S.V. Numerical study of titanium alloy high-velocity solid particle erosion.......................................................................................................................................................................................... 268 EDITORIALMATERIALS 284 FOUNDERS MATERIALS 295 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 117 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке Сатиш Чинчаникар a, *, Махендра Гейдж b Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне - 411039, Махараштра, Индия a https://orcid.org/0000-0002-4175-3098, satish.chinchanikar@viit.ac.in; b https://orcid.org/0000-0002-8603-8653, Mahendra.gadge@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 117–135 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-117-135 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9 История статьи: Поступила: 15 августа 2023 Рецензирование: 05 сентября 2023 Принята к печати: 09 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: AISI 304 (12Х18Н10Т) Сила резания Срок службы инструмента Резцы с износостойким покрытием Шероховатость поверхности Многокритериальная оптимизация АННОТАЦИЯ Введение. Высокоскоростная механическая обработка нержавеющей стали уже давно находится в центре внимания исследований. Из-за таких характеристик, как низкая теплопроводность и склонность к деформационному упрочнению, сталь AISI 304 трудно обрабатывать механически. Индикаторы обрабатываемости дают важную информацию об эффективности и результативности процесса обработки, позволяя производителям оптимизировать параметры обработки для повышения производительности и точности. Цель работы. Для обработки нержавеющей стали AISI 304 чаще всего используют твердосплавные инструменты с покрытием. Между тем в немногих исследованиях изучалось влияние предварительной и постобработки твердосплавных инструментов с покрытием при высокоскоростном точении этих сплавов. Кроме того, лишь небольшое количество исследований одновременно оптимизировали параметры резания при использовании инструментов с предварительной и последующей обработкой. Методы исследования. В настоящей работе проводится сравнительная оценка эффективности резцов с износостойким покрытием, а также с износостойким покрытием на пескоструйной основе при точении нержавеющей стали AISI 304. Использовали резцы с двумя типами покрытий: 1) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров PVD-AlTiN; 2) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров (PVD-AlTiN) с микропескоструйной обработкой в качестве последующей обработки (покрытием на пескоструйной основе); 3) с покрытием TiCN/Al2O3, нанесенным умеренно-температурным химическим осаждением из газовой фазы (MTCVD-TiCN/Al2O3). Для прогнозирования и оптимизации характеристик токарной обработки были разработаны математические модели, основанные на экспериментальных данных. Результаты и обсуждение. В этом исследовании было обнаружено, что инструменты с покрытием PVD-AlTiN имеют самую низкую силу резания и обеспечивают низкую шероховатость поверхности; за ними следуют инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке, и инструменты с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3. Однако существенных различий при обработке инструментами с износостойкими покрытиями и покрытиями, подвергшимися микропескоструйной обработке, не наблюдалось. Было обнаружено, что сила резания увеличивается с увеличением подачи и глубины резания, но уменьшается со скоростью резания. Однако этот эффект был существенным для инструментов с покрытием MTCVD. С другой стороны, больший срок службы характерен для инструментов с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3; на втором месте – инструменты с покрытием PVD-AlTiN и инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке. Срок службы инструмента во многом зависит от скорости резания. Однако для инструментов с покрытием PVD-AlTiN этот эффект проявляется более заметно. Модели с коэффициентами корреляции в ыше 0,9 можно использовать для прогнозирования реакции при точении нержавеющей стали AISI 304. Оптимизационный анализ позволил выявить, что при точении нержавеющей стали AISI 304 инструментами с покрытием MTCVDTiCN/Al2O3 и силой резания 18–27 Н минимальная шероховатость поверхности составляет 0,3–0,44 мкм, а срок службы инструмента выше 36–51 мин по сравнению с инструментами с покрытием PVD-AlTiN (С) и инструментами с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутыми микропескоструйной обработке (CMB). Для цитирования: Чинчаникар С., Ге йдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 117–135. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-117-135. ______ *Адрес для переписки Чинчаникар Сатиш, к.т.н., профессор Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне - 411039, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950441, e-mail: satish.chinchanikar@viit.ac.in Введение Высокоскоростная механическая обработка нержавеющей стали уже давно находится в центре внимания исследований. Из-за таких характеристик, как низкая теплопроводность и склонность к деформационному упрочнению, сталь
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 118 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ AISI 304 трудно обрабатывать механически. Один из наиболее строгих индикаторов эффективности и результативности процесса обработки – это срок службы инструмента. Хе и др. (He et al.) [1] показали, что температура резания инструмента с покрытием TiN была ниже, чем у инструмента без покрытия, и увеличивалась с увеличением параметров резания. Рао и др. (Rao et al.) [2] многопланово оптимизировали скорость съема материала и шероховатость во время токарной обработки стали SS 304. Кулкарни и др. (Kulkarni et al.) [3] заметили, что скорость резания значительно влияет на температуру поверхности раздела стружки и инструмента, а подача сильно влияет на силы резания во время точения стали SS 304. По данным Боузид и др. (Bouzid et al.) [4], при точении стали AISI 304 инструментами с покрытием Ti(C,N)/Al2O3/TiN основным фактором, влияющим на износ по задней поверхности, была в первую очередь продолжительность резания, а затем – скорость резания. Исследование Шарма (Sharma) и Гупта (Gupta) [5] показало, что твердосплавные инструменты с покрытием TiAlN/TiN значительно снижают износ инструмента и шероховатость во время токарной обработки стали SS 304. Пател и др. (Patel et al.) [6] заметили, что на механические свойства и производительность обработки влияет микроструктура металлокерамических инструментов. Дубовска и др. (Dubovska et al.) [7] провели исследование срока службы твердосплавных инструментов при точении аустенитной нержавеющей стали AISI 304. Шарма и др. (Sharma et. al.) [8] реализовали точение стали AISI 304 с использованием гибридных наножидкостей при минимальном количестве смазки. В ходе их исследования были разработаны модели сил и шероховатости поверхности. Рао и др. (Rao et al.) [9] оптимизировали шероховатость поверхности с помощью алгоритма дифференциальной эволюции (ДЭ) при точении стали SS 304. Чен и др. (Chen et al.) [10] точили сталь SS 304 с помощью инструментов, покрытых твердыми CrWN-пленками. Их исследование оптимизировало производительность с помощью алгоритма реляционного анализа «серых» систем (GRA). Патил и др. (Patil et al.) [11] оценили криогенно обработанные и необработанные твердосплавные режущие инструменты для токарной обработки стали AISI 304. Меньшая шероховатость поверхности и износ инструмента наблюдались у криогенно обработанных инструментов. При точении стали SS 304 Сингх и др. (Singh et al.) [12] обнаружили, что скорость резания является доминирующим фактором, влияющим на шероховатость поверхности и глубину резания, а взаимодействие скорости резания и подачи существенно влияет на износ по задней поверхности. Любис и др. (Lubis et al.) [13] получили данные о сроке службы инструмента и проанализировали износ инструментов с покрытием при точении нержавеющей стали AISI 304. Хан и др. (Khan et al.) [14] провели исследование влияния сверл с обработанной поверхностью и покрытием AlCrN на сверление стали SS 304 при различных скоростях резания. Беди и др. (Bedi et al.) [15] наблюдали лучшие результаты при обработке стали SS 304 с маслом из рисовых отрубей, чем с кокосовым маслом. Ратход и др. (Rathod et al.) [16] оптимизировали токарную обработку стали SS 304 твердосплавными резцами с покрытием, используя методы Тагучи и TOPSIS. Сивайя и др. (Sivaiah et al.) [17] проанализировали производительность инструментов с микроканавками при точении стали AISI 304. Текстурированные инструменты работали лучше по сравнению с нетекстурированными. Моганаприя и др. (Moganapriya et al.) [18] обнаружили улучшение производительности инструментов с покрытием TiAlSiN при обработке стали SS 304. Группа исследователей оценила температуру на поверхности раздела «стружка – инструмент» во время обработки SS 304 [19–20]. Экспериментальные результаты показали значительное влияние скорости резания на температуру, возникающую во время обработки. Патель и др. (Patel et al.) [21] обнаружили, что на срок службы металлокерамических инструментов с покрытием на основе Ti существенное влияние оказывают составы покрытия. Озбек и др. (Özbek et al.) [22] обнаружили, чт о во время мокрого точения стали AISI 304 скорость подачи оказывает существенное влияние на износ инструмента и шероховатость поверхности. Согласно анализу литературных данных, инструменты с покрытием чаще всего использовались исследователями для обработки нержавею-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 119 EQUIPMENT. INSTRUMENTS щей стали AISI 304. Между тем лишь немногие исследователи изучали влияние твердосплавных инструментов с покрытием до и после обработки при точении этих сплавов на высоких скоростях. Кроме того, лишь небольшое количество исследований было посвящено одновременной оптимизации параметров резания для повышения производительности обработки при использовании инструментов с предварительной и последующей обработкой. По этой причине в настоящем исследовании сравнивается и противопоставляется эффективность инструментов с износостойкими покрытиями и покрытиями, подвергшимися микропескоструйной обработке, при точении нержавеющей стали Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Процентный состав AISI 304 Percentage composition of AISI 304 C Si Mn P S Cr Ni N Fe 0,033 0,88 1,98 0,037 0,013 18,37 8,82 0,11 Остальное AISI 304. Оценены обрабатывающие возможности инструментов с однослойным покрытием PVD-AlTiN, а также покрытием PVD-AlTiN, подвергнутым микропескоструйной обработке, и многослойным покрытием MTCVD-TiCN/ Al2O3. Для прогнозирования и улучшения характеристик точения были созданы экспериментально обоснованные модели. Материалы и методы исследования Эксперименты по точению проводились на прутке из нержавеющей стали AISI 304 диаметром 70 мм и длиной 500 мм. Химический состав материала приведен в табл. 1. На рис. 1 изображен высокоточный токарный станок с ЧПУ, применявшийся для экспериментов. Для исследования характеристик механической обработки в сухих условиях были проведены эксперименты с использованием однослойного покрытия PVD-AlTiN (далее называемого «покрытие»), однослойного покрытия, подвергшегося микропескоструйной обработке в качестве последующей обработки (далее называемого «покрытие с микропескоструйной обработкой»), и с многослойным покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3 (далее MTCVD). Через равные промежутки времени по длине разреза наблюдался износ по задней поверхности. На основании результатов пилотных испытаний, обзора литературы и рекомендаций производителя были выбраны параметры резки. На твердосплавные пластины без покрытия, маркированные в соответствии с ISO как CNMG120408MS, методом физического осаждения из газовой фазы было нанесено покрытие из нитрида алюминия и титана (AlTiN) с учетом предварительной и последующей обработки, как описано в табл. 1. Пластины CNMG120408 ромбовидной формы с углом 80° и радиусом закруРис. 1. Экспериментальная установка Fig. 1. Experimental set-up гления вершины 0,8 мм жестко закреплялись на державке, маркированной в соответствии с ISO как PCBNR2525M12 (рис. 2). Параметры обработки были выбраны после тщательного изучения литературы, обзора каталогов и поисковых экспериментов. Матрица эксперимента представлена в табл. 2. Износ по боковой поверхности измерялся с помощью цифрового микроскопа Dino-Lite. Срок службы инструмента (Т) получен при износе по задней поверхности 0,2 мм. На надежном высокоточном токарном станке с ЧПУ проводились эксперименты по продольному точению. Динамо-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 120 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Параметры пластины Параметры держателя Параметр D L10 D1 S Rε HF H B LF LH WF Ед. измерения (мм) 12,7 12,9 5,16 4,76 0,8 25 25 25 150 28 22,5 Рис. 2. Параметры режущей пластины и державки инструмента Fig. 2. Details of cutting insert and tool holder Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Матрица эксперимента для нержавеющей стали AISI 304 (V – скорость резания; f – подача; d – глубина резания) Experimental matrix for AISI 304 stainless steel (V: Cutting speed, f: Feed, and d: Depth of cut) Параметры Эксперимент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 V, м/мин 300 350 350 250 250 300 300 300 200 400 350 250 350 250 300 f, мм/оборот 0,1 0,08 0,12 0,08 0,12 0,05 0,1 0,15 0,1 0,1 0,08 0,12 0,12 0,08 0,1 D, мм 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 метр токарного станка тензорезисторного типа использовался для измерения тангенциальной силы (Fc), силы подачи (Ff) и радиальной силы (Fr) во время процесса обработки. Тестер Taylor Hobson Surftronic использовался для оценки шероховатости поверхности. Результаты и их обсуждение Эксперименты по точению проводили на токарном станке с числовым программным управлением в режимах, приведенных в табл. 2. Измеряли шероховатость поверхности, три компонента силы резания – Fc, Ff и Fr и стойкость инструмента T до тех пор, пока износ по боковой поверхности не достигал 0,2 мм. Результаты экспериментов с различными инструментами, а именно с покрытием PVD-AlTiN (C), покрытием PVD-AlTiN после микропескоструйной обработки (CMB) и покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3 (MTCVD), представлены в табл. 3. Моделирование рабочих характеристик Экспериментально обоснованные математические модели были созданы для рассмотренных в этом исследовании различных инструментов, чтобы лучше понять характеристики токарной обработки. С использованием программного обеспечения DataFit были созданы уравнения регрессии и рассчитаны значения их коэффициентов. Разработанные математические модели представлены в табл. 4, 5 и 6 для инструментов с покрытием PVD-AlTiN (C), покрытием PVD-AlTiN после микропескоструйной обработки (CMB) и покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3 (MTCVD) соответственно. Разработанные модели имеют значения величины достоверности аппроксимации ближе к 0,95, что указывает на их надежность в прогнозировании ответов на основе пропорции изменения точек данных во время точения стали SS 304 при использовании инструментов с покрытием PVD-AlTiN (C) (уравнения 1–5),
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1