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 151 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла Петр Пивкин a, *, Артем Ершов b, Никита Миронов c, Алексей Надыкто d Московский государственный технологический университет Станкин, Вадковский пер., 3а, г. Москва, 127055, Россия a https://orcid.org/0000-0002-7547-4652, PMPivkin@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0003-3966-7032, a.ershov@stankin.ru; c https://orcid.org/0009-0002-4205-6996, dzr1380im@gmail.com; d https://orcid.org/0000-0003-3652-7421, a.nadykto@stankin.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 151–166 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-151-166 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.025.6/621.9.025.7 История статьи: Поступила: 01 сентября 2023 Рецензирование: 18 сентября 2023 Принята к печати: 27 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Сверло Тороидальная задняя поверхность Режущий клин МКЭ Финансирование Работа была выполнена при финансировании Российского научного фонда (проект № 23-29-00999, https://rscf.ru/project/23-29-00999/) с использованием оборудования центра коллективного пользования «Государственный Инжиниринговый Центр» ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН». АННОТАЦИЯ Введение. Сверление отверстий с квалитетом точности от IT8 до IT12 широко применяется в промышленном производстве. Однако в настоящее время не существует исследований и научнообоснованных рекомендаций по назначению геометрии режущей части сверл с тороидальной задней поверхностью. В связи с этим разработка САПР новых конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью и численное моделирование напряженного состояния их режущей части являются актуальными задачами. Цель работы: уменьшение диапазона изменения переднего угла и угла заострения режущего клина вдоль режущей кромки от периферии к центру, а также снижение эквивалентных напряжений в режущем клине. В работе исследованы изменения величины переднего угла и угла заострения режущего клина в зависимости от радиуса образующей тороидальной задней поверхности; изменения эквивалентных напряжений в режущем клине в зависимости от изменения радиуса образующей тороидальной задней поверхности. Методами исследования являются основы теории о режущем инструменте, методы его автоматизированного проектирования и метод конечных элементов, примененный в данной работе к новым конструкциям сверл. Результаты и обсуждение. Установлено, что с уменьшением радиуса образующей задней поверхности уменьшается диапазон изменения переднего угла и угла заострения режущего клина сверла по сравнению со стандартной конструкцией. Разработана система автоматизированного проектирования сверл с тороидальной задней поверхностью. В результате величина диапазона изменения переднего угла вдоль режущей кромки уменьшилась на 86 % у сверла с минимальным радиусом образующей тороидальной поверхности по сравнению с конической заточкой, диапазон угла заострения режущего клина уменьшился на 56 %, максимальные эквивалентные напряжения снизились в 2,13 раза. При этом угол заострения режущего клина имеет значение, близкое к постоянному, на половине зуба сверла. Данные показатели превышают все показатели существующих на сегодняшний день аналогичных конструкций спиральных сверл. Для цитирования: Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла / П.М. Пивкин, А.А. Ершов, Н.Е. Миронов, А.Б. Надыкто // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 151–166. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-151-166. ______ *Адрес для переписки Пивкин Петр Михайлович, к.т.н., доцент Московский государственный технологический университет Станкин, Вадковский пер., 3а, 127055, г. Москва, Россия Тел.: +7 (903) 231-66-80, e-mail: PMPivkin@gmail.com Введение Сверление отверстий применяется в производстве изделий в большинстве областей промышленности. Наиболее широко распространенной конструкцией сверл являются спиральные сверла. Достоинства спиральных сверл: хороший отвод стружки из обрабатываемого отверстия; простота конструкции и, следовательно, низкая трудоемкость переточки на заточных станках; высокая точность позиционирования в отверстие ввиду наличия калибровочных ленточек [1]. Главные режущие кромки сверла располагаются на конической режущей части с углом 2ϕ. Угол 2ϕ выполняет роль угла в плане и может изменяться от 70 до 135° [2]. При этом существует ряд недостатков в конструкции спиральных сверл: уменьшение переднего угла вдоль режущей кромки (РК) вплоть до отрицательного при приближении к центру; слишком большие передние углы на периферии.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 152 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Для устранения этих недостатков предложено конструктивное решение сверла с подточкой в центре. Подточка выполнена либо для уменьшения участка с отрицательными значениями переднего угла [3], либо с положительным передним углом вдоль всей подточки [4]. В инструментальном производстве также существуют решения с подточкой вдоль всей режущей кромки [5]. Однако реализация такой конструкции возможна только при небольших передних углах, что может привести к повышению сил резания и ускорению изнашивания сверла [6]. Для уменьшения переднего угла на периферии применяют конструкцию сверла с двумя коническими участками с различными углами образующей ϕ. На периферии конус имеет меньший угол: например, для угла 2ϕ = 118° второй конический участок имеет угол 70° [7]. В результате у данной конструкции сверла передний угол на периферии может быть уменьшен на 7–8°, что позволит разгрузить наиболее подверженные износу участки. В результате уменьшения угла ϕ уменьшается толщина и увеличивается ширина стружки, а также улучшается теплоотвод, что позволяет увеличить стойкость инструмента более чем в три раза [1]. Такая конструкция имеет недостаток в виде неравномерного изменения ширины срезаемого слоя и образования концентратора напряжения на переходной зоне. Устранить указанные проблемы позволяет применение спирального сверла не с конической, а с тороидальной задней поверхностью. По сравнению с аналитическими моделями [8] алгоритмы анализа трехмерного моделирования обеспечивают более полные и точные результаты контроля передних углов вдоль режущей кромки сверла. В настоящее время моделирование специализированных автоматизированных алгоритмов применяется для оценки геометрических параметров различных классов инструментов, поэтому обоснование выбора геометрических параметров рассматриваемого класса сверл в данной работе формируется на базе САПР новых конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью. Кроме того, некоторые принципиально важные показатели эксплуатации сверл, такие как напряжения в режущем клине, которые трудно получить экспериментально, могут быть легко предсказаны с помощью анализа методом конечных элементов (МКЭ) [9–11]. При численном моделировании процессов металлообработки возникают две основные проблемы процесса разработки моделей с применением МКЭ. Первая заключается в том, что модель материала должна адекватно отражать деформационное состояние при нагрузке с различной интенсивностью и направлением напряжений, приложенных к конструкции, в диапазоне рабочих условий и учитывать характер внутреннего напряжения в конструкции [12–14]. Вторая проблема связана с моделированием и численной реализацией изменения конфигурации режущей части в процессе формообразования в зависимости от состояния технологической системы [15, 16]. Численное моделирование процессов механической обработки осложняется множественными участками контакта режущего клина с обрабатываемым материалом [17, 18]. Указанные проблемы невозможно решить, используя стандартные методы конечных элементов [19]. В настоящее время проводится множество работ, направленных на решение указанных проблем, регулярно возникающих при численном моделировании процессов резания [20, 21]. Несмотря на то что в области исследования проведено множество работ, посвященных использованию метода конечных элементов для прогнозирования рабочих характеристик при обработке широкого спектра материалов заготовок [22], не существует моделей с применением МКЭ для исследования характеристик конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью. По результатам обзора литературы можно сделать вывод о том, что хотя на сегодняшний день существует несколько разновидностей конструкций сверл со сферической или тороидальной задней поверхностью, но исследований и рекомендаций по назначению геометрии их режущей части и параметров оценки эффективности их работы не существует. Кроме того, не существует систем автоматизированного проектирования сверл с тороидальной задней поверхностью и устоявшихся механизмов численного моделирования напряженного состояния режущей части. В связи с этим целью данного исследования является уменьшение диапазона изменения переднего угла и угла заострения режущего клина вдоль режущей кромки от пери-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 153 EQUIPMENT. INSTRUMENTS ферии к центру, а также снижение эквивалентных напряжений в режущем клине за счет применения сверл с тороидальной задней поверхностью с рациональными геометрическими параметрами. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) разработать систему автоматизированного проектирования (САПР) сверл с тороидальной задней поверхностью; 2) провести исследование изменения величины переднего угла и угла заострения режущего клина в зависимости от радиуса образующей тороидальной задней поверхности; 3) провести исследование изменения эквивалентных напряжений в режущем клине в зависимости от изменения радиуса образующей тороидальной задней поверхности. Методика исследований В основе исследования геометрических и эксплуатационных характеристик сверл сформирована система автоматизированного проектирования для создания конструкций в широком диапазоне конструктивных исполнений. Алгоритм САПР включает в себя методики проектирования как стандартных конструкций сверл, так и усовершенствованных конструкций с тороидальной задней поверхностью, выделенных в отдельную подсистему. Исходные параметры для проектирования сверл представлены в табл. 1. Автоматизированное проектирование спиральных сверл основывается на исходных данТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Исходные параметры для проектирования сверл Initial parameters for drill design Обозначение параметра Название параметра R Радиус сверла ds Диаметр сердцевины α Задний угол γ Передний угол β Угол заострения режущего клина γk Передний угол профиля стружечной канавки ω Угол наклона стружечной канавки Rt Радиус образующей тороидальной задней поверхности φ Угол в плане κ Смещение образующей тороидальной задней поверхности относительно оси сверла η Угол между точкой касания окружности, задающей тороидальную образующую, и точкой пересечения окружности с периферией L Длина сверла lr Длина рабочей части f Ширина ленточки ν Величина, задающая точку положения касания тороидальной образующей относительно оси сверла r Радиус спинки профиля винтовой канавки сверла rp Радиус окружности, задающий контрольное сечение, которое определяет значение заднего угла сверла Rmin Минимальный радиус образующей тороидальной задней поверхности сверла lт Длина главной режущей кромки в контрольной точке, измеренной от начального положения. Начальное положение кромки задается в точке пересечения главной и поперечной режущих кромок l Общая длина главной режущей кромки
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 154 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ ных, определяющих совокупность технологических, физико-механических и эксплуатационных показателей и их взаимосвязей с конструктивными элементами как основу методики проектирования. Автоматизированное проектирование конструкций осуществляется за счет последовательной методики на основе влияния наиболее важных элементов и ограничений при разработке конструкторской документации. Создание такой системы играет важную роль в разработке режущих инструментов и отраслевых НИОКР, что может значительно повысить эффективность проектирования сверл и его качества, помочь разработчикам выйти из различных научных областей и использовать эффективные технологии и методы для создания научных и инновационных схем проектирования, а также значительно повысить эффективность проектирования и разработки продукта. Чтобы значительно повысить эффективность технологических инноваций, сначала были проанализированы ключевые параметры: изменения переднего угла и внутренних эквивалентных напряжений в режущем клине сверла. С этой целью на результаты проектирования должны быть наложены определенные ограничения в виде рекомендуемых диапазонов и контрольных значений параметров. Анализ взаимосвязей конструктивных элементов и геометрических параметров спирального сверла с тороидальной задней поверхностью осуществляется исходя из обрабатываемого и инструментального материала, режимов резания и взаимозависимых особенностей конструкции. На сегодняшний день не существует формализованных зависимостей в аналитическом, численном и алгоритмизированном виде между параметрами технологической среды и параметрами сверла, поэтому в данной работе впервые предложена комплексная методика проектирования сверл с тороидальной задней поверхностью. Комплексная методика разработки САПР спиральных сверл базируется на классических подходах к проектированию сверл и разбита на подэлементы моделирования (рис. 1). Первый блок проектирования включает структурную базу исходных данных в соответствии с ГОСТ 17275–71 (R, ds, α, γk, ω, Rt, φ, κ, η, L, lr, f, ν). В зависимости от формы режущей кромки методика проектирования включает в себя две группы конструктивных исполнений режущей Рис. 1. Комплексная блок-схема САПР спиральных сверл Fig. 1. Complex CAD block schematic diagram of twist drills
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1