Том 26 № 1 2024 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, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, 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 26 № 1 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Куц В.В., Олешицкий А.В., Гречухин А.Н., Григоров И.Ю. Исследование изменения геометрических параметров образцов, наплавленных методом GMAW при воздействии на электрическую дугу продольного магнитного поля....................................................................................................................................................................................... 6 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Оптимизация режимов селективного лазерного плавления порошковой композиции системы AlSiMg................................ 22 Губин Д.С., Кисель А.Г. Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ................................................................................................................... 38 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Борисов М.А., Лобанов Д.В., Зворыгин А.С., Скиба В.Ю. Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки.................................................................................................................................................... 55 Носенко В.А., Багайсков Ю.С., Мироседи А.Е., Горбунов А.С. Эластичные хоны для полирования профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения.............................................................. 66 Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Лобанов Д.В., Мартюшев Н.В., Папко С.С., Рожнов Е.Е., Юлусов И.С. Синтез механизма привода ремиз............................................................................................................. 80 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рагазин А.А., Арышенский В.Ю., Коновалов С.В., Арышенский Е.В., Бахтегареев И.Д. Изучение влияния содержания гафния и эрбия на формирование микроструктуры при литье алюминиевого сплава 1590 в медный кокиль............................................................................................................................................................................ 99 Зорин И.А., Арышенский Е.В., Дриц А.М., Коновалов С.В. Изучение эволюции микроструктуры и механических свойств в алюминиевом сплаве 1570 с добавкой 0,5 % гафния......................................................................... 113 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Взаимосвязь микроструктуры с ударной вязкостью металлов сварного шва трубных высокопрочных низколегированных сталей (обзор исследований).............................................................................................................................................. 129 Патил Н.Г., Сараф А.Р., Кулкарни А.П. Полуэмпирическое моделирование температуры резания и шероховатости поверхности при точении конструкционных материалов твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN.......................................................................................................................................................................... 155 Савант Д., Булах Р., Джатти В., Чинчаникар С., Мишра А., Сефене Э.М. Исследование электроэрозионной обработки криогенно обработанных бериллиево-медных сплавов (BeCu)................................................................... 175 Карлина А.И., Кондратьев В.В., Сысоев И.А., Колосов А.Д., Константинова М.В., Гусева Е.А. Исследование влияния комбинированного модификатора из отходов кремниевого производства на свойства серых чугунов................................................................................................................................................................................. 194 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 212 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 223 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 06.03.2024. Выход в свет 15.03.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 28,0. Уч.-изд. л. 52,08. Изд. № 15. Заказ 84. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 1 2024 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. 26 No. 1 2024 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, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 1 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kuts V.V., Oleshitsky A.V., Grechukhin A.N., Grigorov I.Y. Investigation of changes in geometrical parameters of GMAW surfaced specimens under the infl uence of longitudinal magnetic fi eld on electric arc....................................... 6 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Optimization of selective laser melting modes of powder composition of the AlSiMg system................................................................. 22 Gubin D.S., Kisel’ A.G. Features of calculating the cutting temperature during high-speed milling of aluminum alloys without the use of cutting fl uid............................................................................................................................................. 38 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Borisov M.A., Lobanov D.V., Zvorygin A.S., Skeeba V.Y. Adaptation of the CNC system of the machine to the conditions of combined processing...................................................................................................................................... 55 Nosenko V.A., Bagaiskov Y.S., Mirocedi A.E., GorbunovA.S. Elastic hones for polishing tooth profi les of heat-treated spur wheels for special applications..................................................................................................................................... 66 Podgornyj Y.I., Skeeba V.Y., Martynova T.G., Lobanov D.V., Martyushev N.V., Papko S.S., Rozhnov E.E., Yulusov I.S. Synthesis of the heddle drive mechanism....................................................................................................... 80 MATERIAL SCIENCE Ragazin A.A., Aryshenskii V.Y., Konovalov S.V., Aryshenskii E.V., Bakhtegareev I.D. Study of the eff ect of hafnium and erbium content on the formation of microstructure in aluminium alloy 1590 cast into a copper chill mold............................................................................................................................................................................ 99 Zorin I.A., Aryshenskii E.V., Drits A.M., Konovalov S.V. Study of evolution of microstructure and mechanical properties in aluminum alloy 1570 with the addition of 0.5 % hafnium........................................................................... 113 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Relationship between microstructure and impact toughness of weld metals in pipe high-strength low-alloy steels (research review)..................... 129 Patil N.G., Saraf A.R., Kulkarni A.P Semi empirical modeling of cutting temperature and surface roughness in turning of engineering materials with TiAlN coated carbide tool................................................................................. 155 Sawant D., Bulakh R., Jatti V., Chinchanikar S., Mishra A., Sefene E.M. Investigation on the electrical discharge machining of cryogenic treated beryllium copper (BeCu) alloys........................................................................................ 175 Karlina A.I., Kondratiev V.V., Sysoev I.A., Kolosov A.D., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Study of the eff ect of a combined modifi er from silicon production waste on the properties of gray cast iron................................................. 194 EDITORIALMATERIALS 212 FOUNDERS MATERIALS 223 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 66 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Эластичные хоны для полирования профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения Владимир Носенко 1, a, *, Юрий Багайсков 1, b, Алексей Мироседи 1, c, Александр Горбунов 2, d 1Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, ул. Энгельса 42а, г. Волжский, 404120, Россия 2Акционерное общество «Авиационные редукторы и трансмиссии – Пермские моторы», ул. Героев Хасана, 105г, г. Пермь, 614025, Россия а https://orcid.org/0000-0002-5074-1099, vladim.nosenko2014@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0002-2255-6064, bagaiskov@bk.ru; c https://orcid.org/0009-0001-8252-3299, mirosedy.ae@gmail.com; d https://orcid.org/0009-0001-5780-8508, gorbunov-as@reductor-pm.com Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 1 с. 66–79 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-66-79 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК621.91 История статьи: Поступила: 15 ноября 2023 Рецензирование: 07 декабря 2023 Принята к печати: 16 января 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2024 Ключевые слова: Хоны Хонингование Зубчатое колесо Рецептура Технология изготовления Морфология Химический состав Финансирование Исследование выполнено на основании договора № Р0111У2023 – 13/46-23 от 15.02.2023, заказчик АО «Авиационные редукторы и трансмиссии – Пермские моторы» (АО «Редуктор – ПМ»). Благодарности Авторы выражают благодарность к.т.н., доценту кафедры «Химическая технология полимеров и промышленная экология» ВПИ (филиал) ВолгГТУ А.Ф. Пучкову за поддержку и оценку работоспособности модельной пресс-формы. АННОТАЦИЯ Введение. Важнейшей составляющей технологического процесса изготовления зубчатых колес ответственных изделий является операция хонингования зубьев. Особые требования предъявляют к качеству поверхности зубчатых колес специального назначения, где применяли импортные абразивные инструменты, поставки которых в современных экономических условиях невозможны. Цель работы: разработка рецептуры, технологической оснастки и технологии изготовления эластичных алмазных зубчатых хонов взамен импортных для хонингования зубьев зубчатых колес специального назначения. Методы исследования. Предметом исследования являются образцы импортных эластичных хонов и создаваемые отечественные аналоги. Определяли механические свойства, морфологию и химический состав абразивного (алмазного) слоя рабочей поверхности зубьев и зубчатого венца. Содержание химических элементов контролировали в отдельных точках поверхности и сканированием по площади на растровом электронном микроскопе. Определяли рецептуру и технологию производства зубчатых хонов. Результаты и обсуждение. Разработаны конструкции пресс-форм для формообразования абразивного слоя и ступицы зубчатого хона. Выявлены особенности морфологии материала рабочего слоя и зубчатого венца эластичного алмазного хона. На основании проведенных исследований определены отечественные аналоги материалов составляющих элементов хона. Рассматривали две технологии изготовления: методом прессования и литья под давлением. Для отработки технологии изготовлены две пресс-формы: упрощенная модель, состоящая из двух зубьев, и круглая прессформа. Анализировали несколько способов изготовления зубьев хона: изготовление абразивного слоя с предварительной вулканизацией различной степени, последующим введением материала зубчатого венца и окончательной вулканизацией всего изделия. Определяли механические показатели материалов рабочего абразивного слоя и зубчатого венца. Исследовали химический состав составляющих хона и пограничной зоны. В результате проведенных исследований даны рекомендации по рецептуре абразивного слоя и зубчатого венца, а также по технологии изготовления зубчатого хона, предназначенного для окончательной обработки зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения. Для цитирования: Эластичные хоны для полирования профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения / В.А. Носенко, Ю.С. Багайсков, А.Е. Мироседи, А.С. Горбунов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 66–79. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-66-79. ______ *Адрес для переписки Носенко Владимир Андреевич, д.т.н., профессор Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, ул. Энгельса, 42а, 404120, г. Волжский, Россия Тел.: +7 904 403-31-74, e-mail: vladim.nosenko2014@yandex.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 67 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Введение Зубохонингование – это операция окончательной обработки профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес из легированных конструкционных сталей с твердостью HRCЭ50-68 [1–3]. Зубчатый хон (абразивный шевер) представляет собой зубчатое колесо, рабочий венец которого изготовлен из композиционного материала на основе связки и абразивных материалов. Ступица хона обычно металлическая, из стали или алюминиевого сплава. Материал венца зубчатого хона состоит из связующего и режущих элементов – абразивных порошков определенной зернистости из различных абразивных материалов. Применение хонов способствует увеличению нагрузочной способности колес на 15–20 %, а долговечности – в 1,5–2,5 раза. Наибольшее распространение зубчатые хоны получили при обработке закаленных зубчатых колес 7–9-й степени точности. Структурно-механические характеристики композиционного материала зубчатых хонов во многом определяют их работоспособность [4–6]. Величины этих показателей (прочность при разрыве и изгибе, ударная вязкость, модуль упругости, твердость) зависят от материала связки, технологических методов изготовления хонов, материала и зернистости шлифовальных порошков. Абразивные зубчатые хоны изготавливают методом свободного литья или литья под давлением. В качестве связующих абразивно-полимерных композиций применяют эпоксидные смолы и акриловые пластмассы с различными пластификаторами и модификаторами. Кроме хонов на жестких связках с модулем упругости 3000–6000 МПа применяют эластичные хоны на полиуретановой, акрило-полиуретановой и гидроксиуретановой связках, модуль упругости которых составляет 1100–1200 МПа. Повышенную упругость материалу хонов придает полиуретан СКУ-ПФЛ и другие сополимеры на уретановой основе [7, 8]. Исходя из требований к обработке зубчатых колес 7–9-й степени точности, хоны изготавливают из различных абразивных материалов – например, электрокорунда белого зернистостью F60–F90. Для обеспечения необходимой плотности и прочности материала хона дополнительно вводят до 20 % шлифовальных порошков зернистостью F150–F180. Такой инструмент обеспечивает снижение погрешностей зубчатых колес прежде всего за счет перераспределения их величин – например, колебания измерительного межцентрового расстояния, погрешности профиля, повышения качества боковых поверхностей зубьев, снижения шума в зацеплении обработанных колес [3, 9]. Кроме зубчатых хонов, имеющих в качестве режущих элементов шлифовальные порошки из классических абразивных материалов, при зубохонинговании применяют алмазные зубчатые хоны. Алмазоносный слой изготавливают на металлической и полимерных каучуковых связках [4, 10]. Безалмазная основа хонов может быть металлической (на основе цветных сплавов) и каучуковой (эластичные хоны). Для полирования зубчатых колес 5–6-й степени точности используют алмазные порошки с размером зерен основной фракции 28–20 мкм [11, 12]. Алмазные инструменты широко применяются в металлообработке при черновом [12], чистовом и прецизионном шлифовании [13–15]. Отдельные виды алмазного инструмента обеспечивает шероховатость на уровне операций полирования [16–19]. В производстве автомобилей, станков, авиационной и космической техники на операциях финишной обработки высокоточных зубчатых колес широкое распространение получили специальные алмазные и абразивные инструменты [20–22]. Например, для полирования поверхностей зубьев после шлифования используют импортные эластичные хоны [8]. Санкционная политика Запада существенно ограничила доступ российских производителей к импортному инструменту, отдельные позиции такого инструмента получить невозможно. В частности, это касается алмазных хонов для полирования зубчатых колес специального назначения. Цель исследования: разработка рецептуры, технологической оснастки и технологии изготовления эластичных алмазных зубчатых хонов взамен импортных для хонингования зубьев зубчатых колес специального назначения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи. 1. На основании результатов обзора литературы, исследований механических свойств, мор-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 68 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ фологии и химического состава анализируемого хона определить предполагаемые материалы абразивного слоя и зубчатого венца. 2. Разработать и изготовить оснастку для формования лабораторных образцов зубчатого хона. 3. На основании результатов лабораторных исследований разработать рецептуру и технологию изготовления эластичных зубчатых хонов для хонингования зубьев зубчатых колес специального назначения. Методика исследований В качестве объектов исследования использовали образцы импортных хонов и создаваемых аналогов. Исследовали механические свойства, морфологию и химический состав алмазного и абразивного слоя рабочей поверхности зубчатого хона и зубчатого венца. Морфологию и химический состав исследовали на растровом двухлучевом электронном микроскопе Versa 3DFEI. Для исследования морфологии образцов использовали также оптический микроскоп «Альтами» СМ0870-Т с камерой высокого разрешения. Каучуковые смеси изготавливали на валках модели Л16М. Диаметр валков 100 мм. Скорость вращения и зазоры между валками регулируемые. Разрабатываемые композиции отечественных аналогов хонов на алмазной, абразивной и безабразивной основе формовали с последующей вулканизацией на прессе горячего прессования модели PHG60-212/4. Образцы изготавливали в форме дисков диаметром 50 мм высотой 6–8 мм и пластин различных размеров той же высоты. Из пластин с помощью штампов на вырубной установке изготавливали образцы-«восьмерки» для испытаний на разрыв. Испытания выполняли на лабораторной установке модели РМИ-60. Образцы-диски предназначены для определения твердости по Шору на приборе модели LAC-J. В качестве абразивного материала использовали шлифовальные порошки карбида кремния зеленого 64С и алмазные синтетические порошки марки АСМ зернистостью 28/20. Результаты и их обсуждение Импортный образец эластичного алмазного хона состоит из алмазоносного слоя (рабочая часть) и безалмазного зубчатого венца (далее – зубчатый венец). Зубчатый венец крепится к ступице из дюралюминия. Фрагмент рабочей поверхности зубьев хона после правки алмазным инструментом и хонингования зубчатого колеса показан на рис. 1. Рис. 1. Фрагмент рабочей поверхности зубьев хона Fig. 1. Fragment of the working surface of the hone teeth Твердость алмазоносного слоя на боковых поверхностях зубьев хона составляет 95–98 единиц по Шору. Твердость материала зубчатого венца – 85–90 единиц. Морфологию и химический состав исследовали на фрагменте зуба рабочей части хона, из которого вырезали поперечные сечения толщиной 5 мм. По наружному контуру зуба (рис. 2, а) выделяется алмазоносный слой. Под ним находится материал зубчатого венца. В подавляющем большинстве исследованных сечений материалы имеют хорошо выраженную границу раздела. Об этом свидетельствует и состояние границы раздела, полученное при 50-кратном увеличении (рис. 2, б). В нижней части зуба исследуемого алмазного хона после его правки толщина левого алмазоносного слоя достигает 2,9 мм и снижается до 2,7–2,6 мм к вершине зуба (рис. 2, а). Толщина правого алмазоносного слоя на этой же высоте зуба – около 2,4 мм. Отличия в толщинах алмазоносного слоя по зубьям хона в среднем достигают 50 %.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 69 EQUIPMENT. INSTRUMENTS а б Рис. 2. Поперечное сечение зуба хона при увеличении 15× (а) и 50× (б) Fig. 2. Cross section of a hone tooth at magnifi cation of 15× (a) and 50× (b) На отдельных фотографиях в алмазоносном слое и в материале зубчатого венца обнаружены трещины (рис. 3, а); встречаются алмазоносные слои измененной структуры, сформированные на участке перехода от корня зуба к основной части хона (рис. 3, б, в). Можно предположить, что при температуре около 170 °С в результате перемещения более подвижного жидкого материала зубчатого венца происходит захват части алмазоносного слоя и перенос его в образовавшееся пространство на уровне ножки зуба. В этом случае толщина алмазоносного слоя может изменяться существенно. В большей части анализируемых сечений зуба искажений алмазного слоя нет. Между материалом зубчатого венца и алмазоносным слоем у корня зуба сформирована достаточно четкая граница. Расслоения по границе раздела встречаются редко, в основном у корня зуба хона. Морфологию и химический состав материала хона исследовали на растровом двухлучевом электронном микроскопе. На рис. 4, а приведена электронная фотография поперечного сечения зубчатого венца. На поверхности выделяются крупные белые пятна и более мелкие темные фрагменты, являющиеся пустотами (лунками). а б в Рис. 3. Поперечное сечение зубьев хона с нарушениями целостности поверхности Fig. 3. Cross-section of honе teeth with surface integrity failures
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 70 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ а б Рис. 4. Поперечное сечение зубчатого венца (а) и фрагмент области Area этого сечения (б) Fig. 4. Annular gear cross section (a) and a fragment of the “Area” of this cross section (b) Лунки образовались в результате удаления порошка алюминия при отрезке исследуемой пластины от основного материала зубчатого хона. Химический состав исследовали в области Area, выделенной прямоугольником. Данная область представлена на рис. 4, б. Химический состав зубчатого венца хона определяли методом сканирования по площади поверхности включений материала серого цвета (Area 1) и участка поверхности без видимых включений (Area 2). Точечный анализ проводили в области Spot 1 и Spot 2. Независимо от размера площади анализируемой поверхности диаметр электронного зонда составлял 50 нм. При сканировании поверхности количество измерений (точек) в выделенных областях принято равным 400. Основным химическим элементом на рентгенограммах в точках Spot 1, Spot 2 и поверхности Area 1 является Al. В качестве примера на рис. 5, а приведена рентгенограмма, полученная при сканировании поверхности Area 1. Аналогичные рентгенограммы получены в точках Spot 1 и Spot 2. Состав материала зубчатого венца определяли на поверхности Area 2 (рис. 4, б). Площадь поверхности выбранного участка – около 2600 мкм2. Рентгенограмма поверхности показана рис. 5, б. а б Рис. 5. Рентгенограммы объектов (см. рис. 4, б): а – Spot 1; б – Area 2 Fig. 5. X-ray radiographs of the objects in fi gure 4, б: a – Spot 1; б – Area 2
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 71 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Химический состав объектов (см. рис. 4, б) Chemical composition of the objects (see fi gure 4, b) Объект / Object Element Weight, % Atomic, % Error, % Spot 1 OK 3,1 5,1 9,4 AlK 96,9 94,9 1,5 Spot 2 AlK 100,0 100,0 1,6 Area 1 AlK 100,0 100,0 1,6 Area 2 CK 56,8 75,8 10,6 OK 8,4 8,4 12,7 ZnL 5,2 1,3 8,5 MgK 1,6 1,1 9,6 SK 11,6 5,8 3,2 ClK 16,7 7,6 3,2 Основным химическим элементом анализируемых объектов является углерод – почти 57 % (см. таблицу). Далее следуют хлор (17 %), сера (12 %), кислород (8 %), цинк (5 %) и магний (около 1,6 %). По химическому составу данный материал в большей степени соответствует хлоропреновому каучуку. Близким по химическому составу является и бутадиен-нитрильный каучук. Принципиальных различий между составами алмазоносного слоя и материала зубчатого венца не установлено. В составе алмазоносного слоя содержится в среднем на 1,5–2,0 % больше серы, что согласуется с его более высокой твердостью по сравнению с твердостью материала зубчатого венца. Можно предположить, что основой алмазоносного слоя и зубчатого венца являются два близких по химическому составу материала, например, хлоропреновый и бутадиен-нитрильный каучуки, с добавлением различных наполнителей (связующие, мягчители, стабилизаторы, ускорители, вулканизаторы и др.). Для алмазоносного слоя и материала зубчатого венца данный каучук с наполнителями является связкой. В первом случае связка скрепляет и удерживает алмазные или абразивные зерна (порошки), во втором – алюминиевый порошок (ГОСТ 6058– 2022). Алюминиевый порошок в составе материала зубчатого венца выполняет контрольную функцию и определяет ресурс работы алмазного хона. Появление на темной рабочей поверхности зубьев хона светлых пятен включений алюминиевого порошка свидетельствует об износе алмазоносного слоя и необходимости смены абразивного инструмента. Из предложенных материалов с использованием наполнителей на основании исследований твердости и прочности на разрыв определили оптимальный диапазон компонентов материала абразивного слоя и зубчатого венца. Твердость по Шору образцов с абразивом составляет 93–95 единиц, с алюминиевым порошком – 85–88 единиц, прочность на разрыв – 14 МПа и 11 МПа соответственно. Для реализации различных технологических схем изготовления хона разработана и сделана специальная пресс-форма, состоящая из двух зубьев. Перед формованием абразивного слоя (рис. 6, а) с пресс-формы снимали верхнюю плиту 1. Пресс-форма будет иметь вид, показанный на рис. 6, б в центре. К пресс-форме винтами прикрепляли боковую плиту 2 (рис. 6, а). Подготовленные пластины материала абразивного
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1