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 155 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Полуэмпирическое моделирование температуры резания и шероховатости поверхности при точении конструкционных материалов твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN Нилеш Патил 1, a, *, Атул Сараф 2, b, Атул Кулкарни 3, c 1 Технологический институт Маратвада, Аурангабад-431010, штат Махараштра, Индия 2 Национальный технологический институт Сардара Валлабхбая, Сурат, Гуджарат 395007, Индия 3 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне – 411048, штат Махараштра, Индия a https://orcid.org/0000-0002-4884-4267, nileshgpatil@rediff mail.com; b https://orcid.org/0000-0003-4776-6874, atul.saraf001@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0002-6452-6349, atul.kulkarni@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 1 с. 155–174 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-155-174 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9:531.3 История статьи: Поступила: 20 сентября 2023 Рецензирование: 31 октября 2023 Принята к печати: 22 января 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2024 Ключевые слова: Полуэмпирическая модель Регрессионная модель Температура Шероховатость поверхности АННОТАЦИЯ Введение. В производстве получение заданной шероховатости поверхности обрабатываемых деталей имеет большое значение для выполнения функциональных требований. Однако на шероховатость поверхностей оказывает существенное влияние тепло, выделяемое в процессе обработки, что может привести к снижению размерной точности. Шероховатость поверхности существенно влияет на усталостные характеристики детали, а срок службы режущего инструмента определяется температурой резания. Цель работы. Целью данного исследования является создание полуэмпирических моделей для прогнозирования шероховатости поверхности и температуры различных рабочих материалов. Повышение производительности резания достигается за счет точного определения температуры резания в обрабатываемой зоне. Однако расчет температуры резания для каждого конкретного случая сопряжен с трудностями с точки зрения трудовых ресурсов и финансовых вложений. В этой статье представлена комплексная эмпирическая формула, предназначенная для прогнозирования как теоретической температуры, так и шероховатости поверхности. Методика. Показатели шероховатости поверхности и температуры оценивались для материалов EN 8, Al 380, SS 316 и SAE 8620 при их обработке твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN. Покрытие TiAlN было получено методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Для подготовки прогнозирующих моделей использовалась методология поверхности отклика. Скорость резания (от 140 до 340 м/мин), подача (от 0,08 до 0,24 мм/об) и глубина резания (от 0,6 до 1 мм) использовались в качестве входных параметров для измерения характеристик всех материалов с точки зрения шероховатости поверхности и температуры резки. Температуру на границе раздела стружка-инструмент определяли с помощью термопары. Для установления связи между электродвижущей силой (ЭДС), возникающей во время обработки, и температурой резания была разработана новая калибровочная установка. Результаты и обсуждение. Было замечено, что энергия, необходимая для механической обработки, в значительной степени преобразовалась в тепло. Самая высокая температура резания была зафиксирована при обработке стали SS 316, а затем стали SAE 8620 и стали EN 8. Однако при обработке AL 380 наблюдалась низкая температура, которая в основном определялась теплопроводностью материала. Самая низкая шероховатость поверхности наблюдалась у материалов SAE 8620, EN 8, а затем SS 316 и AL 380. Полуэмпирический метод и уравнения регрессионной модели хорошо соответствовали друг другу. Статистический анализ нелинейной оценки показывает, что скорость резания, подача и плотность материала в большей степени влияют на шероховатость поверхности, тогда как глубина резания в большей степени влияет на изменение температуры. Исследование будет очень полезно для прогнозирования производительности в промышленности при обработке материалов EN 8, AL 380, SS 316 и SAE 8620 твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN. Для цитирования: 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 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 155–174. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-155-174. ______ *Адрес для переписки Кулкарни Атул П., к.т.н., профессор Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне – 411048, штат Махараштра, Индия Тел.: 91-2026950419, e-mail: atul.kulkarni@viit.ac.in
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 156 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Список условных обозначений List of symbols Обозначение / Symbol Описание / Description f Подача, мм Vc Скорость резания, мм/мин doc Глубина резания, мм Ra Шероховатость поверхности, мкм MRR Скорость съема материала, мм3/оборот HSM Высокоскоростная обработка Fc Сила резания, Н ρ Плотность, кг/м3 Cp Удельная теплоёмкость, Дж/кг ∙ К K Теплопроводность, Вт/м ∙ К σ Предел текучести, Н/м2 α Коэффициент линейного расширения, мм/м ∙ К Ɵ Температура, °С SS 316 Нержавеющая сталь SS 316 SAE 8620 Конструкционная легированная сталь SAE 8620 EN 8 Конструкционная сталь EN 8 Al 380 Алюминиевый сплав Ø Постоянная Пи-теоремы a1 a2 a3 a4 a5 Энергетические показатели b1 b2 b3 b4 b5 Энергетические показатели M L T Ɵ Габариты CBN Кубический нитрид бора RSM Методология поверхности отклика CCD Центральный композиционный план ANN Нейронная сеть искусственного интеллекта LM Левенберг – Марквардт
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 157 MATERIAL SCIENCE Введение Чистовая обработка поверхности имеет решающее значение для обеспечения качества, поскольку она напрямую влияет на внешний вид, функциональность и эксплуатационные качества обрабатываемых компонентов. Точная механическая обработка имеет большое значение, особенно в аэрокосмической и медицинской промышленности, где требуется определенная обработка поверхности для снижения трения, повышения износостойкости или улучшенной коррозионной стойкости. Влияние качества поверхности на трибологические характеристики, такие как трение и смазывание, имеет решающее значение для достижения максимальной производительности и долговечности. Повышение температуры во время обработки оказывает существенное влияние на износ инструмента, целостность материала и точность размеров. Контроль температуры имеет решающее значение для продления срока службы инструмента и поддержания структурной целостности обрабатываемых деталей. Прогнозное моделирование оптимизирует процессы, определяя оптимальные параметры для экономии затрат за счет увеличения срока службы инструмента, снижения процента брака и повышения эффективности. Использование смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при токарной обработке деталей высокой твердости не рекомендовано, так как при повышенных температурах при обработке СОЖ материалов твердостью от 48 до 68 HRC в зоне резания начинается кипение. Явление кипения способствует термическим деформациям, тем самым снижая как Ra (шероховатость поверхности), так и срок службы режущего инструмента [1]. В случае обработки различных материалов их обрабатываемость оценивалась с использованием определенных параметров процесса, таких как стойкость инструмента, скорость съема материала, сила резания, энергопотребление, морфология стружки и шероховатость обработанной поверхности. Использование высокоскоростной обработки (HSM) при сохранении целостности поверхности и соблюдении пределов допусков требует оптимального согласования таких факторов, как сила резания (Fc), параметров процесса и станка. Правильное сочетание этих параметров имеет решающее значение для повышения эффективности высокоскоростной обработки без снижения качества обрабатываемых поверхностей или превышения установленных пределов допуска. Этот баланс гарантирует, что процесс обработки на высоких скоростях будет протекать без ущерба для точности и качества поверхности, что способствует общему успеху операций высокоскоростной обработки [2]. Чжао и др. (Zhao et al.) [3] измерили температуру резания Inconel 718 при помощи двухцветного инфракрасного термометра инструментом, упрочненным керамическими нитевидными кристаллами, и пришли к выводу, что большое количество тепла, выделяемого во время обработки, ухудшает качество поверхности обрабатываемого материала. Из-за повышения температуры в зоне резания во время механической обработки качество поверхности ухудшалось [4]. Высокий износ инструмента и температура, повышающаяся в процессе обработки закаленной стали AISI 4340, могут быть устранены с помощью биоСОЖ [5]. Для суперсплавов необходимы постмеханические операции для улучшения качества поверхности [6]. Кумар и др. (Kumar et al.) [7] сравнили модель на основе метода поверхности отклика (RSM) с моделью на основе метода, использующего искусственные нейронные сети (ANN), для анализа характеристик при точении стали AISI D2 и пришли к выводу, что прогнозная модель на основе RSM является более точной по сравнению с моделью ANN для прогнозирования качества поверхности и температуры резания. Госай (Gosai) и Бхавсар (Bhavsar) [8] использовали математические модели и уравнения, сгенерированные RSM на основе CCD для прогнозирования температуры резания. Скорость съема материала в процессе токарной обработки была выше по сравнению с другими традиционными процессами механической обработки. Абханг и др. (Abhang et al.) [9] экспериментально измерили температуру сплава EN-31 при токарной обработке пластинами из карбида вольфрама, используя метод естественной термопары. Подача f оказывает существенное влияние на шероховатость поверхности: при увеличении f шероховатость увеличивается, а при увеличении Vc шероховатость уменьшается [10–12]. Бхопале и др. (Bhopale et al.) [13] использовали RSM с CCD для точения аустенизирован-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 158 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ного высокопрочного чугуна твердосплавным инструментом и обнаружили, что Vc оказывает более существенное влияние на шероховатость поверхности. Ауичи и др. (Aouici et al.) [14] использовали эльборовый инструмент для точения стали AISI H11, а также математическую модель на основе RSM для Ra и Fc, однако при обработке материалов, армированных частицами, морфология поверхности была изменена. Лонгботтом (Longbottom) и Лэнхэм (Lanham) [15] провели обзор устройств для измерения температуры и обнаружили, что измеряемая температура варьировалась в разных местах. Коркут и др. (Korkut et al.) [16] сопоставили модель ANN и модель RA и обнаружили, что обучающая модель ANN с алгоритмом LM продемонстрировала более высокую скорость прогнозирования и была полезна при измерении температуры резания при проверке квалифицированным методом RA при механической обработке. Дхар (Dhar) и Камруззаман (Kamruzzaman) [17] обнаружили, что повышение температуры значительно влияет на износ инструмента и шероховатость поверхности, а использование криогенного охлаждения дает хорошие результаты. Патил (Patil) и Брахманкар (Brahmankar) [18] разработали модель для шероховатости поверхности, учитывающую входные параметры, свойства материала, размер керамических частиц и их объемную долю, и обнаружили, что объемная доля и размер частиц существенно влияют на выходные параметры, а также что присутствие керамических частиц влияет на шероховатость поверхности. Патель (Patel) и Киран (Kiran) [19] использовали линейную регрессионную модель для анализа оценки шероховатости поверхности при обработке стали AISI 1040. Патель (Patel) и Ганди (Gandhi) [20] обрабатывали сталь AISI D2 эльборовым инструментом и разработали математическую модель, основанную на одновременном воздействии f, Vc и радиуса закругления вершины режущего инструмента и хорошо совпадающую с экспериментальными значениями. Однако никто из них не взял более одного материала для экспериментов, за исключением Родригеса и др. (Rodriguez et al.) [21], использовавших материалы SS 304, 316L и 420 для точения и разработавших модель температуры резания с учетом теплопроводности и максимальной прочности. Согласно рассмотренной литературе, параметры резания, в частности скорость резания и подача, оказывают существенное влияние на температуру поверхности контакта стружки с инструментом. Были разработаны различные прогнозные модели, но каждая модель предсказывала результаты в определенной области параметров. Кроме того, сообщалось о нескольких исследованиях влияния параметров резания и покрытия TiAlN на температуру резания и шероховатость поверхности при точении материалов EN 8, Al 380, SS 316 и SAE 8620. В настоящем исследовании для измерения температуры была разработана наиболее простая и экономичная методика, предполагающая использование естественной термопары. Далее были разработаны модели поверхности отклика для температуры резания и шероховатости этих материалов, изучено влияние технологических параметров и теплофизических свойств материалов обрабатываемых деталей на параметры отклика, а также разработана полуэмпирическая модель для прогнозирования температуры резания и шероховатости поверхности. Материалы и методы Результаты эксперимента были получены на токарном станке с ЧПУ. Параметры Vc, f и doc были тремя регулируемыми факторами при токарной обработке. В настоящей работе использовали заготовки из четырех материалов, а именно из мягкой стали EN 8 диаметром 75 мм, из алюминиевого сплава Al 380 диаметром 50 мм, из нержавеющей стали SS 316 диаметром 75 мм и из низколегированной стали SAE 8620 диаметром 75 мм. Длина каждой заготовки составляла 300 мм, и все они были обработаны механически. Для определения химического состава вышеуказанных материалов был проведен спектроскопический анализ, результаты которого представлены в табл. 1. Поскольку в литературе указано, что твердосплавный инструмент с TiAlN-покрытием имеет минимальную Ra и износ инструмента, то в работе использовали твердосплавные пластины с покрытием Sandvik PVD (TiAlN) с восемью режущими кромками, обозначенными маркой CNMG-120408 MS PR1310 (радиус закругления вершины 0,8 мм) в течение 20 испытаний в сухих условиях. Место контакта инструмента и заготовки во время обработки было горячим, в то
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 159 MATERIAL SCIENCE время как угольная щетка, касающаяся заготовки, оставалась холодной. Заготовка была установлена в трехкулачковый патрон, между заготовкой и патроном была предусмотрена изоляция. Экспериментальная установка, калибровочная установка для измерения температуры и материал заготовки показаны на рис. 1, а, б и в соответственно. Параметры резания, используемые для механической обработки, приведены в табл. 2. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав рабочего материала Chemical composition of work material Элемент, % SS 316 EN 8 SAE 8620 Al 380 C 0,07 0,39 0,22 – Mn 0,16 0,87 0,8 0,5 Si 0,9 0,22 0,28 8,5 P 0,05 0,04 0,031 – S 0,02 0,05 0,04 – Cr 18,50 – 0,49 – Mo 2,25 – 0,22 – Ni 12,23 – 0,52 0,5 Mg – – – 0,1 Cu – – – 3,6 Sn – – – 0,35 Zn – – – 3 Fe Остальное Остальное Остальное 1,3 Al – – – Остальное Результаты и их обсуждение Для основных экспериментов использовался центральный композитный план метода поверхности отклика. В табл. 3 приведены результаты экспериментов. Целью экспериментального анализа было определить значимый фактор, который оказывает большее влияние на переменные отклика, и разработать обобщенную эмпириче- a б в Рис. 1. Установка для механической обработки (а); установка для калибровки температуры (б); рабочие материалы (в) Fig. 1. Machining setup (a); temperature calibration setup (б); work materials (в)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 160 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Параметры процесса и экспериментальные уровни Process parameters and experimental levels Параметры / Уровни L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 Vc, м/мин 140 190 240 290 340 f, мм/об 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 doc, мм 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Т а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Экспериментальные данные по Ra и температуре для материалов SS 316, EN 8, SAE 8620 и Al 380 Experimental data of Ra and temperature for SS 316, EN 8, SAE 8620 and Al 380 materials Нормер прохода Скорость, Vc, м/мин Подача, f, мм/об doc, d, мм SS 316 Ra EN 8 Ra SAE 8620 Ra Al 380 Ra SS 316 темп. EN 8 темп. SAE 8620 темп. Al 380 темп. 1 190 0,12 0,7 0,73 0,84 0,63 2,88 635 636 629 243 2 290 0,12 0,7 0,56 0,66 0,50 1,73 812 657 733 264 3 190 0,2 0,7 1,39 1,54 1,60 3,56 643 654 648 247 4 290 0,2 0,7 1,22 1,31 1,25 2,24 997 672 741 318 5 190 0,12 0,9 0,74 0,92 0,55 2,95 782 647 675 236 6 290 0,12 0,9 0,62 0,74 0,59 1,93 1082 665 782 271 7 190 0,2 0,9 1,47 1,6 1,42 4,08 815 664 735 274 8 290 0,2 0,9 1,27 1,42 1,27 2,52 1157 679 818 334 9 140 0,16 0,8 1,08 1,32 1,12 4,25 732 644 595 229 10 340 0,16 0,8 0,78 1,03 0,80 1,86 1243 689 837 323 11 240 0,08 0,8 0,3 0,59 0,47 2,01 619 629 625 216 12 240 0,24 0,8 1,86 2,06 1,96 2,92 883 666 718 306 13 240 0,16 0,6 0,91 0,92 0,98 2 646 644 693 289 14 240 0,16 1 1,07 1,02 1,04 2,88 1082 653 791 310 15 240 0,16 0,8 1,01 0,95 0,99 2,12 805 649 704 283 16 240 0,16 0,8 0,92 1 0,96 2,24 766 642 694 291 17 240 0,16 0,8 0,93 0,94 1,00 2,31 775 644 699 293 18 240 0,16 0,8 0,99 0,94 1,00 2,09 764 645 701 296 19 240 0,16 0,8 0,96 0,94 1,00 2,1 769 644 703 298 20 240 0,16 0,8 0,98 0,95 1,00 2,08 765 643 701 297 скую модель для прогнозирования шероховатости поверхности и температуры, генерируемых с использованием π-теоремы Бекингема. Статистический анализ шероховатости поверхности и повышения температуры был проведен с использованием RSM. Основной целью данной статьи является разработка полуэмпирических формул с использованием метода Левенберга – Марквардта для прогнозирования шероховатости поверхности и температуры различных материалов. С использованием значений из табл. 2 были составлены
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1