Том 26 № 2 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 № 2 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Гайквад В., Чинчаникар С. Исследования соединений AA7075, сваренных трением с перемешиванием и ультразвуковым воздействием: механические свойства и анализ разрушения.......................................................... 6 Сирота В.В., Зайцев С.В., Лимаренко М.В., Прохоренков Д.С., Лебедев М.С., Чуриков А.С., Даньшин А.Л. Получение покрытий с высокой инфракрасной излучательной способностью............................................................ 23 Бабаев А.С., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Шевчук А.С., Овчаренко В.А., Сударев Е.А. Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD).......................................................................................................................... 38 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Влияние режимов лазерной наплавки на геометрические размеры стального трека......................................................................................................................... 57 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Оценка сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей электродов для сварки трубных деталей и сборочных единиц поверхностей теплообмена котлоагрегатов.................................................................... 71 Янпольский В.В., Иванова М.В., Насонова А.А., Янюшкин А.С. Определение скорости электрохимического растворения стали У10А в условиях ЭХРО с неподвижным катодом-инструментом................................................. 95 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Изучение отображения вибрационных возмущений в геометрии формируемой резанием поверхности при точении................................................................................................................ 107 Гасанов Б.Г., Конько Н.А., Баев С.С. Исследование кинетики формообразования деталей сферического подшипника скольжения из коррозионно-стойких сталей, полученных объемной штамповкой пористых заготовок............................................................................................................................................................................... 127 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Моисеев Д.В., Гамалеева Е.И. Влияние динамических характеристик процесса резания на шероховатость поверхности детали при токарной обработке..................................................... 143 Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Голюшов И.С., Смирнов В.М., Зверев Е.А. Моделирование конструкций сборного абразивного инструмента................................................................................................................................................... 158 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ерошенко А.Ю., Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Шаркеев Ю.П. Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии................................................... 174 Базалеева К.О., Сафарова Д.Э., Понкратова Ю.Ю., Луговой М.Е., Цветкова Е.В., Алексеев А.В., Железный М.В., Логачев И.А., Басков Ф.А. Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23............................................................ 186 Ефимович И.А., Золотухин И.С. Температуры окисления инструментальных вольфрамокобальтовых твердых сплавов.................................................................................................................................................................................. 199 Прибытков Г.А., Барановский А.В., Фирсина И.А., Акимов К.О., Кривопалов В.П. Исследование железоматричных композитов с карбидным упрочнением, полученных спеканием механоактивированных смесей титанидов железа с углеродом........................................................................................................................................... 212 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 224 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 235 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 03.06.2024. Выход в свет 14.06.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 29,5. Уч.-изд. л. 54,87. Изд. № 73. Заказ 135. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 2 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. 2 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. 2 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Gaikwad V., Chinchanikar S. Investigations on ultrasonic vibration-assisted friction stir welded AA7075 joints: Mechanical properties and fracture analysis........................................................................................................................ 6 Sirota V.V., Zaitsev S.V., Limarenko M.V., Prokhorenkov D.S., Lebedev M.S., Churikov A.S., Dan'shin A.L. Preparation of coatings with high infrared emissivity.......................................................................................................... 23 Babaev A.S., Kozlov V.N., Semenov A.R., Shevchuk A.S., Ovcharenko V.A., Sudarev E.A. Investigation of cutting forces and machinability during milling of corrosion-resistant powder steel produced by laser metal deposition............. 38 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. The eff ect of laser surfacing modes on the geometrical characteristics of the single laser tracks............................................................................................................................... 57 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Assessment of welding engineering properties of basic type electrode coatings of diff erent electrode manufacturers for welding of pipe parts and assemblies of heat exchange surfaces of boiler units............................................................................................................................. 71 Yanpolskiy V.V., Ivanova M.V., Nasonova A.A., Yanyushkin A.S. Determination of the rate of electrochemical dissolution of U10A steel under ECM conditions with a stationary cathode-tool............................................................... 95 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E. The study of vibration disturbance mapping in the geometry of the surface formed by turning............................................................................................................................................................................. 107 Gasanov B.G., Konko N.A., Baev S.S. Study of the kinetics of forming of spherical sliding bearing parts made of corrosion-resistant steels by die forging of porous blanks............................................................................................... 127 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Moiseev D.V., Gamaleeva E.I. Infl uence of dynamic characteristics of the turning process on the workpiece surface roughness........................................................................................................................ 143 Lobanov D.V., Skeeba V.Yu., Golyushov I.S., Smirnov V.M., Zverev E.A. Design simulation of modular abrasive tool........................................................................................................................................................................................ 158 MATERIAL SCIENCE EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Sharkeev Yu.P. Thermal stability of extruded Mg-Y-Nd alloy structure.................................................................................................................................. 174 Bazaleeva K.O., Safarova D.E., Ponkratova Yu.Yu., Lugovoi M.E., Tsvetkova E.V., Alekseev A.V., Zhelezni M.V., Logachev I.A., Baskov F.A. The infl uence of technological parameters of the laser engineered net shaping process on the quality of the formed object from titanium alloy VT23......................................................... 186 Efi movich I.A., Zolotukhin I.S. Oxidation temperatures of WC-Co cemented tungsten carbides....................................... 199 Pribytkov G.A., Baranovskiy A.V., Firsina I.A., Akimov K.O., Krivopalov V.P. Study of Fe-matrix composites with carbide strengthening, formed by sintering of iron titanides and carbon mechanically activated mixtures................ 212 EDITORIALMATERIALS 224 FOUNDERS MATERIALS 235 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 38 ТЕХНОЛОГИЯ Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD) Артём Бабаев 1, a, *, Виктор Козлов 2, b, Артём Семёнов 1, c, Антон Шевчук 1, d, Валерия Овчаренко 2, e, Евгений Сударев 2, f 1 Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия 2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2334-1679, temkams@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0001-9351-5713, kozlov-viktor@bk.ru; c https://orcid.org/0000-0002-8663-4877, artems2102@yandex.ru; d https://orcid.org/0009-0003-5272-4350, shvpro@yandex.ru; e https://orcid.org/0009-0000-4797-5604, vag14@tpu.ru; f https://orcid.org/0000-0002-5596-4048, sudarev@tpu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 2 с. 38–56 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-38-56 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Рост количества технологий и материалов для аддитивного получения заготовок сопровождается повышением требований к пониманию особенностей формообразования функциональных изделий, закономерностей и процессов субтрактивной обработки [1]. Вне зависимости от применяемой аддитивной технологии получеИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.7.044 История статьи: Поступила: 11 марта 2024 Рецензирование: 30 марта 2024 Принята к печати: 09 апреля 2024 Доступно онлайн: 15 июня 2024 Ключевые слова: Фрезерование Силы резания Шероховатость Прямое лазерное выращивание Режимы резания Финансирование Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-79-10166 (https:// rscf.ru/en/project/23-79-10166). Авторы выражают благодарность РНФ за финансирование указанных работ. АННОТАЦИЯ Введение. Аддитивные технологии производства приближенных по геометрической форме заготовок требуют постобработки. Это относится к применению режущего инструмента на операциях фрезерования при обработке ответственных поверхностей. К последним предъявляются высокие требования по точности линейно-угловых размеров и качеству поверхностного слоя. Актуальной задачей остаётся увеличение производительности обработки при регистрации сил резания и шероховатости поверхности для выработки технологических рекомендаций. Цель работы: экспериментальное определение режимов резания, обеспечивающих наибольшую производительность при фрезеровании концевыми твёрдосплавными фрезами LMD-заготовок (Laser Metal Deposition) из стали 12Х18Н10Т при сохранении работоспособности фрезы и требуемой шероховатости. В работе исследованы свойства и микроструктуры образцов, полученные вдоль и поперёк направления выращивания. Установлено и формализовано влияние подачи (при движении фрезы поперёк и вдоль направления выращивания), глубины и ширины фрезерования, а также скорости на составляющие силы резания и шероховатость обработанных поверхностей при встречном фрезеровании заготовок из LMD-стали 12Х18Н10Т концевыми фрезами из твёрдого сплава H10F диаметром 12 мм без износостойкого покрытия. Методами исследования являются динамическое измерение всех трёх составляющих силы резания с использованием трёхкомпонентного динамометра и измерение шероховатости профилометром-профилографом. Состояние и микрогеометрии режущих кромок контролировались до и после фрезерования с использованием сканирующей оптической и растровой электронной микроскопии. Результаты и обсуждение. Показано различие в силах резания в зависимости от схемы фрезерования – вдоль и поперёк направления выращивания. Исследования показали, что глубина фрезерования и скорость резания мало влияют на боковую и осевую составляющие силы резания. Сила подачи существенно увеличивается при увеличении глубины резания, особенно при подаче поперёк направления выращивания образца. Установлено, что все три составляющие силы резания прямо пропорциональны величине минутной подачи. Получены уравнения расчета всех трех составляющих силы резания при изменении минутной подачи. Для цитирования: Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD) / А.С. Бабаев, В.Н. Козлов, А.Р. Семёнов, А.С. Шевчук, В.А. Овчаренко, Е.А. Сударев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 38–56. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-38-56. ______ *Адрес для переписки Бабаев Артём Сергеевич, к.т.н., старший научный сотрудник Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, 634050, г. Томск, Россия Тел.: +7 952 805-09-26, e-mail: temkams@mail.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 39 TECHNOLOGY ния заготовки последняя нуждается в постобработке – термической, химической или с использованием субтрактивных методов [2–4]. Методы термической обработки (отжиг, нормализация и др.) позволяют обеспечить фазовые превращения в структуре металла, а также существенно влияют на физико-механические характеристики материала заготовки и, как следствие, на сопротивление обработке резанием [5–9]. С целью придания конечной формы, соблюдения геометрической точности и шероховатости поверхностей аддитивная заготовка подвергается субтрактивной обработке, т. е. обработке с удалением материала. К этому типу обработки могут быть отнесены процессы лезвийной и абразивной обработки резанием. Важно понимать, что удаление «лишнего» материала (напуска или припуска) сопровождается гаммой специфических явлений, таких как образование стружки, возникновение и динамическое изменение сил резания, изменение температуры в зоне резания, постепенное формирование износа рабочих площадок режущего инструмента и др. [10–21]. Особое внимание уделяется особенностям взаимодействия пары «инструментальный материал – обрабатываемый материал». Наблюдение и изучение указанных явлений способствуют выработке научно обоснованных рекомендаций по выбору и назначению условий лезвийной обработки, особенно когда речь идёт об обработке новых материалов или заготовок, полученных аддитивными методами, – становится возможным косвенно оценить экономические затраты на производство полнофункционального изделия [4]. В вопросах синтеза нержавеющих сталей различными аддитивными методами достигнут существенный прогресс, который позволяет использовать получаемые заготовки стабильного качества для дальнейшей термической обработки, а также придания требуемого конструктивного исполнения, шероховатости, точности формы и размеров за счёт удаления припуска [22–25]. В работе [26] коллективом исследователей изучается влияние аддитивного производства на развитие космической отрасли. Авторы приходят к выводу, что повторяемость и постоянство механических свойств готовых деталей аддитивного производства еще полностью не изучены, и указывают, что особое внимание необходимо уделить разработке стандартов, сертификатов и протоколов проверок. Вопросам анизотропии свойств аддитивных металлических материалов посвящены научные работы [15, 27–29]. В обзорной работе [29] выделены основные факторы, являющиеся причиной микроструктурных особенностей и неоднородности механических свойств: морфология зерна, кристаллографическая текстура, дефекты отсутствия слияния, фазовые превращения, гетерогенная рекристаллизация, полосчатость слоев и микроструктурное огрубление. Как следствие, анизотропия свойств сказывается на сопротивлении материала обработке резанием. Для расчета зубьев фрезы на прочность помимо сил резания Pz, Py и Px, действующих на зуб фрезы, необходимо знать распределение контактных напряжений на передней поверхности и фаске износа по задней поверхности. Авторами работы [30] была разработана методика построения эпюр контактных напряжений на передней поверхности режущего клина при точении стали, но она также применима и при фрезеровании. Для этого необходимо знать длину контакта стружки с передней поверхностью зуба фрезы при наибольшей толщине среза, т. е. для встречного фрезерования перед выходом зуба из контакта с заготовкой. Эту длину контакта с можно не только измерить, но и определить по графикам с = f (ai, γ) [30], зная толщину среза a (мм) в конце контакта зуба с заготовкой: amax ≈ sz∙2(t/d) 1/2, где s z – подача на зуб, мм/зуб; t – глубина фрезерования, мм; d – диаметр фрезы, мм; γ – передний угол режущего клина. Обозначения Plaser – мощность лазерного излучения, Вт; Dialaser – диаметр пятна лазера, мм; xwidth – смещение валиков по ширине, мм; hwidth – смещение валиков по высоте, мм; VLMD – скорость LMD, мм/с; Qpowder – расход порошка, г/мин; σ0,2 – предел текучести, МПа; σв – предел прочности при растяжении, МПа; δ5 – относительное удлинение, %; KCU – ударная вязкость, Дж/см2; Ra – среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости, мкм;
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 40 ТЕХНОЛОГИЯ d – диаметр фрезы, мм; d1 – диаметр хвостовика фрезы, мм; l – длина рабочей части фрезы, мм; L – полная длина фрезы, мм; α – задний угол, град; γ – передний угол, град; ω – угол наклона стружечной канавки, град; z – число зубьев, шт.; ρ – радиус округления (остроты) режущей кромки, мкм; Ra (ρ) – среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости на режущей кромке, мкм; β – угол заострения режущего клина, град; t – глубина фрезерования, мм; B – ширина фрезерования, мм; V – скорость резания, м/мин; n – частота вращения, об/мин; fмин – минутная подача, мм/мин; Q – объем срезаемого материала (производительность резания), мм3/мин. Методика экспериментального исследования Заготовка (форма, свойства, структура) Заготовку для проведения испытаний получали по технологии прямого лазерного выращивания (LMD – Laser Metal Deposition) из порошкового сырья системы Fe-Cr-Ni-Ti. Изменение параметров облучения (мощность лазера, скорость облучения и расстояние между слоями) влияет на размер ванны расплава и пористость структуры получаемого материала, а следовательно, и на механические свойства аддитивно изготовленных заготовок [31]. Поэтому заготовки получали на отработанных режимах, в одинаковых условиях, из порошка одной партии поставки, последовательно на одинаковых режимах (табл. 1) и по одной и той же траектории выращивания (рис. 1). Образцы получали последовательными однонаправленными векторами заполнения: подачей Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Режимы изготовления изделий из стали 12Х18Н10Т с использованием метода LMD LMD modes for steel 0.12-Cr18-Ni10-Ti (AISI 321) products manufacturing Сплав / Alloy Plaser, Вт Dialaser, мм xwidth, мм hwidth, мм VLMD, мм/с Qpowder, г/мин 12Х18Н10Т 2400 2,7 1,67 0,8 25 16 Рис. 1. Схема стратегии заполнения при выращивании образцов из стали 12Х18Н10Т Fig. 1. Scheme of the fi lling strategy for growing specimens from steel 0.12-Cr18-Ni10-Ti (AISI 321)
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 41 TECHNOLOGY Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Химический состав порошка заготовки Chemical composition of the powder Химический элемент, масс. % / Chemical element, mass. % Fe Cr Ni Mn Si Ti Cu V Mo C Остальное / Bal. 18,19 10,67 1,14 0,54 0,51 0,18 0,10 0,17 0,06 вдоль образца со скоростью VLMD, затем подачей поперек образца на величину y = 1,67 мм, и так до получения первого слоя; далее перемещением на толщину одного слоя (hwidth = 0,8 мм), перемещением к точке начала синтеза первого слоя, заполнением вдоль длинной стороны образца и т. д. Все заготовки были получены из смеси порошка, паспортный и аттестованный состав которой приведен в табл. 2. Полученная заготовка после выращивания имела размеры 190×100×14 мм. Корку на заготовке удаляли путем электроэрозионной резки. Последнее позволило исключить появление на обрабатываемых поверхностях искажения внутренних напряжений. Из нескольких заготовок вырезали образцы для физико-механических испытаний. Во избежание разброса значений, вызванных расположением образца относительно заготовки, проводили проверку, при этом место расположения образцов для испытаний определяли и вырезали случайным образом. Аттестацию образцов производили при комнатной температуре с использованием различного исследовательского оборудования. В результате были получены данные о теплофизических и физико-механических свойствах (табл. 3). Механические свойства стали 12Х18Н10Т в исходном состоянии и после термообработки соответствуют ОСТ 95-29–72 «Заготовки из коррозионностойких сталей». Непосредственно для фрезерования использовали заготовки с размерами 160×80×8 мм. Определение теплофизических свойств стали 12Х18Н10Т производили при температуре 20 °С. Были получены следующие значения: плотность 7,91 г/см3; коэффициент теплопроводности 14 Вт/м·°С; удельная теплоемкость 473 Дж/кг·°С. На рис. 2 представлена микроструктура образца в плоскости ZY и в плоскости ZX. Исследование микроструктуры показало двухфазность аддитивных образцов: аустенитная матрица на основе γ-Fe с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК) и высокотемпеТ а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Механические свойства стали 12Х18Н10Т Mechanical properties of steel 0.12-Cr18-Ni10-Ti (AISI 321) Состояние / Condition Направление отбора для испытаний образцов (см. рис. 1) / Sampling direction Твердость / Hardness HB σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % KCU, Дж/см2 Плита (ОСТ 95-29–72) – ≈ 180…190 246 520 37 215…372 LMD По оси X / X axis 193…205 412 ± 20 627 ± 34 48,2 ± 1,5 271 ± 18 По оси Z / Z axis 387 ± 16 606 ± 28 51,2 ± 2 286 ± 21
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 42 ТЕХНОЛОГИЯ а б Рис. 2. Микроструктура образца в плоскости ZY (а), в плоскости ZX (б) Fig. 2. Microstructure of the specimen in the ZY plane (а), in the ZX plane (б) ратурный реечный и вермикулярный δ-феррит с объемно-центрированной кубической решеткой (ОЦК), что также подтверждается с помощью дифрактограммы образцов (рис. 3). Преимущественно δ-феррит образуется на границах сплавления. В образцах присутствуют карбиды титана TiC. Режущий инструмент и его геометрия В качестве режущего инструмента использовались твердосплавные концевые фрезы с универсальной геометрией под обработку сталей из группы Р (рис. 4, табл. 4). Твердый сплав марки H10F имел следующие характеристики: ≈ 89,4 масс. % карбидов вольфрама, до 0,6 масс. % смешанных карбидов и около 10,0 масс. % кобальта в качестве связки. РазРис. 3. Типичная микроструктура LMD стали 12Х18Н10Т Fig. 3.Typical microstructure of LMD steel 0.12-Cr18-Ni10-Ti (AISI 321) мер зерна карбидной фазы 0,5…0,6 мкм, предел прочности при изгибе ≈ 3200 МПа, твердость HRA 92. Всего для работы на шлифовально-заточном станке без переналадки было последовательно изготовлено 5 фрез. Твердосплавные заготовки для изготовления были взяты из одной партии поставки. Это позволило избежать появления нежелательного фактора – влияния неоднородности качества инструментального материала. Во избежание влияния износа по задней поверхности на получаемые данные использовали фрезы, отработавшие до ширины фаски износа по задней поверхности не более 0,10–0,12 мм. Как известно, параметры микрогеометрии оказывают устойчивое влияние на механику
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 43 TECHNOLOGY Рис. 4. Схематическое изображение фрезы с указанием основных геометрических характеристик Fig. 4. Schematic representation of a mill with indication of the main geometric characteristics Т а б л и ц а 4 Ta b l e 4 Значения основных геометрических характеристик фрезы из твердого сплава H10F Values of the main geometric characteristics of the H10F carbide mill d, мм d1, мм l, мм L, мм α, град γ, град ω, град z, шт. 12 12h6 26 84 +10 +8 40 4 и динамику процесса резания, изменяя при этом условия трения и износа режущей кромки [21]. Во избежание влияния этого фактора на результаты данной работы была произведена оценка состояния микрогеометрии режущих кромок. Для понимания состояния микрогеометрии режущих кромок проводились измерения с использованием прибора EdgeMasterX производителя Alicona (Швейцария). Измерения производили на всех рабочих кромках, расположенных на винтовой поверхности, при этом отступив от торца на 2–3 мм (рис. 5). Рис. 5. Схема измерений и пример представления параметров микрогеометрии режущих кромок Fig. 5. Measuring circuit and example presentation of cutting edge microgeometry parameters
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1