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 95 ТЕХНОЛОГИЯ Определение скорости электрохимического растворения стали У10А в условиях ЭХРО с неподвижным катодом-инструментом Василий Янпольский 1, a,*, Мария Иванова 1, b, Александра Насонова 1, c, Александр Янюшкин 2, d 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, пр-т Московский, 15, г. Чебоксары, Чувашская Республика, 428015, Россия a https://orcid.org/0000-0002-7728-7623, yanpolskiy@corp.nstu.ru; b https://orcid.org/0000-0002-2449-8638, ivanova777888@yandex.ru; c http://orcid.org/0009-0006-0194-8831, a.nasonova@corp.nstu.ru; d https://orcid.org/0000-0003-1969-7840, yanyushkinas@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 2 с. 95–106 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-95-106 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Себестоимость готового изделия складывается из стоимости исходной заготовки и ее механической обработки, а также других расходов. В настоящее время с целью наиболее рационального использования материальных ресурсов в практике машиностроения заменяют дорогостоящие ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.047.4 История статьи: Поступила: 15 декабря 2023 Рецензирование: 03 апреля 2024 Принята к печати: 06 мая 2024 Доступно онлайн: 15 июня 2024 Ключевые слова: Скорость электрохимического растворения Инструментальная сталь Выход по току Производительность Неподвижный катод-инструмент Обработка отверстий АННОТАЦИЯ Введение. В заготовительном производстве при замене твердых сплавов на инструментальные стали возникают трудности при формообразовании поверхностей с обеспечением требуемых параметров производительности, качества и точности вследствие наличия неполной информации для назначения режимов электрохимической обработки указанного класса материалов. Этот факт требует проведения дополнительных исследований, позволяющих определить рациональные режимы обработки, которые обеспечивают необходимые технологические параметры (производительность, точность размеров и шероховатость поверхности). Цель работы: проведение исследований по установлению закономерностей электрохимического формообразования инструментальных сталей и определению режимов процесса формообразования. В работе исследованы особенности анодного растворения инструментальной стали У10А в водном растворе NaCl 10%-й концентрации. Диапазон изменения потенциалов составлял от 0 до 8 В. Определены технологические параметры производительности (выход по току для основной реакции и скорость электрохимического растворения при напряжении 8 В и давлении электролита 0,1 МПа). Методы исследования. Для поляризационных исследований выбран потенциодинамический метод исследования. Технологические эксперименты осуществлялись по схеме прошивания отверстий с неподвижным катодом-инструментом из нержавеющей стали без изоляции. В качестве катода-инструмента была выбрана игла круглого сечения с наружным диаметром 0,908 мм и внутренним 0,603 мм. Результаты и обсуждения. В результате проведенных исследований выявлено, что электрохимическое растворение инструментальной стали У10А в 10%-м водном растворе NaCl имеет активный характер в исследуемом диапазоне потенциалов от 0 до 8 В. Проведенные технологические эксперименты позволили установить размеры получаемых отверстий – средний диаметр 1,433 мм и глубину 0,574 мм. Выход по току составил 70,83 %. На основе анализа полученных экспериментальных данных установлено, что для обеспечения высокой производительности процесса электрохимического формообразования стали У10А в растворе 10%-го NaCl подача катода-инструмента должна составлять 0,2232 мм/мин, что соответствует скорости электрохимического растворения при исследуемых условиях формообразования. Для цитирования: Определение скорости электрохимического растворения стали У10А в условиях ЭХРО с неподвижным катодоминструментом / В.В. Янпольский, М.В. Иванова, А.А. Насонова, А.С. Янюшкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 95–106. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-95-106. ______ *Адрес для переписки Иванова Мария Валерьевна, ст. преподаватель Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-17-97, e-mail: ivanova777888@yandex.ru и труднообрабатываемые сплавы на более экономичную альтернативу [1–5]. Таким образом, эффективное использование ресурсов позволяет повысить экономическую прибыль предприятия и уровень популяризации практического применения принципов бережливого производства [6–11]. В условиях ограничения сырья и постоянного роста стоимости транспортной логистики, энергии и других сопутствующих расходов в производственной системе хозяйственных работ проблема экономии материальных ресурсов становится все более актуальной.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 96 ТЕХНОЛОГИЯ Типичным примером подобной практики является замена твердых сплавов на инструментальные стали. Чаще всего прикладной характер распространяется на заготовительное производство, которое включает в себя применение изделий с высокими показателями точности и качества поверхности (матрицы, пуансоны и др.). Вместе с тем при замене твердых сплавов на инструментальные стали возникают некоторые особенности как при эксплуатации изделий, так и при их изготовлении. В частности, прямой перенос режимов обработки твердосплавных матриц на инструментальные стали не обеспечивает требуемых параметров производительности, точности и качества. Для обработки твердосплавных матриц, как правило, применяют методы, основанные на электрохимическом и механическом воздействии [12–15]. В работах [16–23] описаны особенности применения электрохимической размерной обработки (ЭХРО) для сталей Р6М5, ХВГ и др. В работах [12, 14, 16–19, 23] указано, что точность ЭХРО определяется погрешностями изготовления катода-инструмента, установки заготовки, температурой рабочей среды, скоростью течения электролита, неравномерностью движения электрода и др. Однако данных для формообразования инструментальной стали У10А нет. Применение методов, основанных на электрохимическом формообразовании, для изделий из инструментальных сталей требует дополнительных исследований, которые позволят определить рациональные режимы обработки, обеспечивающие требуемую производительность, точность и параметры качества. Таким образом, целью данной работы является проведение исследований по установлению закономерностей электрохимического формообразования инструментальных сталей (поляризационные исследования) и определению режимов процесса электрохимической обработки (технологический эксперимент). Работа актуальна и имеет практическое значение для заготовительного производства. Методика исследований Подготовка образцов Материалом для исследований выбрана распространенная в заготовительном производстве инструментальная сталь У10А. Образцы для проведения поляризационных исследований изготавливались посредством электроэрозионного вырезания параллелепипедов размерами 0,66×0,80×20,00 мм. Рабочая поверхность образца для поляризационных исследований представлена на рис. 1. Для локализации процесса растворения и оценки токовых параметров боковые поверхности образцов изолировались по схеме, представленной на рис. 2. Образец 1 посредством пайки присоединялся к контактному проводу 2 и помещался в диэлектрическую оправку 3 с последующей заливкой эпоксидной смолой с отвердителем 4. Образец для проведения технологических экспериментов представлял собой параллелепипед модельного материала, размеры которого составляли 50×50×50 мм. Рис. 1. Внешний вид рабочей поверхности образца для поляризационных исследований Fig. 1. Appearance of the specimen working surface for polarization studies
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 97 TECHNOLOGY Рис. 2. Образец для поляризационных исследований 1 – образец; 2 – контактный провод; 3 – диэлектрическая оправка; 4 – эпоксидная смола с отвердителем Fig. 2. Specimen for polarization studies: 1 – specimen; 2 – contact wire; 3 – dielectric mandrel; 4 – epoxy resin with hardener Поляризационные исследования Исследование особенностей анодного растворения стали У10А проводили с помощью потенциодинамического метода [24–29] и определяли зависимости плотности тока от потенциала анода в диапазоне от 0 до 8 В. Поляризационные исследования проводились на экспериментальной установке, схема и внешний вид которой приведены на рис. 3. Установка состоит из трехэлектродной электрохимической ячейки 1, потенциостата-гальваностата Elins P-20X 2 и ПК 3 для измерения, регистрации и обработки данных. В качестве катода использовали медное кольцо со следующими размерами: шириной 10 мм, наружным и внутренним радиусами 35 и 31 мм соответственно. Скорость развертки составила 1000 мВ/с с шагом 0,011 мВ. Величина зазора между анодом и платиновым электродом сравнения равнялась 0,1 мм. После каждого эксперимента поверхность исследуемого образца зачищалась абразивной бумагой с зернистостью 20–28 мкм (Р600). Рабочей средой при электрохимической обработке изделий служит токопроводящий раствор электролита. В практике электрохимической обработки наиболее применяемым является раствор нейтральной соли хлористого натрия (NaCl) в воде [17–20, 27–29]. Концентрация электролита 10 % выбрана согласно источникам [29–33]. Кинематическая вязкость v электролита составила 1,11⋅10–6 м2/с [30]. Схемы получения отверстий методом ЭХРО Для формообразования глубоких отверстий рассматривались следующие схемы [32], представленные на рис. 4. Для исследований была выбрана схема с катодом-инструментом без изоляции, у которого подача равна нулю, что позволяет определить технологические параметры производительности – выход по току для основной реакции и скорость электрохимического растворения в выбранных исходных условиях. Особенности, возникающие при определении выхода по току, приведены в работе Я.М. Колотырина и Г.М. Флорианович [34]. Расчет выхода по току осущестРис. 3. Внешний вид экспериментальной установки для потенциодинамических исследований: 1 – трехэлектродная электрохимическая ячейка; 2 – потенциостат-гальваностат Elins P-20X; 3 – ПК Fig. 3. Scheme and appearance of the experimental setup for potentiodynamic studies: 1 – three-electrode electrochemical cell; 2 – potentiostatgalvanostat Elins P-20X; 3 – PC
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 98 ТЕХНОЛОГИЯ а б в Рис. 4. Схемы формообразования отверстия: а – с катодом-инструментом без изоляции; б – с изолированным катодом-инструментом; в – с изолированным катодом-инструментом с рабочим пояском (буртиком); 1 – катод; 2 – анод; 3 – изоляционный слой Fig. 4. Hole shaping schemes: a – with a cathode-tool without insulation; б – with an insulated cathode-tool; в – with an insulated cathode-tool with a working belt (shoulder); 1 – cathode; 2 – anode; 3 – insulating layer влялся по методике, представленной в работах [29, 31–34]. При расчете допускается, что изменение температуры электролита и его нагрев в процессе электролиза незначителен и не учитывается, а ось катода совпадает с осью полученного отверстия. В качестве катода-инструмента применялись полые иглы круглого сечения из нержавеющей стали с наружным и внутренним диаметрами 0,908 и 0,603 мм соответственно. При этом площадь выходного отверстия составила 0,362 ⋅ 10–6 м2. Внешний вид катода-инструмента и оснастки представлен на рис. 5. Экспериментальная установка для проведения электрохимической обработки отверстий представлена на рис. 6, она состоит из следуюРис. 6. Экспериментальная установка для электрохимической обработки отверстий: 1 – система подачи электролита; 2 – электрохимическая ячейка; 3 – анод (заготовка); 4 – катод-инструмент; 5 – трехкоординатный станок; 6 – технологический источник питания Fig. 6. Experimental setup for electrochemical hole machining: 1 – electrolyte supply system; 2 – electrochemical cell; 3 – anode (blank); 4 – cathode-tool; 5 – three-coordinate machine; 6 – technological power source а б Рис. 5. Внешний вид: a – катода-инструмента; б – инструментальной оснастки на катод-инструмент Fig. 5. Appearance of: a – the cathode tool; б – tooling for cathode tool
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 99 TECHNOLOGY щих элементов: системы подачи электролита 1, электрохимической ячейки 2 с анодом 3 и катодом-инструментом 4, трехкоординатного станка 5 и технологического источника тока 6. Для реализации электрохимической обработки необходимо учитывать, что подача электролита в зону между электродами должна осуществляться равномерно, тем самым обеспечивается стабильность процесса электрохимического растворения заготовки. Скорость течения электролита и скорость протекания электрохимических процессов зависит от давления в системе и гидравлических потерь. В работах [16, 23, 28–30] описано влияние гидродинамических параметров на производительность анодного растворения. При проведении экспериментальных исследований давление в системе нагнеталось мембранным насосом и составляло 0,9 МПа. К системе подачи электролита 1 помимо насоса относятся блок питания для насоса, шланги и емкости для подачи и слива электролита. Величина зазора между анодом и катодом при проведении технологического эксперимента составляла 0,1 мм [29, 31–34]. После проведения эксперимента образец помещался в ультразвуковую ванну для очистки от шлама и потом только взвешивался на высокоточных весах для лабораторий (ц.д. 0,1 мг). Глубины отверстий измерялись индикатором цифровым ИЧЦ-10 (0–12,7 мм, ц.д. 0,001 мм). Фотографии образца выполнялись на микроскопе Nikon MM-400 с увеличением в 30 раз. Результаты и их обсуждение В результате поляризационных исследований были установлены особенности анодного растворения инструментальной стали У10А (рис. 7). Характер кривой анодного поведения исследуемой стали в 10%-м растворе нейтральной соли NaCl в воде показывает, что активное растворение стали происходит в диапазоне потенциалов φ = 0,3...8,0 В с незначительным торможением в области потенциалов φ = 2,1….2,6 В и φ = 3,9….4,3 В. Вероятно, это связано с явлениями, которые происходят в процессе электролиза стали в водном растворе соли, такими как окисление исследуемого материала и процесс разложения воды [28–30, 31–33]. Общий характер электрохимического растворения стали У10А в 10%-м водном растворе NaCl свидетельствует об отсутствии участков пассивации. Это связано с тем, что при электрохимическом растворении материалов в хлористом натрии пассивационные явления снимаются за счет увеличения напряжения без внесения дополнительных активирующих процессов [28–34]. Таким образом, растворение инструментальной стали У10А в 10%-м водном растворе NaCl имеет активный характер в диапазоне потенциалов φ = 0,3...2,1 В, φ = 2,7...3,8 В и φ = 4,4...8,0 В. Для определения выходных технологических параметров производительности, а именно выхода по току для основной реакции и скорости электрохимического растворения, было выбрано напряжение 8 В. Для расчета выхода по току по формуле [29] вычислялись необходимые величины. С целью определения объема удаленного металла были проведены экспериментальные исследования, позволившие получить в условиях электрохимического растворения стали У10А значения массы растворенного материала. Из рис. 8 видно, что среднее значение тока при межэлектродном зазоре 0,1 мм в начальный момент времени составило 0,099 А. Продолжительность эксперимента, равная 7 минутам, обусловлена стабилизацией величины тока, т. е. межэлектродный зазор увеличился на предельно допустимое значение при заданных исходных параметрах. Для определения массы растворенного материала была проведена серия экспериментов при постоянном токе 0,099 А и начальном межэлектродном промежутке (МЭП) 0,1 мм. Рис. 7. Анодная поляризационная кривая инструментальной стали У10А в 10%-м водном растворе NaCl Fig. 7. Anodic polarization curve of U10A tool steel in 10 % aqueous NaCl solution
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 100 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 8. График зависимости тока от времени при постоянном напряжении Fig. 8. Graph of current versus time at constant voltage На рис. 9 приведен график зависимости напряжения от времени для серии экспериментов в течение 3 минут. В результате взвешивания были получены следующие массы mпракт: для эксперимента № 1 – 0,0054 г; для эксперимента № 2 – 0,0047 г; для эксперимента № 3 – 0,0053 г. Таким образом, среднеарифметическая масса равна 0,0051 ± 0,0009 г. На рис. 10 приведены фотографии полученного отверстия и его профиль. Необходимо отметить, что образование конусности является характерным для обработки неподвижным катодом-инструментом. На рис. 11 представлены размеры отверстия по сечениям, измеренные с шагом 0,027 мм; диаметр отверстия с фаской равен 1,433 мм, диаметр дна отверстия равен 0,389 мм, глубина отверстия hср составила 0,574 мм. Для расчета электрохимического эквивалента стали У10А необходимо учитывать массовую долю по основным элементам, относящимся к металлам, – железу (98,47 %) и марганцу (0,23 %) [35]. Химический состав по плавочному анализу взят из нормативно-технического документа [32]. В таблице представлены весовой и объемный электрохимические эквиваленты стали У10А. Рис. 9. График зависимости напряжения от времени при постоянном токе 0,099 А Fig. 9. Graph of voltage versus time at a constant current of 0.099 A а б Рис. 10. Отверстие в 10%-м растворе NaCl при неподвижном катоде-инструменте круглого сечения с наружным и внутренним диаметрами 0,908 мм и 0,603 мм при длительности 7 минут: а – вид сверху; б – профиль Fig. 10. A hole in 10 % NaCl with a stationary cathode-tool of circular cross-section with outer and inner diameters of 0.908 mm and 0.603 mm with a duration of 7 minutes: a – top view; б – profi le
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1