Том 26 № 3 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 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 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 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 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. 3 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. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 114 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов Вилор Заковоротный a, Валерия Гвинджилия b, *, Кирилл Кислов с Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, 344000, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2187-9897, vzakovorotny@dstu.edu.ru; b https://orcid.org/0000-0003-1066-4604, vvgvindjiliya@donstu.ru; c https://orcid.org/0000-0002-5770-2519, kislovk@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 114–134 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-114-134 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В связи с созданием автоматизированных систем обработки резанием в последние сорок лет ведутся исследования, направленные на создание систем диагностики обработки. Рассматриваются проблемы выбора режимов, при которых наблюдается наибольшая экономическая эффективность [1–3] и минимальная интенсивность ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9:531.3 История статьи: Поступила: 22 мая 2024 Рецензирование: 14 июня 2024 Принята к печати: 22 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Диагностика состояния режущего инструмента Вибрации Информационные модели динамического мониторинга Финансирование Исследование выполнено при поддержке гранта в рамках конкурса «Наука-2030». АННОТАЦИЯ Введение. Одно из направлений повышения эффективности обработки резанием связано с созданием систем диагностики износа инструмента. Разработаны алгоритмы и устройства, оценивающие износ на основе анализа сигнала виброакустической эмиссии. Эти алгоритмы, как правило, не раскрывают природу образования износа и причины изменения по мере его развития. Предмет. Статья посвящена анализу причин изменения свойств вибраций с развитием износа инструмента. Целью данной работы является изучение изменения частотных характеристик динамической системы резания, вызванных развитием износа, построение на этой основе информационных моделей диагностики и использование их в промышленности. Метод и методология. Приводятся результаты математического моделирования возмущенной динамической системы резания, где наблюдаемые вибрационные последовательности являются следствием возмущений, преобразованных динамической системой, параметры которой зависят от износа. Рассматриваются два частотных диапазона. Результаты и обсуждения. Первый диапазон включает в себя частоты, лежащие в пределах полосы пропускания подсистемы инструмента, второй – за ее пределами. В первом частотном диапазоне аналитически и экспериментально доказано, что развитие износа приводит к принципиальным изменениям частотных свойств системы резания как преобразователя возмущений в колебания инструмента. Наблюдается смещение собственных частот колебательных контуров, формируемых системой резания, и уменьшение их добротности; по мере развития износа проявляются некоторые выявленные особенности спектров вибраций, в том числе соотношения низкочастотной и высокочастотной частей спектра и др. Во втором частотном диапазоне рассматривается модель силовой эмиссии в виде случайной импульсной последовательности и отображения в ней износа. Приводятся результаты изучения функции когерентности между силами, действующими на инструмент, и колебательными смещениями. Предлагаются информационные модели износа, приводится пример информационной модели износа и результаты его использования в промышленности. Для цитирования: Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 114–134. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-114-134. ______ *Адрес для переписки Гвинджилия Валерия Енвериевна, к.т.н., доцент Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, 344000, г. Ростов-на-Дону, Россия Тел.: +7 918 583-23-33, e-mail: vvgvindjiliya@donstu.ru изнашивания инструмента [4, 5]. Рассматриваются алгоритмы, позволяющие оценить текущие характеристики состояния станка и инструмента [6–9], а также качества формируемой резанием поверхности [10, 11]. В системах диагностики используются временные последовательности виброакустической эмиссии (ВАЭ) [7, 12–15], сил [16, 17], температуры резания [7, 18, 19] и др. Используются также элементы машинного зрения, ток якоря серводвигателя [16]. Особое место в создании этих систем занимает ВАЭ. Анализируется сигнал ВАЭ в частотном диапазоне от 10 Гц до 600 кГц, отдельные поддиапазоны которого отображают различные свойства
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 115 EQUIPMENT. INSTRUMENTS физико-механических взаимодействий в зоне резания. В частотном диапазоне 10…2000 Гц изучаются изменения макровзаимодействий, а в частотном диапазоне 20…600 кГц отображаются процессы микроконтактных взаимодействий на гранях инструмента и в области первичной пластической деформации. Самостоятельное значение имеет оценивание состояния узлов трения, в том числе в контакте задней грани инструмента и заготовки [20, 21]. Отмечается, что развитие износа вызывает изменение статистических свойств ВАЭ в узле трения. Выполнены исследования, направленные на оценивание состояния узлов станка по сигналу вибраций при резании [22, 23], а также качества изготовления деталей [24, 25]. Особое внимание уделяется оцениванию износа инструмента [26–29]. Рассматриваются измерительные преобразователи для анализа вибраций динамической системы резания (ДСР), а также пьезоэлектрические преобразователи [26, 27], лазерные системы [28, 29], бесконтактные электрические преобразователи, например магнитоэлектрические, индукционные, емкостные и пр. Построение систем диагностики включает в себя методы первичной обработки сигналов и построение информационного пространства, в котором рассматриваются решающие правила распознавания. Как правило, применяются преобразование Фурье [26–28] и вейвлет-преобразования [29] вибрационных последовательностей, авторегрессионный спектральный анализ [2, 30–33], различные функционалы над последовательностями, в том числе алгоритмы обучаемых фильтров и самонастраивающиеся алгоритмы [34–36]. Используется также преобразование Гильберта – Хуанга [43]. Эти преобразования определяют первичную обработку информации. В дальнейшем для получения информационной модели используются алгоритмы нейро-нечеткого моделирования [29] и байесовские классификационные правила [14, 37]. Рассматривается повышение эффективности диагностирования за счет комплексирования сигналов различной физической природы [38–42]. Здесь широкое распространение получили системы совместной обработки информации о силах и ВАЭ [38, 39], а также о температуре и ВАЭ [40, 41]. Во всех случаях при разработке систем виброакустической диагностики рассматриваются две проблемы. Первая проблема связана с построением информационного пространства, вторая – с определением правил, с помощью которых в информационном пространстве можно обеспечить кластеризацию по признаку износа. Поэтому интуитивно или экспериментально анализируется зависимость ДСР от износа. Моделированию ДСР посвящено множество исследований. Она рассматривается как единство взаимодействующих через резание подсистем [44–47]. Взаимодействие моделируется динамической связью, представляющей зависимость сил от координат состояния [45, 46], прежде всего от упругих деформаций [6, 17, 24, 25]. При этом учитывается регенерация следа от деформаций, оставленного на предыдущем обороте заготовки [48–50], запаздывание сил по отношению к деформациям [45, 51, 52] и нелинейная зависимость сил от координат состояния [52–54]. Приведенный перечень далеко не исчерпывает исследования в области ДСР. Отметим, что в этих исследованиях основное внимание уделено проблеме устойчивости, формированию притягивающих множеств деформаций, их бифуркациям и др. Однако при решении проблем диагностирования необходимо рассматривать ДСР как канал для передачи информации о силовых взаимодействиях, в которых проявляются свойства возмущения, зависящего от износа. Причем свойства этого канала также зависят от износа, поскольку изменение износа вызывает изменение параметров формируемой резанием динамической связи. Имеется работа, в которой описано влияние флуктуации параметров на устойчивость ДСР [55]. Однако изменения этих параметров рассматриваются в квазистатике, и не раскрывается их связь с износом. Анализ показывает, что следующий этап изучения методов динамического мониторинга износа связан с решением двух проблем. Во-первых, необходимо проанализировать частотные свойства ДСР как канала, по которому передается информация о силовых взаимодействиях, например, в области задней грани инструмента. Причем частотные свойства этого канала зависят от износа, они влияют и на помехозащищенность передачи информации об износе. Во-вторых, необходимо привести модели самой силовой эмиссии с учетом ее зависимости от износа. Эти две проблемы и определяют цель исследований, приведенных в статье.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 116 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Методика исследований Математическое моделирование. Постановка задачи. Рассмотрим модель ДСР, в основу которой положены полученные нами ранее представления [17, 24, 25]. В отличие от ранее выполненных исследований будем рассматривать ее возмущенной аддитивным силовым шумом 1 2 3 { , , } T f f f = f(t) : Σ + + = + 2 2 d X dX m h cX F (L, V, X) f(t) dt dt , (1) где ( ) diag m = m , , [ ] s k h = h , , [ ] s k c = c , , 1, 2, 3, s k = – положительно определенные симметричные матрицы инерционных, скоростных и упругих коэффициентов; (3) 1 2 3 { , , } T X X X X = ∈ ℜ X – вектор деформаций инструмента, рассматриваемых в подвижной системе координат траекторий исполнительных элементов станка (ТИЭС); Σ = + F F Ô – векторфункция сил на передней F и задней Ô гранях, формируемых в координатах состояния ДСР; (3) 1 2 3 { , , } ; T X F F F = ∈ ℜ F (3) 1 2 3 { , , } . T X = ∈ ℜ Ô Ô Ô Ô ТИЭС представлены перемещениями (3) 1 2 3 { , , } T L L L L = ∈ ℜ L и скоростями (3) 1 2 3 { , , } T L V V V = = ∈ ℜ dL / dt V . Введем в рассмотрение также скорости деформаций (3) ,1 ,2 ,3 { , , } T X X X X V V V = = ∈ ℜ X V dX / dt . Таким образом, (3) L ℜ есть рабочее пространство ТИЭС, а пространство упругих деформаций (3) X ℜ является подвижным. Оно определяется траекториями L и V (рис. 1). В дальнейшем будем опираться на метод разделения движений [56, 57], позволяющий независимо рассматривать «медленные» движения, лежащие в пределах полосы пропускания серводвигателей. Они также включают в себя смещения точки равновесия упругих деформаций. В реальных системах частотный диапазон «медленных» движений ограничен сверху частотой, не превышающей 10,0 Гц. Это частотный диапазон, в котором движения вершины инструмента являются управляемыми ТИЭС. «Быстрые» движения рассматриваются в вариациях относительно «медленных» [58]. Они лежат в пределах полосы пропускания подсистемы инструмента – в диапазоне от 10,0 Гц до 2,0 кГц. Эти движения не управляемы с помощью ТИЭС, но можно управлять их свойствами. Колебания, лежащие в указанном диапазоне, рассматриваются как ВАЭ процесса резания. Рассмотрим также «супербыстрые» движения, лежащие за пределами полосы пропускания подсистемы (1). Такие колебания характеризуются как акустическая эмиссия. Подсистемы «быстрых» и «супербыстрых» движений подлежат рассмотрению. При изучении связи «быстрых» движений с износом рассматриваются АЧХ ДСР. Они изменяются в ходе развития износа. При изучении «супербыстрых» движений рассматривается сигнал силовой эмиссии как случайной импульсной последовательности (СИП) силовых воздействий. Вначале рассмотрим подсистему «быстрых» движений. Система (1) имеет априорно заданные и неизменные параметры. Поэтому в частотных характеристиках деформаций «высвечиваются» собственные частоты подсистемы инструмента. Рис. 1. Схема формирования сил, деформаций и траекторий исполнительных элементов Fig. 1. Formation of forces, deformations and trajectories of actuators
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 117 EQUIPMENT. INSTRUMENTS По мере увеличения частоты силовых возмущений в системе (1) наблюдаются пики на собственных частотах и затухания на антирезонансах. Свойства подсистемы «быстрых» движений меняются, если силы выразить через координаты состояния следующим образом [17, 24, 25]: { } 3 (0) (0) (0) (0) 3 1 1 / ( , ) ( ) X p P T dF dt F V V t X k X t T + = = ρ − − − × ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ { } 2 2 ( ) ( ) , t X t T V V d − × ξ − ξ ξ ∫ (2) где { } 3 0 3 1 exp ( ) X V V ρ = ρ +μ ⎡−ς − ⎤ ⎣ ⎦ – давление стружки, 2 / êã ìì ; 0 ρ – давление в области малых скоростей резания; μ– безразмерный параметр; ς – коэффициент наклона, c 1 − ⋅ ì ; (0) T – постоянная времени стружкообразования, с; p k – безразмерный коэффициент регенерации следа, 0 1 p k < << . Технологические режимы, лежащие в основе построения программы ЧПУ, есть { } { } Mod 2 1 2 3 (0) 1 1 2 1 2 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ; ( ) ( ) ( ) ; ( ) ( ) ( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ) , P p P t P X t T P X T X X t t t t X t k X t T S t V V d V t V t V t V t V t V t V t − ⎧ = − − − ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ ⎪ ⎪ ⎪ = ξ − ξ ξ ⎪ ⎨ ⎪ = ⎡ − ⎤ ⎣ ⎦ ⎪ ⎪ ⎪ − − ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎩ ∫ (3) где ( ) P t t , ( ) P S t , ( ) P V t – глубина, подача и скорость резания; (0) 1 ( ) ( ) ( ) P t t R t L t = − . Ограничимся продольным точением вала постоянного диаметра ) (R = ñînst на режимах 1 1 ( ) (0) L t L = = ñonst , 2 2 ( ) L t V t = , 3 3 ( ) L t V t = . Рассматривается точение инструментом с углом в плане /2 ϕ = π (рис. 1). Угол 1 0 ϕ → . Малым также является задний угол 0 α → , обычно 6 α < ° . Для точения на постоянных режимах при условии устойчивости равновесия { } 1 2 3 , , T X X X ∗ ∗ ∗ = = X const справедливо (0) 1 2 3 (1 ); ; , P p P P P t t X k S V T V V ∗ ∗ ∗ ∗ = − − = ≈ (4) где (0) 1 ( ) ( ) (0) P t t R t L = − ; в точке равновесия справедливо 2 2 ( ) ( ) X t X t T = − , поэтому 2 ; P S V T ∗ = кроме этого в выражении (4) принято во внимание, что 3 2 V V >> . Таким образом, в установившемся состоянии вершина инструмента движется вдоль поверхности заготовки по направлению «А-В», это направление под углом 3 2 ( / ) V V ϕ = arctg . Траектория сдвинута на ∗ = X const (рис. 2), она обозначена красным цветом. Рассматривается типичный случай: (0) (0) P P S t << . Тогда 1 0 → Ô . Рис. 2. Схема изменения направления движений в области контакта задней грани инструмента и заготовки Fig. 2. Сhanging the direction of motion in the contact area between the rear edge of the tool and the workpiece
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 118 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Для дальнейшего анализа удобно ввести агрегированные координаты 2 2 3 3 2 3 ( / ) / ( / ); / . V dX dt V dX dt V V ∗ υ = − − υ = (5) Ранее было показано [24, 25], что силы 2 Ô и 3 Ô представимы как (0) 2 0 0 1 3 0 0 ( ) exp ( ) ; P T T k F t X t k k F k ∗ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ = +ρ − ⎣ ς υ − υ ⎦ ⎣ ⎦ = + ρ × Ô Ô Ô Ô ( ) { } (0) 1( ) exp ( ) , P t X t ∗ ⎡ ⎤ × − ⎣ ς υ − υ ⎦ (6) где 0 ρ – сила, приведенная к длине контакта режущего лезвия, / êã ìì; ς – параметр, зависящий от заднего угла α и износа; T k – коэффициент трения; Ô – безразмерный коэффициент упругого восстановления. Уравнения (1–3) характеризуют подсистему инструмента с нелинейной обратной связью. Поскольку система является нелинейной, то ее реакция зависит от частоты и амплитуды. Вначале проанализируем АЧХ при малых возмущениях. Линеаризованные реакции системы. При малых возмущениях сил и вариаций площади среза S (рис. 1) в окрестности равновесия справедливо линеаризованное представление. Тогда динамика системы, возмущенной силами , f(t) может быть представлена исключительно в функции частоты, причем силовые возмущения удобно рассматривать в виде «белого» шума. При этом можно воспользоваться методами преобразования Лапласа. Для малых деформаций в окрестности равновесия силами, действующими на задние грани, можно пренебречь. Тогда вместо уравнения (2) справедливо { (0) (0) (0) (0) (0) (0) 1 1 / ( ) p P P P T dF dt F t S X k X t T S + = = ρ − − − − ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ [ ] } (0) 2 2 ( ) ( ) P X t X t T t − − − +ε , (7) где ( ) { } 3 1 3 0 ( ) 1 exp ( ) f t F X t V V − − Ω ⎡ ⎤ ρ = Ω ρ +μ −ς − ξ × ⎣ ⎦ ∫ { } const, 3 0 1 exp[ ] d V × ξ ⇒ ρ +μ −ς = так как 2 ( ) 0 X V t → ; 1 1 2 2 [ ( )][ ( ) ( )] 0, p X k X t T X t X t T ε = − − − − = поскольку ε есть произведение малых величин. Вместо уравнений (1) и (7) в изображениях по Лапласу имеем 0, 0 (0) (0) (0) (0) 1 2 (0) (0) ( ) ( ) ( ), 1, 2, 3; { ( ) [1 exp( )] ( )[1 exp( )] } , (1 ) i i F X p P P P P X p W p F p i t S X p S k Tp X p Tp t F T p = = ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎬ ρ − − − − − − ⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ + ⎩ ⎭ (8) где p – символ изображения по Лапласу; 0, ( ) ( ) / ( ), 1, 2, 3 i i F X X W p p p i = Δ Δ = ; 2 1,1 1,1 2,1 2,1 3,1 3,1 2 1,2 1,2 2,2 2,2 3,2 3,2 2 1,3 1,3 2,3 2,3 3,3 3,3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( , ) ( ) ( , ) ( , ) ( , ) ( ) mp h p c h p c h p c p h p c mp h p c h p c h p c h p c mp h p c ⎡ ⎤ + + + + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ Δ = + + + + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ + + + + ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ; 1 1 2,1 2,1 3,1 3,1 2 2 2,2 2,2 3,2 3,2 2 3 2,3 2,3 3,3 3,3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( , ) ( , ) ( ) X h p c h p c p mp h p c h p c h p c mp h p c ⎡ ⎤ χ + + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ Δ = χ + + + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ χ + + + ⎣ ⎦ ; 2 2 1,1 1,1 1 3,1 3,1 1,2 1,2 2 3,2 3,2 2 1,3 1,3 3 3,3 3,3 ( ) ( ) ( ) ( , ) ( , ) ( , ) ( ) X mp h p c h p c p h p c h p c h p c mp h p c ⎡ ⎤ + + χ + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ Δ = + χ + ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ + χ + + ⎣ ⎦ ;
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1