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 135 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Особенности применения электродов-инструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий Тимур Абляз a, Владимир Блохин b, Евгений Шлыков c,*, Карим Муратов d, Илья Осинников e Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, г. Пермь, 614990, Россия a https://orcid.org/0000-0001-6607-4692, lowrider11-13-11@mail.ru; b https://orcid.org/0009-0009-2693-6580, warkk98@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0001-8076-0509, Kruspert@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0001-7612-8025, Karimur_80@mail.ru; e https://orcid.org/0009-0006-4478-3803, ilyuhaosinnikov@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 135–148 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-135-148 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.048.4 История статьи: Поступила: 11 июня 2024 Рецензирование: 25 июня 2024 Принята к печати: 28 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Аддитивные технологии Селективное лазерное сплавление Копировально-прошивная электроэрозионная обработка Сила тока Напряжение Время включения импульса Шероховатость поверхности Износ электрода-инструмента Финансирование Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту № 23-29-00104. https://rscf.ru/ project/23-29-00104/ Благодарности Авторы выражают благодарность доценту каф. ИТМ ФГАОУ ВО «ПНИПУ» Е.А. Морозову за помощь в изготовлении образцов электродов-инструментов методом СЛС из мартенситностареющей стали MS1. АННОТАЦИЯ Введение. В работе представлены результаты исследования применения электрода-инструмента (ЭИ), изготовленного методом селективного лазерного сплавления из порошка мартенситностареющей стали MS1 для копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование особенностей применения аддитивно изготовленных ЭИ при КПЭЭО ответственных изделий. Методы исследования. Изготовление образцов выполнялось на установке ReaLizer SLM 50. В качестве исходного материала использовался порошок MS1 сферической формы со средним размером частиц 30 мкм. Для отработки режимов и выбора образца ЭИ с наименьшим количеством поверхностных дефектов было отработано четыре режима изготовления, выбран наилучший образец для дальнейшего исследования. КПЭЭО проводилась на оборудовании EMT Smart CNC в среде трансформаторного масла. Образцы были установлены в зажим при прямой полярности и применялись в качестве ЭИ, в качестве электрода-детали служила пластина 12Х18Н10Т. Исследование проводилось с помощью факторного эксперимента (типа 23) с центром плана. Входные данные факторного эксперимента – сила тока I, А, напряжение U, Вт, время включения импульса Ton, мкс. Выходными параметрами являлись параметр шероховатости по Ra и γ – износ ЭИ. Измерение параметра шероховатости по Ra проводилось на установке Mahr Perthometer S2. Результаты и обсуждение. Методом СЛС изготовлены образцы ЭИ из порошка MS1, выбран наиболее качественный образец № 4 для КПЭЭО. Получены эмпирические уравнения, описывающие взаимосвязь параметра качества поверхности – шероховатости по Ra и γ – износа ЭИ, изготовленного из мартенситностареющей стали MS1, в зависимости от режимов КПЭЭО. На минимальном режиме при силе тока I = 4 А и напряжении U = 50 В износ ЭИ γ = 0,0063875 г. Максимальный износ ЭИ составляет γ = 0,13938 г при силе тока I = 8 А и напряжении U = 50 В. Установлено, что при постоянном времени включения импульса Ton = 75 мкс наименьшая шероховатость Ra = 2,83 мкм получена при силе тока I = 4 А и напряжении U = 100 В, а максимальная шероховатость составила Ra = 4,1568 мкм при I = 8 А и U = 100 В. Для цитирования: Особенности применения электродов-инструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий / Т.Р. Абляз, В.Б. Блохин, Е.С. Шлыков, К.Р. Муратов, И.В. Осинников // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 135–148. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-135-148. ______ *Адрес для переписки Шлыков Евгений Сергеевич, к.т.н., доцент Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, 614990, г. Пермь, Россия Тел.: +7 961 759-88-49, e-mail: Kruspert@mail.ru Введение Актуальность применения аддитивных технологий при изготовлении электродов для электроэрозионной обработки (ЭЭО) возникла в связи с повышенными требованиями к точно-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 136 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ сти и качеству изготовления сложнопрофильных изделий [1–3]. Установлено, что один из самых рациональных аддитивных методов получения электродов-инструментов (ЭИ) – это технология селективного лазерного сплавления (СЛС) [4–8]. Отмечается, что применение аддитивных технологий позволяет получить требуемые параметры повторяемой геометрии сложнопрофильных элементов, а также обеспечить повышенные показатели производительности и стойкости ЭИ путем применения новых составов порошковых материалов. В работах [9–13] отмечена эффективность применения композитных электродовинструментов, полученных с применением аддитивных технологий. Принцип технологии СЛС заключается в разбивке изделия на слои и последующей печати изделия с циклическим повторением операций. Повышение требований к точности, качеству и надежности изготовления изделий требует применения ЭИ высокого качества, повторяющих профиль поверхности. Требуемая точность размеров изделий, обрабатываемых методом ЭЭО, варьируется от 12-го до 6-го квалитета, а требуемая шероховатость по Ra – от 3,2 до 0,8 мкм. Повышенные требования к точности и шероховатости связаны с эксплуатационными особенностями; обрабатываемые поверхности находятся в сопряжении с кинематическими узлами и механизмами. В работах [14–18] рассматривается метод СЛС для получения металлических электродовинструментов. Авторы отмечают, что применение аддитивных технологий для выращивания ЭИ позволяет не только обеспечить требуемые параметры повторяемой геометрии сложнопрофильных элементов изделий, но и получить повышенные показатели производительности и стойкости ЭИ путем применения новых порошковых материалов. Основные параметры процесса СЛС – мощность лазера, скорость сканирования, тип и расстояние штриховки, толщина слоя и характеристики порошка – влияют на образование дефектов в процессе выращивания ЭИ. Пористость является наиболее частым и сложным дефектом для устранения при селективном лазерном сплавлении. На образование пор оказывают влияние свойства исходного порошкового материала, параметры установки и режимы выращивания [19–21]. Еще один дефект, появляющийся при применении порошковых аддитивных технологий, – несплавления, которые возникают при недостаточном перекрытии единичных дорожек друг с другом. Неверно подобранные режимы для определенного материала приводят к повышению пористости. При недостаточном значении мощности в процессе СЛС порошковый слой не полностью расплавляется, это вызывает эффект сферодизации или несплавление с предыдущим слоем из-за наличия в дорожке несплавленных частиц [22]. Повышение значения мощности приводит к интенсивному испарению материала или наиболее легкоплавких компонентов порошка, что вызывает образование пор. Наличие подобных дефектов способствует интенсификации разрушения ЭИ в процессе ЭЭО. Наличие нестабильности в структуре ЭИ может также сказаться на формировании стабильного процесса искрообразования при копировально-прошивной ЭЭО (КПЭЭО), что негативным образом отразится на качестве обработки. В настоящее время сформированные подходы к проектированию конфигурации ЭИ и назначению режимов обработки полагаются на методики проектирования нагруженных ответственных изделий. Данные подходы не включают в себя особенности физической стороны процесса ЭЭО. Следует оптимизировать размеры и форму ЭИ не только с учетом массовых и механических характеристик, но также с учетом его физических свойств (электросопротивления и возможности формирования стабильного канала искрообразования). Исходные параметры ЭИ оказывают влияние на формируемую поверхность и непосредственно на расход ЭИ. Структурные дефекты интенсифицируют процесс расхода ЭИ в процессе КПЭЭО. На получение требуемого качества поверхности оказывает влияние шероховатость ЭИ не только до КПЭЭО, но и в самом процессе. Исходя из этого установлено, что обеспечение предъявленных требований качества ЭИ является актуальной научно-технологической задачей. Целью работы является экспериментальное исследование особенностей применения аддитивно изготовленных ЭИ при КПЭЭО ответственных изделий. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 137 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Разработать рациональную методику изготовления образцов электродов-инструментов из мартенситностареющей стали MS1 методом селективного лазерного сплавления. Эти образцы должны обладать минимальным количеством структурных дефектов для дальнейшей КПЭЭО. Установить эмпирическую зависимость параметра качества поверхности аддитивно изготовленного ЭИ из мартенситностареющей стали MS1 в зависимости от режимов КПЭЭО. Установить эмпирическую зависимость износа аддитивно изготовленного ЭИ из мартенситностареющей стали MS1 в зависимости от режимов КПЭЭО. Оценить влияние режимов КПЭЭО на качество поверхности аддитивно изготовленного ЭИ из мартенситностареющей стали MS1. Методика исследований Исследования проводились на базе центра коллективного пользования «Центр аддитивных технологий» Пермского национального исследовательского политехнического университета. Изготовление опытных ЭИ осуществлялось методом аддитивных технологий (СЛС). ЭИ изготавливались из порошка мартенситностареющей стали марки MS1. Частицы порошка обладали средним размером 20…40 мкм и имели сферическую форму. Мартенситностареющие стали – это уникальные низкоуглеродистые мартенситные стали, которые получают прочность за счет интерметаллических осадков, образующихся в процессе термической обработки при старении. Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость, а значительные легирующие добавки позволяют добиться высокой прочности за счет механизмов закалки в виде осадков. В процессе СЛС возникают следующие дефекты: трещины, поры и достаточно грубая поверхность с наличием приплавленных частичек порошка. Необходима проработка режимов сплавления на данном порошке MS1. Проведение пробных режимов позволит получить ЭИ с минимальным количеством дефектов. Проработка режимов сплавления проводилась на установке ReаLizer 50 (рис. 3, а), которая работает по технологии СЛС и используется преимущественно для изготовления мелкогабаритных деталей из порошков различной номенклатуры. Установка оснащена импульсным волоконным лазером с возможностью регулировки траектории перемещения луча, а также продолжительности засветки. Одним из основных достоинств установки ReaLizer SLM 50 является высокая детализация изделий. В качестве защитного газа для спекания применялся аргон. Для получения ЭИ использовались четыре режима (табл. 1) сплавления порошкового материала MS1 и был выбран наилучший по качеству образец. Параметры, варьируемые при изготовлении ЭИ из порошка мартенситностареющей стали MS1 методом СЛС: время засветки каждой точки – t, мкс; рабочая сила тока – I, мА; расстояние между точками траектории движения лазера – S, мкм; средняя мощность лазерного излучения – Pср, Вт; шаг заполнения, мкм; толщина единичного слоя – h, мкм; скорость сканирования – V, м/с. Образцы изготовлены в виде параллелепипедов длиной 30 мм и сечением 5×5 мм. На рис. 1 представлены полученные образцы на подложке для выращивания. Высокая плотность энергии в процессе СЛС приводит к чрезмерному испарению материала и образованию брызг, из-за чего образуется большое количество пор. Поры снижают устаТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Технологические режимы изготовления ЭИ Technological modes of manufacturing the tool electrode № t, мкс I, мА S, мкм Pср, Вт Шаг заполнения, мкм h, мкм V, м/с 1 40 1400 20 35 0,05 30 1 2 40 1400 30 35 0,05 30 0,75 3 20 1200 20 30 0,05 30 1 4 20 1400 20 35 0,05 30 1
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 138 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 1. Образцы электродов-инструментов Fig. 1. Samples of tool electrodes лостные характеристики и механические свойства получаемых изделий, действуя как концентраторы напряжений. Трещины на поверхности изделий, полученных методов СЛС, вызваны большим температурным градиентом между ванной расплава и затвердевшим металлом. На образцах № 1–3 (рис. 2, а–в) присутствуют хаотически расположенные поры диаметром 40…65 мкм. Поверхность образца № 4 характеризуется наименьшим количеством структурных дефектов (пор, которые в диаметре составляют 20…28 мкм, и трещин шириной до 2…3 мкм). При исследовании полученных образцов на наличие дефектов (поры, микротрещины) установлено, что наиболее пригодный образец для КПЭЭО – под номером 4 (рис. 2, г). Копировально-прошивная электроэрозионная обработка проводилась на установке Electronica Smart CNC (рис. 2, б) в среде трансформаторного масла. Обрабатываемая заготовка выполнена из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Значения и интервал входных параметров представлены в табл. 2. Для оценки параметра качества поверхности по Ra использовался профилометр Mahr Perthometer S2 (рис. 2, в). Оценка проводилась согласно методике ГОСТ 2789–73. Рис. 2. Поверхности образцов: а –№ 1; б – № 2; в – № 3; г – № 4 Fig. 2. Surfaces of sample: а – No.1; б – No.2; в – No.3; г – No.4 а б в г
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 139 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рельеф поверхности образцов и количество дефектов на поверхности оценивались с помощью инвертированного металлографического микроскопа научно-исследовательского класса NIM900 (рис. 3, г) при увеличениях ×300 и ×500. С целью определения зависимостей формирования параметра шероховатости по Ra, а также износа рабочей поверхности ЭИ, изготовТ а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Режимы копировально-прошивной электроэрозионной обработки Modes of copy-piercing EDM machining Режим Сила тока I, А Время включения импульса Тon, мкс Напряжение U, В Минимальный уровень 4 50 50 Средний уровень 6 75 75 Максимальный уровень 8 100 100 ленного из мартенситностареющей стали MS1 и полученного с применением технологии селективного лазерного сплавления, проведен полный факторный эксперимент (ПФЭ) типа 23 с центром плана. Значения факторов закодированы в матрицу с помощью координат преобразования. Матрица планирования эксперимента показана в табл. 3. Выходными параметрами явля- а б Рис. 3. Установки для проведения эксперимента и оценки результатов: а – ReaLizer SLM 50; б – микроскоп NIM900; в – копировально-прошивной электроэрозионный станок Electronica Smart CNC; г – профилометр Mahr Perthometer S2 Fig. 3. Facilities for conducting the experiment and evaluating the results: а – ReaLizer SLM 50; б – NIM900 microscope; в – Electronica Smart CNC copy-piercing EDM machine; г – Mahr Perthometer S2 profi lometer в г
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1