Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofluid minimum quantity lubrication conditions

Том 26 № 4 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 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 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 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

Vol. 26 No. 4 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. 4 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. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 57 ТЕХНОЛОГИЯ Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости Авинаш Соматкар 1, 2, a, Рашми Двиведи 2, b, Сатиш Чинчаникар 3, c, * 1 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Махараштра, Пуне – 411048, Индия 2 Университет технологий и медицинских наук Шри Сатья Саи, Сехор, Мадхья-Прадеш, 466001, Индия 3 Технологический институт Вишвакармы, Махараштра, Пуне – 411037, Индия a https://orcid.org/0000-0002-2885-2104, avinash.somatkar@viit.ac.in; b https://orcid.org/0000-0002-9755-5330, rashmidwivedi29@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0002-4175-3098, satish.chinchanikar@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 57–74 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-57-74 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787 История статьи: Поступила: 30 сентября 2024 Рецензирование: 10 октября 2024 Принята к печати: 14 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Накатывание роликами Сплав Al6061-T6 Наножидкость Минимальное количество смазки (MQL) Оптимизация АННОТАЦИЯ Введение. Накатывание роликом является одним из самых популярных методов улучшения качества поверхности заготовки, повышения ее износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости. В процессе обработки заготовка сжимается и разглаживается под давлением закаленного ролика. Цель работы. Результаты исследований показывают, что внедрение минимального количества смазки (MQL) во время накатывания роликом дает возможность повысить эффективность процесса за счет снижения трения и улучшения смазывания. Исследования показали, что использование наножидкостей в условиях MQL улучшает производительность обработки. Однако накатыванию роликом сплава Al6061-T6 в условиях смазки минимальным количеством наножидкости (NFMQL) уделялось очень мало внимания. Методы исследования. В свете этого в данном исследовании сравнили эффективность накатки роликами сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости. Микротвердость, отклонение от круглости и шероховатость поверхности оценены, смоделированы и оптимизированы в исследовании с учетом скорости вращения заготовки, подачи и количества проходов. На основе экспериментальных результатов созданы математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и изменения отклонения от круглости. Результаты и обсуждение. Для разработанных моделей шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости наблюдается значение R-квадрата выше 0,9, что позволяет уверенно использовать эти модели для прогнозирования исследуемых откликов в условиях сухого трения и в условиях NFMQL в пределах области параметров, выбранных в настоящей работе. Согласно этому исследованию обработка, проведенная за четыре прохода при скорости вращения заготовки 357 об/мин и подаче инструмента 0,17 мм/об, позволяет получить минимальное отклонение от круглости (3,514 мкм), лучшую микротвердость (130,19 HV) и наименьшую шероховатость поверхности (0,64 мкм). Кроме того, исследование показывает, что увеличение количества проходов (более четырех) не приводит к значительному улучшению шероховатости поверхности или микротвердости. Однако это приводит к небольшому увеличению отклонения от круглости. Поэтому рекомендуется использовать максимум четыре прохода во время накатывания роликом образцов из алюминиевого сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения для достижения оптимальных результатов. Полученные результаты означают, что накатывание роликом может эффективно повысить общее качество поверхности и твердость заготовки. Кроме того, накатка роликами рассматривается как доступный метод повышения функциональности и прочности обработанных деталей за счет снижения вероятности появления поверхностных дефектов, таких как царапины и трещины. Обнаружено, что при увеличении скорости вращения заготовки шероховатость поверхности уменьшается. Тем не менее замечено, что она увеличивается как в условиях сухого трения, так и в условиях NFMQL, когда скорость вращения заготовки возрастает до 360…380 об/мин. Более того, обнаружено, что она уменьшается с увеличением подачи и количества проходов. Однако после трех или четырех проходов при скорости подачи 0,2…0,25 мм/об наблюдается заметное увеличение шероховатости поверхности. Отмечено, что с увеличением подачи микротвердость и отклонение от круглости растут. Кроме того, по мере увеличения количества проходов наблюдается снижение отклонения от круглости и повышение микротвердости. Количество проходов в условиях сухого трения и подача при накатывании в условиях NFMQL оказывают существенное влияние на шероховатость поверхности. Скорость вращения заготовки, по-видимому, оказывает наибольшее влияние на микротвердость, за ней следуют подача и количество проходов. С другой стороны, кажется, что эффект увеличения микротвердости в условиях NFMQL-накатки проявляется сильнее. В условиях сухого трения скорость вращения заготовки о казывает существенное влияние на отклонение от круглости, а при накатывании в условиях NFMQL влияние оказывает подача. Для цитирования: Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 57–74. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-57-74. ______ *Адрес для переписки Чинчаникар Сатиш, д.т.н., профессор Технологический институт Вишвакармы, Пуне – 411037, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950401, e-mail: satish.chinchanikar@viit.ac.in Введение Постоянный поиск новых методов обработки, позволяющих получить высокое качество поверхности и повысить ее механические свойства, в настоящее время вызывает большой

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 58 ТЕХНОЛОГИЯ интерес. Одним из таких методов является накатывание роликом. Он позволяет повысить качество обработанной поверхности и обеспечить точность размеров деталей из различных материалов. В процессе обработки используется жесткий ролик, который сглаживает неровности и позволяет получить глянцевую поверхность. Накатывание роликом также может повысить твердость материала на микроуровне [1]. Во многих отраслях промышленности используется алюминиевый сплав 6061-T6 (Al6061-T6) ввиду его прочности, легкости, технологичности и коррозионной стойкости. Однако с использованием традиционных методов получить высокие качество поверхности и механические свойства деталей из Al6061-T6 достаточно сложно. Накатывание роликом показало себя многообещающим в решении этих проблем. Оно может сгладить неровности на поверхности и повысить точность размеров [2]. Обработка с минимальным количеством смазки (MQL) предполагает введение небольшого количества смазывающего вещества непосредственно в зону резания. Этот метод снижает трение, продлевает срок службы инструмента и обеспечивает более гладкую поверхность. Такой метод обработки реализуется без экологических и финансовых проблем, которые возникают при использовании большого количества смазки. Недавние исследования показали хорошие результаты при сочетании MQL с различными процессами обработки, включая точение и фрезерование [3–6]. Куркуте и Чаван (Kurkute and Chavan) [7] оптимизировали шероховатость поверхности и микротвердость при накатке роликом сплава Al63400. В их исследовании подача рассматривалась как значимый параметр, влияющий на шероховатость поверхности. Патель и Брамбхатт (Patel and Brahmbhatt) [8] обнаружили, что скорость вращения шпинделя и глубина полировки являются наиболее важными параметрами для повышения микротвердости на 28 % по сравнению с предварительно обработанными поверхностями. Группа исследователей выполнила накатку роликом, варьируя такие параметры процесса, как подача, глубина резания, скорость вращения заготовки и количество проходов. В большинстве исследований разрабатывали эксперименты с использованием метода центрального композиционного плана поверхности отклика. В части исследований скорость вращения заготовки рассматривалась как доминирующий параметр, влияющий на шероховатость поверхности, а в некоторых исследованиях было обнаружено, что подача существенно влияет на шероховатость поверхности. В ряде исследований сообщалось, что глубина резания существенно влияет на шероховатость поверхности, а скорость вращения заготовки и количество проходов существенно влияют на микротвердость. В некоторых исследованиях сообщалось о влиянии взаимодействия силы накатывания и количества проходов на шероховатость поверхности. Скорость вращения заготовки, подача и количество проходов существенно влияют на шероховатость поверхности и микротвердость. Однако можно заметить, что основные технологические параметры, влияющие на характеристики процесса, зависят от технологических параметров, материала заготовки и условий охлаждения. Прасад и Джон (Prasad and John) [9] исследовали процесс накатки роликом на композиционном материале Mg-SiC. В их исследовании проводились эксперименты с изменением скорости вращения заготовки, подачи, силы и количества проходов. Авторы наблюдали уменьшение шероховатости поверхности при скорости 171 об/мин, скорости подачи 0,18 мм/об, силе 21 Н и трех проходах. Группа исследователей наблюдала изменения в поверхностных и металлургических текстурах из-за развития сильных контактных напряжений и увеличения пластической деформации поверхностного слоя компонента во время накатки роликами [10]. Исследования показали повышение качества поверхности при более низкой скорости и большой глубине внедрения [11]. Окада и др. (Okada et al.) [12] проанализировали характеристики накатки роликами при минимальном количестве смазки. В их исследовании наблюдалось увеличение твердости заготовки на 126…323 HV. Группа ученых выполнила накатку роликами с использованием различных методов охлаждения, таких как низкотемпературная (криогенная) накатка и с использованием керосина в качестве охлаждающей жидкости. Ученые наблюдали повышение твердости и чистоты поверхности при накатке в условиях MQL

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 59 TECHNOLOGY и при использовании керосина в качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) [13–15]. Группа исследователей оценивала целостность поверхности, варьируя такие параметры, как скорость, подача, количество проходов и условия охлаждения, а именно охлаждение поливом, MQL, низкотемпературное (криогенное) охлаждение и гибридное охлаждение. Результаты показали, что применение низкотемпературного (криогенного) охлаждения позволило повысить прочность материала, а использование гибридной охлаждающей жидкости позволило снизить шероховатость поверхности. Было отмечено, что микротвердость в незначительной степени зависит от типа условий охлаждения. Из изученной литературы следует, что процесс накатки роликом эффективно повышает общее качество поверхности и твердость заготовки. Кроме того, накатка роликом рассматривается как доступный метод повышения функциональности и надежности обработанных деталей за счет снижения вероятности появления дефектов поверхности, таких как царапины и трещины. Исследования показали, что использование MQL при накатке роликом дает возможность сделать процесс еще лучше за счет улучшения смазки и снижения трения. За последнее десятилетие исследования показали более высокую производительность обработки при использовании наножидкостей в условиях MQL [16–19]. Однако попыток обработать сплав Al6061-T6 накаткой роликом с использованием наножидкости в условиях процесса формообразования с минимальным количеством смазки (NFMQL) было предпринято очень мало. С этой точки зрения в настоящем исследовании проведена сравнительная оценка накатки роликом сплава Al6061-T6 без СОЖ и с использованием в качестве СОЖ наножидкости в условиях MQL. В работе произведена оценка, моделирование и оптимизация микротвердости, твердости, округлости и шероховатости поверхности с учетом таких факторов, как скорость вращения заготовки, подача и количество проходов. Математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости были разработаны на основе экспериментальных результатов. Химический состав материала, условия процесса формообразования и детали инструмента для накатки роликами представлены в следующем разделе. В третьем разделе обсуждается разработка экспериментальных математических моделей для прогнозирования шероховатости поверхности, микротвердости и округлости накатанной заготовки при обоих условиях охлаждения. В четвертом разделе проведена сравнительная оценка влияния параметров накатки роликом на характеристики, а именно шероховатость поверхности, микротвердость и округлость обработанной роликом заготовки при реализации обоих условий охлаждения. Далее представлены оптимизированные параметры процесса для достижения минимальной шероховатости поверхности и лучшей микротвердости и округлости поверхности при реализации обоих условий охлаждения. Наконец, представлены важные результаты настоящего исследования и возможности будущих исследований в этой области. Материалы и методы исследования В настоящем исследовании использовали алюминиевый сплав 6061 (Al6061-T6), который находит широкое применение в приложениях общего назначения. Благодаря своему отношению предела прочности к весу, стойкости к коррозии и хорошей свариваемости этот сплав пользуется популярностью в производственных процессах и подходит для изготовления из него различных структурных компонентов. Это дисперсионно-твердеющий алюминиевый сплав, два наиболее важных компонента которого – кремний и магний. Свариваемость является основным преимуществом алюминиевого сплава 6061. Он используется в аэрокосмической промышленности благодаря прочности и легкости, а благодаря своему химическому составу может также использоваться в автомобиле- и судостроении. Выбранный образец имеет диаметр 30 мм и длину 50 мм. В табл. 1 показаны характеристики и химический состав алюминиевого сплава 6061. В этом исследовании применялся однороликовый накатной инструмент с твердосплавным роликом. Твердосплавный роликовый накатной инструмент универсален и может использоваться на различных станках для разных целей. Возможность восстановления и продления срока службы инструмента делает его использование экономически эффективным решением для до-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 60 ТЕХНОЛОГИЯ стижения высокого качества поверхности. Для поддержания надлежащего давления в течение всего процесса накатки твердосплавный ролик подпружинен в обоих осевых направлениях. Путем переточки или притирки изношенного твердосплавного ролика его можно восстановить и продлить срок его службы. Инструмент с твердосплавным роликом может использоваться на токарных станках с ЧПУ, револьверных станках или традиционных токарных станках и подходит для всех внешних поверхностей валов, конических валов, радиусов, заплечиков и др. Накатка обработанной поверхности возможна до 0,1…0,2 мкм. На рис. 1 изображен накатник, который использовался в настоящем исследовании. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав сплава Al6061-T6 Chemical composition of Al6061-T6 alloy Элемент Al Cu Cr Mg Mn Si Zn Fe Ti Процентное содержание 95,8 0,15 0,2 1,1 0,15 0,75 0,25 0,19 0,15 Рис. 1. Роликовый отделочный накатник, используемый в настоящем исследовании Fig. 1. Roller burnishing tool used in the present study Постоянная глубина накатки, равная 0,5 мм, поддерживалась при изменении подачи, скорости вращения заготовки и количества проходов в экспериментах без СОЖ и с использованием в качестве СОЖ наножидкости в условиях MQL. Наночастицы оксида алюминия (Al2O3) были объединены с базовой жидкостью на основе растительного подсолнечного масла для создания наножидкости. Шероховатость поверхности, микротвердость и отклонение от круглости (три основные характеристики, влияющие на показатели устойчивости) были изучены с использованием метода проектирования эксперимента (DOE). Все отклики были проанализированы, и эмпирические модели разработаны с использованием центрального композитного дизайна (CCD). Эксперименты были спланированы с использованием тестовой матрицы ротатабельного центрального композиционного планирования (CCRD) со значением альфа, равным 1,6817. Для изменения каждого числового параметра использовались пять уровней: центральная точка, плюс и минус 1 (факториальные точки) и плюс и минус альфа (осевые точки). В этой работе было проведено двадцать испытаний накаткой роликом в условиях NFMQL и отсутствия СОЖ с различными параметрами процесса для построения моделей шероховатости поверхности, микротвердости и отклонения от круглости. В табл. 2 перечислены кодированные уровни вместе с фактическими значениями параметров накатки, которые им соответствуют. Для определения средних значений шероховатости поверхности использовали оборудование Taylor Hobson Talysurf, Surtronic Duo и автономное устройство измерения шероховатости поверхности. Для получения статистически значимого значения шероховатость поверхности измеряли в трех равномерно расположенных точках по периметру заготовки. Оценка качества поверхности была выполнена точно и последовательно в соответствии с этим подходом. Для проверки круглости использовали КИМ мостового типа (Zeiss Contura, диапазон измерения по осям 1200×800×800 мм). Геометрические отклонения были определены путем измерения круглости в двенадцати частях калиброванной области с помощью микрометрического инди-

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1