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 138 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования 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 № 4 с. 138–152 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-138-152 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.048.4 История статьи: Поступила: 13 сентября 2024 Рецензирование: 08 октября 2024 Принята к печати: 17 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Метод быстрого прототипирования Мастер-модель Точность Стереолитография Жидкий фотополимер Копировально-прошивная электроэрозионная обработка Отклонение от плоскостности Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-01224, https://rscf.ru/ project/23-79-01224/ Благодарности Авторы выражают благодарность доценту кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Шумкову А.А. за помощь в получении и проектировании мастер-моделей методом быстрого прототипирования. АННОТАЦИЯ Введение. В работе представлены результаты получения сложнопрофильного электрода-инструмента (ЭИ) для копировально-прошивной электроэрозионной обработки по технологии литья. Данный способ заключается в использовании мастер-модели, полученной методом быстрого прототипирования. Цель работы: экспериментальное исследование обеспечения точности при изготовлении сложнопрофильных ЭИ методом литья с применением технологии быстрого прототипирования для копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Методы исследования. Мастер-модель ЭИ изготавливали на установке Envisiontec Perfactory XEDE по технологии стереолитографии. В качестве исходного материала использовался фотополимер Si500. Промежуточные и окончательные измерения отклонения поверхностей выполнены на КИМ Contura Carl Zeiss G2. Расчет литниково-питательной системы выполнен в ПО ProCast. Получена отливка из литейной латуни ЛЦ40С. Исследование процесса копировально-прошивной электроэрозионной обработки электродом-инструментом, изготовленным литьем с применением технологии быстрого прототипирования, проводилось с помощью копировально-прошивного станка Smart CNC в среде трансформаторного масла. Рабочие параметры: время включения импульса Ton, мкс; напряжение U, В; сила тока I, А. Результаты и обсуждение. Разработана методика проектирования и изготовления сложнопрофильного ЭИ с применением технологии быстрого прототипирования для копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Анализ отклонения формы показал, что при изготовлении мастер-модели методом стереолитографии происходит возникновение погрешностей. Экспериментальное исследование отклонения формы мастер-модели показало вогнутость поверхности в диапазоне от 0,03 до 0,07 мм в зависимости от расположения сторон. Показано, что оптимизированная мастер-модель имеет на 25 % меньше отклонений формы. Для изготовления ЭИ по технологии литья разработана литниково-питательная система (ЛПС). При оценивании пористости установлено, что поры сконцентрированы в ЛПС и прибыли, что положительно влияет на качество отливки. Изготовление электрода-инструмента с помощью технологии литья показало, что все параметры точности и шероховатости находятся в заданном допуске и соответствуют исходным данным чертежа. Проведено экспериментальное исследование процесса электроэрозионной обработки профильного паза ЭИ, который был изготовлен методом литья по выплавляемой модели, полученной с применением технологии быстрого прототипирования. Установлено, что размеры полученного паза удовлетворяют заявленным требованиям. Для цитирования: Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования / Т.Р. Абляз, В.Б. Блохин, Е.С. Шлыков, К.Р. Муратов, И.В. Осинников // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). –2024. – Т. 26, № 4. – С. 138–152. –DOI:10.17212/19946309-2024-26.4-138-152. ______ *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 Для изготовления сложнопрофильных поверхностей применяется механическая обработка. Этот метод имеет ряд технологических и экономических недостатков. Для получения
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 139 EQUIPMENT. INSTRUMENTS различных профилей необходимо изготовление различного профильного режущего инструмента, который применим на одном технологическом переходе. В таких условиях производственный цикл изготовления изделия увеличивается изза частой смены инструмента. При обеспечении необходимого профиля поверхности в основном требуется применение оборудования с возможностью многоосевой обработки, что приводит к увеличению себестоимости изделия [1–3]. Для получения сложнопрофильных поверхностей широко применяется копировально-прошивная электроэрозионная обработка (КПЭЭО). КПЭЭО позволяет получать профиль изделий различной формы с минимальными затратами на инструмент и оснастку. Технологические переходы не требует применения специальной оснастки в связи с отсутствием сил резания в процессе КПЭЭО [4–7]. Эффективность КПЭЭО зависит от качества электрода-инструмента (ЭИ). В современном производстве сложнопрофильные ЭИ изготавливают механическими способами обработки (токарная, фрезерная обработка). Необходимый контур поверхности зачастую требует ЭИ, который невозможно изготовить трехосевой обработкой, тогда изготавливают ЭИ на пятиосевых обрабатывающих центрах с применением специальной оснастки и режущего инструмента. Эти методы изготовления ЭИ требует значительных экономических и временных затрат. В рамках массового производства использовать их нецелесообразно. Для опытного производства характерно изготовление одного контрольного образца для внесения последующих изменений в его конструкцию, чтобы минимизировать производственный цикл с целью обеспечения необходимого результата. Актуальным решением является изготовление сложнопрофильных ЭИ с применением технологии литья по выплавляемым моделям и получением мастер-модели по методу быстрого прототипирования. Технология быстрого прототипирования позволяет изготовить опытный образец ЭИ для оценки соответствия качества и быстрого корректирования модели изделия. Применение аддитивных технологий для получения мастер-модели позволяет изготавливать единичные ЭИ различного профиля в сжатые сроки. Современное оборудование, применяемое в аддитивном производстве, позволяет за один производственный цикл изготовить партию ЭИ с различными профилями, что способствует снижению экономических затрат и уменьшению производственного цикла [8]. Анализ литературы [9–11] показал, что по технологии быстрого прототипирования из жидких фотополимеров возможно изготавливать прототипы изделий с минимальными отклонениями и структурными дефектами. Применение данной технологии позволяет обеспечить нужные параметры повторяемой геометрии сложнопрофильных элементов. В работах [12–16] отмечается эффективность указанной технологии для получения требуемых сложнопрофильных изделий. Однако в настоящее время не в полной мере изучен вопрос точности мастер-моделей, полученных методом стереолитографии. Актуальной задачей является разработка научно обоснованных подходов к изготовлению сложнопрофильных ЭИ по альтернативным технологиям. Целью работы является обеспечение точности изготовления сложнопрофильных ЭИ методом литья с применением технологии быстрого прототипирования для копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Задачи: 1) разработать методику проектирования и производства сложнопрофильного ЭИ для КПЭЭО с применением технологии быстрого прототипирования для создания мастер-модели; 2) проанализировать отклонения формы мастермодели, изготовленной из жидкого фотополимера, на координатно-измерительной машине (КИМ); 3) выполнить коррекцию CAD-модели для уменьшения отклонений формы мастер-модели; 4) разработать литниково-питательную систему (ЛПС) и оценить пористость отливки при заливке металлом; 5) провести экспериментальное исследование точности процесса КПЭЭО профильного паза электродом-инструментом, изготовленным литьем с получением выплавляемой модели по технологии быстрого прототипирования. Методика исследований Эксперименты проводились на базе ЦКП ЦАТ кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ФГАОУ ВО «Пермский нацио-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 140 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ нальный исследовательский политехнический университет». В рамках исследования методом литья по выплавляемым моделям изготовлены пять образцов электродов-инструментов для КПЭЭО глухого профильного паза в изделиях специального назначения; эскиз ЭИ представлен на рис. 1. Электроды-инструменты спроектированы с учетом межэлектродного зазора (МЭЗ), рассчитанного по методике, представленной в работах [17, 18]. Рис. 1. Эскиз электрода-инструмента Fig. 1. Sketch of the tool electrode Проектирование CAD-модели с литниково-питательной системой осуществлялось в системе автоматизированного проектирования SOLIDWORKS. Обработка CAD-модели для изготовления выплавляемой модели методом стереолитографии (SLA) осуществлена в программном комплексе Materialles Magics. Проектирование поддержек (рис. 2) необходимо для свободного удаления от рабочего места построения. Для минимизации расходов при изготовлении методом SLA выполнено внутреннее заполнение ЭИ ячеистой структурой гранецентрированной кубической решетки Вигнера – Зейтца (рис. 2). Данный тип решетки хорошо держит равноосную нагрузку, что позволяет получить мастер-модель с допустимыми отклонениями формы после дополимеризации материала на воздухе [19–21]. Выращивание ЭИ проведено на установке масочного типа Envisiontec Perfactory XEDE. Параметры режима представлены в табл. 1. Рис. 2. Поддержки для ЭИ Fig. 2. Supports for TE Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Параметры режима выращивания выплавляемой модели методом SLA Parameters of the build mode of the investment pattern by SLA method Параметр Значение Толщина слоя, мкм 50 Высота поддержек, мм 3 Толщина поддержек, мкм 280 Время засветки сечения модели и поддержек, мс 8500 Для изготовления моделей использовался фотополимерный материал на основе крилатов – Si500, относящийся к классу сшитых полимеров. Характеристики материала при нормальных условиях представлены в табл. 2. CAD-модель опытного ЭИ с литниково-питательной системой (ЛПС) представлена на рис. 3. Для расчета ЛПС использован программный комплекс ProCast. При проектировании ЛПС необходимо учесть следующее: 1) одинаковые условия для каждого участка отливки при литье; 2) для толстостенных участков наличие дополнительного депо жидкого металла с целью устранения дефектов (усадочной раковины, рыхлости и пористости в металле); 3) направление горячего металла от толстостенных участков к тонкостенным.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 141 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Характеристики фотополимерного материала Si500 при нормальных условиях Characteristics of Si500 photopolymer material under normal conditions Параметр Значение Модуль упругости на растяжение E, МПа 2,68 Предел прочности на разрыв σ, МПа 78,1 Относительная деформация при разрыве ɛ, % 4,39 Предел прочности на изгиб σ, МПа 65 Температура стеклования T, °С 61 Плотность в жидком состоянии ρ, г/см3 1,1 Плотность в твердом состоянии ρ, г/см3 1,2 После изготовления мастер-модели для каждого ЭИ был сформирован модельный комплект ЛПС и литьевая модель из литейного воска с помощью силиконовой формы. Полученные восковые модели электродов были соединены с ЛПС. Восковые ЭИ с ЛПС затем устанавливались в опоку и заливались гипсом. Прокалка формы осуществлялась до температуры 750 °С. После остывания формы до температуры 450 °С проводилась прокалка моделей в индукционной тигельной печи, затем отливки извлекались из формы. Используемый материал изделия – литейная латунь ЛЦ40С. Измерения параметров мастер-моделей, а также восковых моделей и последующих отлиРис. 3. Модель ЭИ с литниково-питательной системой Fig. 3. TE model with sprue-feeding system вок производились на трехкоординатной КИМ Contura Carl Zeiss G2. Рассматривались отклонения формы и величины возможных коррекций. Исследуемые образцы устанавливались перпендикулярно плоскости стола, и с помощью активной сканирующей головки машины измерялись перемещения относительно сечения вертикальных и горизонтальных поверхностей прототипа. На каждом полученном ЭИ измерялось четыре поверхности. Измеряемые поверхности и стратегия измерения представлены на рис. 4. Стратегия измерения представляет собой полилинию. Измерение производилось таким образом, чтобы максимальным образом задействовать всю поверхность. В результате собиралась
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 142 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Т а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Режим обработки на копировально-прошивном электроэрозионном станке Machining mode on the copy-piercing EDM machine Параметры Значения max I, А 8 U, В 50 Ton, мкс 100 Рис. 5. Заполнение ячейками структурой гранецентрированной кубической решетки Вигнера – Зейтца Fig. 5. Cell fi lling with the structure of a face-centered Wigner-Seitz cubic lattice а б Рис. 4. Измеряемые поверхности электродов-инструментов (а) и траектория измерения ЭИ (б) Fig. 4. Measured surfaces of the tool electrodes (а) and the trajectory of measuring the TE (б) статистика из 200 точек в трех координатах – X, Y, Z. Для тестирования полученных металлических ЭИ проведен эксперимент по КПЭЭО стали 45. Обработка выполнялась на КПЭЭО-станке Smart CNC в среде индустриального масла марки И-20а ГОСТ 982–80. Режим КПЭЭО представлен в табл. 3. Результаты и их обсуждение На рис. 5 представлена ячеистая структура внутреннего заполнения выплавляемых моделей. С помощью программного комплекса Calypso показаны средние отклонения от плоскостности на поверхностях 1–4 (рис. 6) всех пяти образцов ЭИ. Для моделирования линии погрешности отклонения от плоскостности применен метод аппроксимации. Для визуализации сделана выборка данных в количестве двенадцати точек для каждой поверхности. Точки выбирались на линии измерения, где она ломается. Данные выборки для каждой поверхности представлены в табл. 4. Расположение указанных точек представлено на рис. 7. Через эти точки проведена линия аппроксимации, обозначающая средний фактический размер мастер-моделей.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 143 EQUIPMENT. INSTRUMENTS а б в г Рис. 6. Траектория измерения со значением среднего отклонения от плоскостности по поверхности 1 (а), 2 (б), 3 (в), 4 (г) Fig. 6. Measurement trajectory with the value of average fl atness deviation along the surface 1 (а), 2 (б), 3 (в), 4 (г) Т а б л и ц а 4 Ta b l e 4 Выборка точек с поверхностей 1–4 Sampling points from surface 1–4 Поверхность Точка Координаты точек на поверхности Х Y Z 1 1 264,2598 –513,1588 –477,3192 2 264,2567 –518,4794 –477,3239 3 259,5628 –517,3288 –477,2899 4 259,5518 –521,9996 –477,2986 5 255,7281 –520,0690 –477,2837 6 255,7163 –525,1954 –477,2634 7 250,7091 –523,9416 –477,2420 8 250,6929 –529,7544 –477,2196 9 244,3490 –528,7445 –477,1874 10 244,3337 –534,6175 –477,1713 11 237,7511 –536,6551 –477,1053 12 267,6178 –513,1320 –477,3031
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1