Том 27 № 1 2025 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 в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). 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 27 № 1 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Умеров Э.Д., Скакун В.В., Джемалядинов Р.М., Егоров Ю.А. Исследование влияния масляных СОТС с улучшенными трибологическими свойствами на силы резания и шероховатость обработанных поверхностей...... 6 Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Теллапутта Г.Р. Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке..................................................................................... 20 Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Муратов К.Р. Повышение качества изготовления изделий из жаропрочного никелевого сплава нового поколения с применением проволочно-вырезной электроэрозионной обработки............................................................................................................................................................................ 34 Абляз Т.Р., Осинников И.В., Шлыков Е.С., Каменских А.А., Горохов А.Ю., Кропанев Н.А., Муратов К.Р. Прогнозирование изменений поверхностного слоя в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки............................................................................................................................................................................. 48 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Болтрушевич А.Е., Кузнецова Ю.С., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки............................................................................ 61 Фатюхин Д.С., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Сундуков С.К., Сухов А.В. Влияние угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании......................................................................................................................................... 77 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Борисов М.А., Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Надеждина О.А. Разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования............................................................................................. 93 Лапшин В.П., Губанова А.А., Дудинов И.О. Прогнозирование качества получаемой при резании металлов поверхности в условиях роста изношенности инструмента........................................................................................... 106 Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Садыкин А.В., Мартюшев Н.В., Лобанов Д.В., Пелемешко А.К., Попков А.С. Проектирование механизма гомогенизации.............................................................. 129 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Усанова О.Ю., Рязанцева А.В., Вахрушева М.Ю., Модина М.А., Кузнецова Ю.С. Повышение эксплуатационных свойств деталей из серого чугуна с помощью ионной имплантации....................................................... 143 Абдельазиз Х., Сабер Д. Получение нанокомпозиционного материала с матрицей на основе алюминиевого сплава Al-7Si методом механического замешивания в стальную литейную форму с переменной толщиной стенок и исследование его характеристик..................................................................................................................................... 155 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Пал Ш., Гаиквад Й.M. Разработка и исследование композиционных материалов из акрилата с ПЭЭК для изготовления имплантатов тазобедренного сустава методом аддитивного производства (DLP 3D-печать).......................................................................................................................................................... 172 Прудников А.Н., Галачиева С.В., Абсадыков Б.Н., Шарипзянова Г.Х., Цыганко Е.Н., Иванцивский В.В. Влияние деформационной термоциклической обработки и нормализации на механические свойства листовой стали 10................................................................................................................................................................................ 192 Бханавасе В., Джоги Б.Ф., Дама Й.Б. Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной.................... 203 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 218 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 227 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 05.03.2025. Выход в свет 17.03.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 28,5. Уч.-изд. л. 53,01. Изд. № 25. Заказ 86. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 1 2025 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. 27 No. 1 2025 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. 27 No. 1 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Umerov E.D., Skakun V.V., Dzhemalyadinov R.M., Egorov Y.A. Investigation of the eff ect of oil-based MWFs with enhanced tribological properties on cutting forces and roughness of the processed surfaces.............................................. 6 Manikanta J.E., Ambhore N., Thellaputta G.R. Investigation of vegetable oil-based cutting fl uids enhanced with nanoparticle additions in turning operations........................................................................................................................ 20 Shlykov E.S., Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Muratov K.R. Improvement the manufacturing quality of new generation heat-resistant nickel alloy products using wire electrical discharge machining................................................................... 34 Ablyaz T.R., Osinnikov I.V., Shlykov E.S., Kamenskikh A.A., Gorohov A.Yu., Kropanev N.A., Muratov K.R. Prediction of changes in the surface layer during copy-piercing electrical discharge machining....................................... 48 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Boltrushevich A.E., Kuznetsova Yu.S., Bovkun A.S. Milling of Inconel 625 blanks fabricated by wire arc additive manufacturing (WAAM)..................................................................................................... 61 Fatyukhin D.S., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Sundukov S.K., Sukhov A.V. Infl uence of the oscillating systems inclination angle on the surface properties of steel 45 during ultrasonic surface plastic deformation................... 77 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Borisov M.A., Lobanov D.V., Skeeba V.Y., Nadezhdina O.A. Development of a device for studying and simulating the electrochemical grinding process................................................................................................................................... 93 Lapshin V.P., Gubanova A.A., Dudinov I.O. Predicting machined surface quality under conditions of increasing tool wear............................................................................................................................................................................... 106 Podgornyj Y.I., Skeeba V.Y., Martynova T.G., Sadykin A.V., Martyushev N.V., Lobanov D.V., Pelemeshko A.K., Popkov A.S. Designing the homogenization mechanism.................................................................................................... 129 MATERIAL SCIENCE Usanova O.Yu., Ryazantseva A.V., Vakhrusheva M.Yu., Modina M.A., Kuznetsova Yu.S. Improving the performance characteristics of grey cast iron parts via ion implantation.......................................................................... 143 Abdelaziz K., Saber D. Fabrication and characterization of Al-7Si alloy matrix nanocomposite by stir casting technique using multi-wall thickness steel mold................................................................................................................ 155 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Pal S., Gaikwad Y.M. DLP 3D printing and characterization of PEEK-acrylate composite biomaterials for hip-joint implants....................................................................................................................... 172 Prudnikov A.N., Galachieva S.V., Absadykov B.N., Sharipzyanova G.Kh., Tsyganko E.N., Ivancivsky V.V. Eff ect of deformation thermocyclic treatment and normalizing on the mechanical properties of sheet Steel 10.......................... 192 Bhanavase V., Jogi B.F., Dama Y.B. Wear behavior study of glass fi ber and organic clay reinforced poly-phenylenesulfi de (PPS) composites material........................................................................................................................................ 203 EDITORIALMATERIALS 218 FOUNDERS MATERIALS 227 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 6 ТЕХНОЛОГИЯ Исследование влияния масляных СОТС с улучшенными трибологическими свойствами на силы резания и шероховатость обработанных поверхностей Эрвин Умеров 1, 2, a, *, Владимир Скакун 1, 2, b, Руслан Джемалядинов 1, 2, c, Юрий Егоров 2, d 1 Крымский инженерно-педагогический университет имени Февзи Якубова, пер. Учебный, 8, г. Симферополь, 295015, Россия 2 Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского, пр. Академика Вернадского, 4, г. Симферополь, 295007, Россия a https://orcid.org/0000-0003-3477-2036, Ervin777@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0003-0656-7852, vladimir.skakun.92@list.ru; c https://orcid.org/0000-0003-3319-3542, rus.dzhemalyadinov@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0003-4990-9998, yuriyegorov@cfuv.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 6–19 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-6-19 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.01 История статьи: Поступила: 16 октября 2024 Рецензирование: 26 октября 2024 Принята к печати: 21 ноября 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Смазочно-охлаждающие технологические средства Коэффициент трения Силы резания Шероховатость Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 24-1220013). АННОТАЦИЯ Введение. Одним из способов повышения эффективности процесса резания является разработка новых эффективных составов смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), которые позволят снизить силу, а также температуру резания, увеличив при этом стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Одним из путей решения данной проблемы является химическая активация СОТС присадками из наноглинистых минералов с минимальной стоимостью, большие запасы которых имеются в недрах земли. В связи с этим приводится теоретическое обоснование выбора данной присадки и ее влияние на трибологические свойства СОТС. Цель работы. Определить влияние масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов на снижение силы резания, а также повышение качества обработанной поверхности при сверлении коррозионно-стойкой стали. Методы исследования. На операции сверления проведены экспериментальные исследования, в процессе которых осуществлялась фиксация составляющих силы резания при помощи трехкомпонентного динамометра М-30-3-6к. Целью эксперимента было определение влияния масляных СОТС, содержащих присадки из наноглинистых минералов, на составляющую силы резания, а также шероховатость обработанной поверхности. С использованием математического моделирования была получена формула для расчета коэффициента трения в процессе сверления. Результаты работы. В процессе проведения экспериментальных исследований получены результаты, показывающие эффективность использования масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов. Получены экспериментальные данные коэффициента трения, составляющей силы резания, а также шероховатости обработанной поверхности при сверлении с использованием экспериментальной СОТС, подаваемой в зону резания. Результаты исследований показали эффективность применения модифицированной СОТС по сравнению с традиционными составами. Выводы. Модифицированная СОТС, в состав которой входит подсолнечное масло и присадки из наноглинистых минералов, позволяет значительно снизить коэффициент трения, силу резания, а также шероховатость обработанной поверхности, что открывает дальнейшую перспективу их использования в металлообрабатывающей промышленности. Для цитирования: Исследование влияния масляных СОТС с улучшенными трибологическими свойствами на силы резания и шероховатость обработанных поверхностей / Э.Д. Умеров, В.В. Скакун, Р.М. Джемалядинов, Ю.А. Егоров // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 6–19. – DOI:10.17212/1994-6309-2025-27.1-6-19. ______ *Адрес для переписки Умеров Эрвин Джеватович, к.т.н., доцент Крымский инженерно-педагогический университет им. Февзи Якубова, пер. Учебный, 8, 295015, г. Симферополь, Россия Тел.: +7 978 832-72-92, e-mail: Ervin777@yandex.ru Введение Развитие отечественного машиностроения – одна из приоритетных задач современного государства. В связи с этим актуально совершенствование уже существующих технологий, а также поиск новых решений, позволяющих в комплексе получить повышение качества и производительности процесса механической обработки при сохранении низкой себестоимости изготовления готового изделия. Одним из возможных вариантов решения указанной задачи является разработка новых составов смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), сочетающих в себе высокие смазывающие и охлаждающие свойства. Требуется исследование их влияния на процесс механической обработки, что позволит открыть новые пути их эффективного применения. Одним из способов решения данной проблемы
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 7 TECHNOLOGY является применение экологически безопасных СОТС на основе растительных масел. В свою очередь, получение таких СОТС должно быть экономически обосновано и не должно приводить к большим финансовым затратам при их изготовлении. Основным действием масляных СОТС является смазочное, обеспечивающее необходимое качество обработанной поверхности, но по охлаждающим свойствам они уступают другим средствам. В подавляющем большинстве случаев на производстве применяют водорастворимые СОТС (эмульсии), которые за счет подачи достаточно большого объема снижают температуру в зоне резания путем конвективного теплообмена, но при этом уступают масляным по смазывающим свойствам. Анализу способов активации и совершенствования СОТС, используемых при лезвийной обработке заготовок, посвящено значительное количество научных работ, авторы которых внесли большой вклад в область исследования механизма действия СОТС в процессе резания [1–4]. Активация СОТС реализуется путем добавления в них функциональных присадок, различающихся природой и химическим строением. В состав присадок входят различные активные органические компоненты: фосфор, хлор и сера. Эти элементы образуют защитные пленки на контактных поверхностях и способствуют предотвращению молекулярного сцепления материала инструмента и заготовки. Возможно также применение графита, порошков мягких металлов (дисульфит молибдена) и высокодисперсных порошков (серпентина), относящихся к наноструктурированным присадкам. Они позволяют снизить силу трения в зоне резания за счет антифрикционных свойств, путем увеличения количества опорных площадей контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью. Известны также химические соединения и присадки к СОТС, которые обладают канцерогенным действием и оказывают негативное влияние на человека и окружающую среду. Проведенный анализ научно-технической литературы показал, что существующие методы и способы активации СОТС могут быть значительно доработаны. При этом создание новых масляных СОТС, имеющих низкую стоимость и обладающих эндотермическим (охлаждающим) эффектом с улучшенными трибологическими (смазывающими) свойствами, также остается актуальным. Решение поставленной задачи возможно путем добавления в состав масляных СОТС присадок, представляющих собой наноглинистые минералы. По своим физико-механическим свойствам эти минералы имеют сходство с такими присадками, как дисульфид молибдена, графит и серпентин. Основное отличие рассматриваемых присадок заключается в способности к гидрорасклиниванию структурных пакетных слоев (в процессе их гидрирования), в результате чего обеспечивается гидросмазка между слоями, которая способствует повышению трибологической эффективности масляных СОТС [5]. Таким образом, применение модифицированных СОТС с использованием в качестве модификатора трения наноглинистых минералов может положительно повлиять на процесс резания труднообрабатываемых материалов и нержавеющих сталей с присущей им низкой теплопроводностью [6, 7]. Оптимальные режимы резания [8], качество применяемых СОТС и способ их подачи [9, 10] влияют на процесс пластической деформации, приводя к снижению температуры и силы резания, а также к повышению качества обработанной поверхности и стойкости инструмента [11–15]. Следовательно, возникает необходимость в теоретических исследованиях, в проведении лабораторных и практических испытаний, направленных на разработку модифицированных СОТС с использованием в качестве модификатора трения присадок из наноглинистых минералов (ПНМ), сочетающих в себе помимо высокого смазывающего также и охлаждающее действие, необходимое при обработке труднообрабатываемых материалов и нержавеющих сталей. Цель исследований: определить влияние масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов на снижение силы резания и повышение качества обработанной поверхности при сверлении нержавеющей стали. Задачи, решаемые для достижения поставленной цели: 1) обосновать выбор присадки к масляным СОТС для повышения их трибологической эффективности;
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 8 ТЕХНОЛОГИЯ 2) теоретически и экспериментально подтвердить эффективность применения в качестве модификатора трения к масляным СОТС присадок из наноглинистых минералов и их влияние на повышение трибологических свойств; 3) на основе современных положений теории резания произвести анализ влияния присадок из наноглинистых минералов, присутствующих в масляных СОТС в качестве модификатора трения, на составляющие силы резания и шероховатость обработанной поверхности. Методика исследований При лезвийной обработке труднообрабатываемых материалов, а также нержавеющих сталей с использованием различных по составу СОТС от подаваемой в зону резания технологической среды обычно требуют как смазывающего, так и охлаждающего действия. Однако, как правило, повышение смазывающего эффекта неуклонно ведет к ухудшению охлаждающего действия таких СОТС. Это обстоятельство побуждает к поиску альтернативных решений, в результате которых полученные СОТС будут обладать высокими как смазывающими, так и охлаждающими свойствами. На основании вышеизложенного появилась необходимость проведения экспериментальных исследований, направленных на разработку модифицированных масляных СОТС с применением ПНМ в качестве основного модифицирующего элемента, с целью уменьшения затрат энергии в процессе резания, повышения качества обработанной детали и ресурса инструмента. Использование ПНМ имеет ряд преимуществ. Например, они являются природными ископаемыми и находятся в недрах земли в большом количестве, имея при этом минимальную стоимость. Одним из видов наноглинистых минералов является бентонит, в основе которого лежит монтмориллонит (нанодисперсный силикат в виде листовой структуры). По своим физико-химическим свойствам указанные материалы имеют положительные особенности, такие как возможность гидрорасклинивания структурных пакетных слоев при гидрировании, что обеспечивает гидросмазку между слоями, способствуя увеличению трибологической эффективности таких СОТС. Описанное явление отличает трибологические свойства монтмориллонита относительно модификаторов трения, названных выше. При гидрировании данной присадки, по сравнению с вышеописанными модификаторами трения, за счет расклинивающего действия поверхностно сорбированной воды трение между пакетами минерала переходит из сухого в жидкостное либо граничное трение. Гидрированные частицы минерала при попадании в контактную зону инструмента и заготовки вместе с масляными СОТС выполняют функцию «наноразмерных подшипников скольжения» [16, 17], которые позволяют снизить вероятность возникновения адгезионного износа инструмента. Температура, достигнутая в контактной зоне инструмента и заготовки, действует на содержащиеся в масляных СОТС поверхностно сорбированные водой пакеты ПНМ, приводя, в свою очередь, к испарению влаги и обеспечивая эндотермический эффект. Одной из особенностей наноглинистых минералов является то, что в процессе испарения выделенные пары остаются в системе, а при снижении температуры выделенный пар конденсируется, возвращаясь обратно в структуру. В процессе резания труднообрабатываемых материалов, к которым в том числе относятся и нержавеющие стали, усовершенствование трибологических характеристик СОТС особенно актуально, поскольку при обработке таких материалов доступ СОТС в контактную зону затруднен. Рассмотрим случай, когда применяется стандартное СОТС без присадок, препятствующих адгезионному схватыванию при обработке труднообрабатываемых материалов. Вследствие высоких удельных нагрузок, присутствующих в процессе резания и действующих на контактные поверхности инструмента, происходит вытеснение СОТС и дальнейшее схватывание стружки с инструментальной основой. Таким образом, возникают условия для адгезионного схватывания между передней поверхностью режущего инструмента и стружкой (рис. 1, а). Во втором случае масляных СОТС с присадкой графита или дисульфида молибдена, попадая в контактную зону в процессе резания (рис. 1, б), будет противодействовать схватыванию стружки с режущим инструментом, тем самым улучшая
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 9 TECHNOLOGY условия трения в зоне резания. Это может достигаться за счет недопущения адгезионного схватывания пакетами слоев графита или дисульфида молибдена между собой. а б Рис. 1. Примеры реализации возможных контактных взаимодействий на передней поверхности режущего инструмента: а – без подачи СОТС («сухое» резание); б – при наличии в масляном СОТС графита, который выступает в качестве присадки; в – при наличии в масляном СОТС присадки в виде гидрированного наноглинистого минерала; – область высокой локальной деформации; ОМ – обрабатываемый материал; V – линейная скорость; ИМ – инструментальный материал Fig. 1. Examples of possible contact interactions on the rake face of a cutting tool: а – without MWF feeding (“dry” cutting); б – with graphite in the oil-based MWF, acting as an additive; в – with an additive of a hydrogenated nanoclay mineral in the oil-based MWF; – the area of high local deformation; WM – work material; V – linear velocity; TM – tool material При условии схожести кристаллических решеток графита или дисульфида молибдена и наноглинистых минералов в первом случае возможен сдвиг слоев, который происходит «всухую», в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 10 ТЕХНОЛОГИЯ а во втором случае создаются условия жидкостного трения при сопровождении гидрорасклинивания (рис. 1, в), что непосредственно влияет на трибологические свойства СОТС. Для оценки термодинамических преобразований ПНМ, которые могут происходить в масляном СОТС при обработке материалов резанием, проведем анализ их поведения при гидратации и дегидратации. Данная присадка имеет кристаллическую решетку, состоящую из трех слоев и образующую пакеты с отрицательным зарядом, которые создают отталкивающие силы, обеспечивая при этом расклинивающий эффект [5]. Упомянутые ранее наноглинистые минералы обладают термодинамическими свойствами, и это делает возможным их использование в виде присадок к масляным СОТС. В работе [18] приведен подробный термический анализ монтмориллонита с выделением температурного диапазона (80…220 °С), при котором проявляется эндотермический (теплопоглощающий) эффект. В начале диапазона происходит удаление адсорбционного слоя воды, после чего с поверхности минерала выводится межпакетная вода. При увеличении температуры до 600 °С происходит полное разрушение кристаллической решетки (спекание) минерала, вызванное удалением структурного слоя воды. Известно, что в процессе резания при небольших контактных нагрузках происходит граничное трение [19], а при интенсивной пластической деформации наблюдается уже «схватывание» стружки с передней поверхностью инструмента. Для оценки эффективности описанной выше ПНМ в составе масляных СОТС были проведены лабораторные испытания по определению эмпирического коэффициента трения в условиях, приближенных к процессу сверления. В работах [20, 21] описаны различные методы определения коэффициента трения смазочных материалов, в которых указано, что не всегда можно произвести оценку фактического коэффициента трения с использованием определенного метода механической обработки и с присущей каждому из методов индивидуальной особенностью. В свою очередь, широко используемая методика по определению коэффициента трения на четырехшариковой машине не позволяет воспроизвести имитацию процесса трения, образованного, например, в контактной зоне режущего инструмента с заготовкой при сверлении. Экспериментальная оценка эффективности разработанного СОТС на масляной основе с использованием в качестве модификатора трения ПНМ, а также оценка его трибологических свойств реализовывалась при использовании методики определения коэффициента трения «верчение конуса по конусу» на радиально-сверлильном станке 2К522. Экспериментальный стенд выступал в качестве трибометра, позволяющего определять эмпирический коэффициент трения в условиях, приближенных к процессу сверления. В качестве индентора было использовано спиральное сверло из стали Р6М5 с измененной геометрией режущей кромки (рис. 2). Это обеспечивало процесс трения индентора (сверла) о коническую поверхность контртела (заготовки). В процессе исследований на столе станка устанавливался динамометр трехкомпонентный М-30-3-6к, который позволяет регистрировать как осевую силу, так и крутящий момент. На динамометре при помощи фланца и трехкулачкового патрона закреплялась обрабатываемая заготовка из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т Рис. 2. Геометрия режущей кромки модифицированного сверла (индентора): 1 – контртело (заготовка); 2 – индентор (спиральное сверло); 3 – паз для подачи в зону трения СОТС; 4 – сквозное отверстие для удаления СОТС Fig. 2. Geometry of the cutting edge of a modifi ed drill (indenter): 1 – counterbody (workpiece); 2 – indenter (spiral drill); 3 – circular groove for supplying to the cutting zone; 4 – through-hole for removing MWF
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1