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 20 ТЕХНОЛОГИЯ Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке Джаввади Эшвара Маниканта 1, a, Нитин Амбхор 2, b, *, Гопала Рао Теллапутта 3, c 1 Женский инженерный колледж Шри Вишну (A), Бхимаварам, Андхра-Прадеш, 534202, Индия 2 Технологический институт Вишвакармы, Махараштра, Пуна 411037, Индия 3 Инженерно-технологический колледж Св. Анны, Чирала, Андхра-Прадеш, 523187, Индия a https://orcid.org/0000-0002-0881-4899, manijem66@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0001-8468-8057, nitin.ambhore@viit.ac.in; c https://orcid.org/0000-0001-5622-4140, drtgopalarao@gmail.com Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 20–33 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-20-33 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Смазочно-охлаждающая жидкость играет важную роль в любой операции резки металла, обеспечивая смазывание поверхности контакта между инструментом и заготовкой, а также очищая зону резания от стружки и охлаждая поИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.895 История статьи: Поступила: 11 ноября 2024 Рецензирование: 25 ноября 2024 Принята к печати: 17 декабря 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Растительные масла Наножидкости Высокоскоростная обработка Экологическая устойчивость АННОТАЦИЯ Введение. В настоящее время при токарной обработке начинают постепенно использовать смазочноохлаждающие жидкости на основе растительных масел с наночастицами, которые обеспечивают устойчивое и высокоэффективное решение за счет улучшения смазки, охлаждения и качества поверхности. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей на основе растительных масел с наночастицами также способствует экологически безопасному подходу в обрабатывающей промышленности. Они используются в качестве альтернативы традиционным смазочно-охлаждающим жидкостям, представляющим собой опасные химические смеси, которые создают угрозу для окружающей среды и оператора. Цель работы. Основное внимание в настоящем исследовании уделяется использованию смазочно-охлаждающих жидкостей на основе экологически чистых растительных масел в процессе токарной обработки. В работе исследуется производительность токарной обработки стали AISI 1014 при различных комбинациях и соотношениях наночастиц. Методы исследования. В текущем исследовании в качестве основы использованы пять различных растительных масел, таких как кукурузное масло, кокосовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло и масло семян дерева ним. Для создания наножидкостей в базовую жидкость добавляют CuO, Al2O3, графен и порошкообразные многослойные углеродные нанотрубки. Разработаны смазочно-охлаждающие жидкости с различными концентрациями наночастиц (0,20 %, 0,40 %, 0,60 %, 0,80 % и 1 % по массе) и исследована их производительность при обработке стали AISI 1014. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что среди растительных масел кукурузное масло оказывает наибольшее влияние на вязкость и теплопроводность. Наночастицы графена показали многообещающие результаты в снижении силы резания, температуры и шероховатости поверхности. При использовании кукурузного масла, содержащего 0,8 масс. % наночастиц графена, наблюдается снижение силы резания до 104 Н, что на 29,8 % меньше, чем при использовании чистого кукурузного масла. При высокой концентрации (1 масс. %) наночастиц снижение нагрузки уменьшается из-за значительной агломерации наночастиц. Оптимальная концентрация наночастиц в базовой жидкости (кукурузном масле) составляет 0,8 масс. %. Для цитирования: Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Теллапутта Г.Р. Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 20–33. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-20-33. ______ *Адрес для переписки Амбхор Нитин, к.т.н., доцент Технологический институт Вишвакармы, Пуна 411037, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950441, e-mail: nitin.ambhore@viit.ac.in верхности заготовки и режущего инструмента [1]. Однако неправильное использование смазочно-охлаждающей жидкости и неправильные методы ее утилизации могут оказывать негативное влияние как на окружающую среду, так и на здоровье человека. Целью токарной обработки является удаление материала с заготовки для получения требуемой чистоты поверхности и размеров. При точении материал постепенно удаляется путем вращения заготовки относительно одноточечного режущего инструмента [2]. Мно-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 21 TECHNOLOGY гие отрасли, включая судостроение, энергетику, строительство и автомобилестроение, широко используют этот метод. В то же время высокое давление резания, трение, износ инструмента, высокие температуры на поверхности контакта инструмента и заготовки, а также значительное потребление энергии представляют собой серьезные проблемы при токарной обработке [3, 4]. Повышение стабильности и эффективности токарных операций требует снижения сил резания и потребления энергии. Использование смазочно-охлаждающей жидкости играет важную роль для устранения этих проблем и повышения качества обработки [5, 6]. Традиционные смазочно-охлаждающие жидкости, особенно полученные из минеральных масел, могут содержать опасные компоненты, включая бактерициды, смачивающие агенты, консерванты и агенты высокого давления, которые могут наносить вред как окружающей среде, так и рабочим [7]. Кроме того, переработка и утилизация использованных смазочно-охлаждающих жидкостей загрязняет окружающую среду [8]. В связи с этими проблемами растет интерес к исследованию альтернативных вариантов смазки для токарных операций [9]. Смазывающие свойства, экономическая эффективность и биоразлагаемость смазочных материалов на основе растительных масел сделали последние привлекательной альтернативой при использовании в условиях минимального количества смазки (MQL) [10]. С точки зрения КПД инструмента, стоимости, экологической безопасности и охраны труда MQL может заменить традиционное охлаждение с обильным поливом. Кроме того, используя экологически чистые смазочные материалы и методы смазки, токарная промышленность может снизить свое воздействие на окружающую среду, одновременно повышая эффективность обработки и качество продукции [11]. В настоящее время для токарной обработки в промышленности используются различные смазочно-охлаждающие жидкости. В основном это минеральные, натуральные, синтетические и полусинтетические масла. Многие исследователи использовали эти смазочно-охлаждающие жидкости и изучили производительность процесса токарной обработки. Маниканта и др. (Manikanta et al.) [12] использовали кукурузное масло в качестве смазочно-охлаждающей жидкости при точении стали SS 304. Результаты показали, что использование кукурузного масла в условиях MQL улучшает силу резания, температуру и срок службы инструмента по сравнению с обработкой без СОЖ. Влияние различных растительных масел, включая соевое, арахисовое, кукурузное, рапсовое, пальмовое, касторовое и подсолнечное, на шлифование никелевого сплава в условиях MQL было исследовано Ваном и др. (Wang et al.) [13]. Результаты показали, что кокосовое масло быстро впитывалось в инструменты и заготовки и обладало превосходным смазывающим эффектом. Касторовое масло превзошло другие шлифовальные жидкости по смазывающим свойствам и качеству поверхности заготовки. Шайх и Сидху (Shaikh and Sidhu) [14] получили благоприятные результаты при обработке стали D2 с использованием смазочно-охлаждающей жидкости на основе непищевого растительного масла. Результаты их экспериментов показали, что чистота обработанной поверхности при использовании минерального, соевого и хлопкового масла была практически одинаковой, с отклонениями менее 10 %. Путтасвами и Рамачандра (Puttaswamy and Ramachandra) [15] изучили возможность использования масла мадуки и масла семян дерева ним в качестве буровых жидкостей при обработке стали AISI 304L в условиях MQL при давлении 2 бара. Они пришли к выводу, что по всем параметрам масло семян дерева ним и масло мадуки превзошли традиционные смазочно-охлаждающие жидкости. Ли и др. (Li et al.) [16] проводили эксперименты по шлифованию в условиях MQL с чистым растительным маслом. Их исследование показало, что пальмовое масло является наиболее подходящим базовым маслом для шлифования высокотемпературного никелевого сплава в условиях MQL с точки зрения соотношения энергии и температуры шлифования. Согласно исследованиям Бабу и др. (Babu et al.) [17] оливковое масло снижало шероховатость поверхности и износ инструмента при фрезеровании стали AISI 304 в условиях MQL. Радхика и др. (Radhika et al.) [18] использовали кунжутное масло в качестве смазочно-охлаждающей жидкости при токарной обработке стали AISI 1014 и наблюдали улучшение качества обработанной поверхности и снижение силы резания.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 22 ТЕХНОЛОГИЯ Для шлифования в условиях MQL Го и др. (Guo et al.) [19] изучали шесть различных масел в сочетании с касторовым маслом. Теплопроводность и смазывающие свойства растительных масел могут быть значительно увеличены за счет добавления наночастиц, что повышает эффективность обработки [20, 21]. Проводились исследования по изучению влияния добавления наночастиц в экологически чистые растительные масла на повышение эффективности резания в сценариях MQL. В своем исследовании Нам и др. (Nam et al.) [22] изучили использование наножидкости в условиях MQL при микросверлении. Их анализ показал, что использование наножидкости в условиях MQL приводит к значительному снижению крутящих моментов и осевых усилий при сверлении и увеличению количества просверленных отверстий. Кроме того, наножидкость в условиях MQL эффективно удаляет оставшуюся стружку и заусенцы, что улучшило общее качество просверленных отверстий. Шен и др. (Shen et al.) [23] диспергировали наночастицы MoS2, алмаза и Al2O3 в растительном масле для изучения сил и абразивного износа инструмента при почти сухом шлифовании. Их исследование показало, что шлифование в условиях MQL с использованием алмазных наночастиц размером 100 нм в объемной концентрации 1,5 % обеспечивает наибольшее снижение усилия. Васу и др. (Vasu et al.) в работе [24] изучили влияние MQL с наночастицами Al2O3 на качество поверхности Inconel 600. Согласно их данным, более высокая объемная доля наночастиц Al2O3 в растительном масле привела к более высокому качеству поверхности. В исследовании Ни и др. (Ni et al.) [25] графен добавляли к трем различным растительным маслам (касторовому, кукурузному и рапсовому) в разных массовых долях для улучшения нарезания резьбы в условиях MQL на алюминиевом сплаве ADC12. Ученые обнаружили, что концентрация графена 0,5 масс. % обеспечивает наименьший средний крутящий момент независимо от типа базового масла. Высококачественные резьбовые поверхности также были получены с помощью суспензии на основе 0,5 масс. % касторового масла в условиях MQL. Используя метод, состоящий из двух этапов, Чжан и др. (Zhang et al.) [26] создали наножидкости с наночастицами Al2O3, а затем отшлифовали заготовку из Ti-6Al-4V в условиях MQL с воздухом, охлажденным до криогенных температур. Согласно экспериментальным результатам, сочетание наножидкостей и криогенно охлажденного воздуха демонстрирует превосходное качество шлифования, превосходя как криогенное охлаждение воздухом, так и использование СОЖ с наночастицами Al2O3 по отдельности. Многослойные углеродные нанотрубки были добавлены в подсолнечное масло в исследовании Манойкумара и Гоша (Maojkumar and Ghosh) [27] для шлифования стали AISI 52100 в условиях малого количества охлаждающей смазки (SQCL). Их анализ показал, что разработанная жидкость улучшает качество поверхности заготовки и продлевает срок службы шлифовального круга [28]. Экологически рациональные методы являются крайне важными в секторах, производящих механическую обработку, и выбор правильных смазочно-охлаждающих жидкостей играет ключевую роль в снижении негативного воздействия на окружающую среду. В предыдущих исследованиях основное внимание уделялось использованию экологически чистых смазочно-охлаждающих жидкостей при точении, фрезеровании, сверлении, развертывании и шлифовании среди прочих операций механической обработки. Исследования растительных масел с добавлением наночастиц в различных концентрациях практически не представлены. В данном исследовании предпринята попытка восполнить этот пробел путем использования как чистого растительного масла, так и наножидкостей на основе растительного масла при механической обработке в условиях MQL. В исследовании определено лучшее растительное масло для применения в качестве экологически чистой смазочно-охлаждающей жидкости, а также проведена оценка различных комбинаций и соотношений наночастиц с целью повышения производительности обработки. В статье представлен инновационный взгляд на составы смазочно-охлаждающих жидкостей для достижения лучших результатов механической обработки в металлорежущей промышленности с использованием комплексной методологии.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 23 TECHNOLOGY Методы Для токарной обработки в качестве материала заготовки была выбрана сталь AISI 1014. Использовали пять базовых жидкостей: кукурузное масло, кокосовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло и масло семян дерева ним. Наночастицы оксида меди (CuO) (уровень чистоты 99,5 %, размерный диапазон от 30 до 50 нм) и наночастицы оксида алюминия (Al2O3) (уровень чистоты 99,5 %, размерный диапазон от 30 до 50 нм) поставлялись лабораторией Platonic Nanotech Private Limited (Индия). Многослойные углеродные нанотрубки (уровень чистоты 99,9 %, размерный диапазон от 5 до 20 нм, морфология: порошкообразные) и графеновые наночастицы (уровень чистоты 99,5 %, размерный диапазон от 5 до 10 нм) поставлялись той же лабораторией. В качестве базовой жидкости использовали чистое кукурузное масло, в которое затем добавляли наночастицы для создания наносмазочно-охлаждающей жидкости. Концентрации смешанных порошкообразных частиц в базовой жидкости рассчитывали следующим образом: 0,20 %, 0,40 %, 0,60 %, 0,80 % и 1 % по массе. НаноСОЖ размешивали с помощью ультразвукового смесителя и магнитной мешалки. Перемешивание магнитной мешалкой длилось три часа, а ультразвуковая обработка – шесть часов. В результате была получена однородная и стабильная суспензия. Для каждого испытания брали свежий образец стабильной дисперсионной наноСОЖ и сразу же использовали, чтобы предотвратить любую потенциальную агломерацию или седиментацию. Обработку стали AISI 1014 проводили на токарном станке в условиях MQL. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1. Более подробно зона токарной обработки и фотография экспериментальной установки показаны на рис. 2. На жестком держателе инструмента (PSBNR2525M-12) механически закреплена твердосплавная пластина с покрытием (SNMG120408 NSU). Кроме того, в зоне механической обработки для подачи СОЖ использовали систему MQL, которая состояла из компрессора, контроллера потока, осушителя воздуха и распылительной форсунки. В системе MQL давление подачи воздуха составляло 5 бар, а скорость потока наноСОЖ – 20 мл/мин. Распылительная форсунка была расположена непосредственно над передней поверхностью инструмента на расстоянии 4 см. В этом исследовании изучаются параметры механической обработки, такие как сила резания, температура резания и шероховатость поверхности, при токарной обработке с использованием токарного станка Turn Master 35 Center Lathe Machine (производства KIRLOSKAR) в тумане смазочно-охлаждающих жидкостей с наночастицами различной концентрации. Среднее значение результатов регистрировали после того, как испытания были проведены не менее трех раз. Для измерения силы резания применялся динамометр Kistler (тип 9275B), в котором использованы трехкомпонентные пьезоэлектрические кристаллы. В течение регулярного периРис. 1. Экспериментальная методология Fig. 1. Experimental methodology
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1