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 34 ТЕХНОЛОГИЯ Повышение качества изготовления изделий из жаропрочного никелевого сплава нового поколения с применением проволочно-вырезной электроэрозионной обработки Евгений Шлыков a, *, Тимур Абляз b, Владимир Блохин c, Карим Муратов d Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, г. Пермь, 614990, Россия a https://orcid.org/0000-0001-8076-0509, Kruspert@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0001-6607-4692, lowrider11-13-11@mail.ru; c https://orcid.org/0009-0009-2693-6580, warkk98@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0001-7612-8025, Karimur_80@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 34–47 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-34-47 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В современной промышленности происходит постоянное ужесточение требований к показателям качества изделий. Внедрение сплавов нового поколения приводит к повышению физикомеханических свойств изделий. Так, внедрение ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.048.4 История статьи: Поступила: 12 декабря 2024 Рецензирование: 19 декабря 2024 Принята к печати: 28 декабря 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Проволочно-вырезная электроэрозионная обработка Шероховатость поверхности Точность Микротрещины Поверхностный слой Циклические испытания Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-01224, https://rscf.ru/ project/23-79-01224/. АННОТАЦИЯ Введение. В работе представлены результаты экспериментального исследования по количественной и качественной оценке поверхности после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование с проведением анализа дефектов поверхности образцов после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки изделий из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П. Методы исследования. Образцы для исследования определенной геометрии получены методом ПВЭЭО на четырех режимах. Рабочие параметры: высота образца – h, мм, время действия импульса – Ton, мкс, время выключения импульса – Toff , мкс. Выполнена оценка образцов на электронном микроскопе Hitachi S-3400N в режиме обратно рассеянных электронов при напряжении 25 кВ. Топография поверхности после электроэрозионной обработки оценивалась с помощью лазерного сканирующего микроскопа (ЛКСМ) LextOLS4000. Циклические испытания проводились на универсальной испытательной машине Biss-00-100 с частотой испытаний 20 Гц в симметричном цикле (R = –1). Результаты и обсуждение. Установлено, что при ПВЭЭО величина дефектного белого слоя постоянна и составляет 10 мкм независимо от режима обработки. Проанализирован показатель качества поверхности – шероховатости по Ra. Установлено, что среднее значение шероховатости по параметру Ra составляет 1,62 мкм при обработке образца высотой 10 мм. При увеличении высоты значение шероховатости поверхности достигает 2,6 мкм на минимальном режиме и 3,4 мкм – на максимальном. Установлено, что с увеличением высоты заготовки возрастает количество микротрещин на поверхности изделия, связанное с интенсификацией взаимодействия единичных импульсов с обрабатываемой поверхностью. В результате исследования установлено, что при амплитуде нагружения 400 МПа достигается среднее значение числа циклов, которое составляет 1,50Е+05 циклов. Отмечено уменьшение количества циклов при увеличении амплитуды циклов нагружения. Для цитирования: Повышение качества изготовления изделий из жаропрочного никелевого сплава нового поколения с применением проволочно-вырезной электроэрозионной обработки / Е.С. Шлыков, Т.Р. Абляз, В.Б. Блохин, К.Р. Муратов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 34–47. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-34-47. ______ *Адрес для переписки Шлыков Евгений Сергеевич, к.т.н., доцент Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский пр., 29, 614990, г. Пермь, Россия Тел.: +7 961 759-88-49, e-mail: Kruspert@mail.ru в производство гранулируемого жаропрочного никелевого сплава ВВ751П привело к повышению устойчивости изделий авиации в среде высоких температур без потери их механических свойств. Изделия из жаропрочного сплава ВВ751П имеют продленный эксплуатационный срок службы и повышенные характеристики циклической долговечности [1–3]. Для изготовления изделий в современном авиадвигателестроении применяется преимущественно механическая обработка. Внедрение новых материалов приводит к значительному
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 35 TECHNOLOGY усложнению технологического процесса серийного изготовления. Обработка жаропрочных материалов механическими методами имеет ряд технологических и экономических недостатков. При механической обработке изделий из жаропрочных сплавов из-за их высокой твердости происходит образование проточин на резце, что приводит к снижению стойкости инструмента и снижению точности обработки. Другой проблемой в процессе обработки резанием является упрочнение и низкая теплопроводность обрабатываемого материала. В процессе резания при обработке жаропрочных материалов выделяется значительное количество теплоты, что приводит к интенсификации и локализации термического воздействия на режущую кромку резца и к его износу [4, 5]. Альтернативным методом изготовления изделий из жаропрочных сплавов нового поколения является проволочно-вырезная электроэрозионная обработка (ПВЭЭО) [6–10]. ПВЭЭО основана на разрушении материала с поверхности заготовки под действием электрических импульсов, возникающих между электродом-инструментом (ЭИ) и электродом-деталью (ЭД), которые выделяют тепло. Такая обработка не зависит от механической прочности, твердости, вязкости и хрупкости материала, и полностью отсутствует механическое воздействие на обрабатываемую поверхность [11–14]. При внедрении ПВЭЭО в производство необходимо исследовать вопрос обеспечения качества поверхности в процессе обработки. В процессе ПВЭЭО кратковременные единичные импульсы приводят к интенсивному локальному термическому и химическому влиянию на обрабатываемую поверхность заготовки. В результате образовывается наружный поверхностный слой, отличающийся от основного материала по физико-механическим свойствам. Этот слой обладает иными значениями твердости, нежели основной материал, на нем могут присутствовать трещины и другие поверхностные дефекты. Энергия каждого отдельно взятого импульса и время его воздействия на площадь заготовки определяют, в свою очередь, значение величины измененного слоя. Помимо поверхностных дефектов в данном слое активно интенсифицируются остаточные напряжения. Интенсивное термическое воздействие способствует возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений. Величина и направление этих напряжений напрямую зависят от режимов обработки, а также от физических и химических свойств материала и поверхностного слоя [15–18]. Для минимизации величины измененного поверхностного слоя требуется исследование влияния режимов обработки на его формирование [19–21]. Режимы обработки влияют на показатель качества поверхности – шероховатости по Ra. Можно наблюдать неоднородности рельефа поверхности после ПВЭЭО, сформированной наложением большого количества лунок, которые образованы воздействием единичных импульсов на поверхность заготовки. Микрорельеф поверхности после ПВЭЭО отличается от поверхности, полученной лезвийным инструментом. Актуальной задачей является обеспечение качества поверхности при обработке жаропрочных никелевых сплавов нового поколения проволочно-вырезной электроэрозионной обработкой. Целью работы является экспериментальное исследование с проведением качественного и количественного анализа дефектов на поверхности образцов после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки изделий из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П. Задачи 1. Проанализировать величину дефектного (белого) слоя образцов, изготовленных в рамках исследования из жаропрочного сплава ВВ751П. 2. Проанализировать показатель качества поверхности изготовленных образцов – шероховатость по Ra, мкм. 3. Провести исследование поверхности на наличие микротрещин и структурных дефектов с применением лазерного сканирующего микроскопа и оценить температурное воздействие при формировании микрорельефа поверхности. 4. Провести циклические испытания образцов из жаропрочного сплава ВВ751П после ПВЭЭО. Методика исследований Эксперименты проводились на базе ЦКП «Центр аддитивных технологий» кафедры ИТМ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 36 ТЕХНОЛОГИЯ ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». В ходе экспериментов были изготовлены образцы, представленные на рис. 1. Процесс проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО) осуществлялся с использованием станка Electronica EcoCut производства компании Electronica Machine Tools (Пуна, Индия). В процессе исследования в качестве электродаинструмента применялась проволока BercoCut производства компании Berkenhoff GmbH (Херборн, Германия) диаметром 0,25 мм. Для обеспечения процесса обработки использовалась дистиллированная вода в качестве рабочей среды. Обработка образцов выполнялась на минимальном и максимальном режимах. Каждый эксперимент повторялся три раза. Такая повторяемость позволяет исключить появление случайных погрешностей. В качестве изменяемых режимов обработки были выбраны время вклюРис. 1. Геометрия образца Fig. 1. Specimen geometry чения импульса Ton, мкс, время выключения импульса Toff , мкс, и высота образца. Режимы ПВЭЭО представлены в табл. 1. Шероховатость обработанной поверхности после ЭЭО по параметру Ra измерялась на профилометре Mahr Perthometer S2 (MahrGmbH, Геттинген, Германия) при базовой длине трассировки 0,8 мм. С применением лазерного сканирующего микроскопа (ЛКСМ) LextOLS4000 (Olympus Corporation, Токио, Япония) по трехмерной модели изображения получена топография поверхности после электроэрозионной обработки. Модель поверхности получена в программном модуле 3D Roughness Reconstruction (Olympus Corporation, Токио, Япония). Трехмерная поверхность получена оптическими срезами в результате сканирования X-Y-Z определенных участков поверхности. Сканирование проводилось при увеличении ×200 и ×1000 и шаге скаТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Режимы ПВЭЭО (проволочно-вырезная электроэрозионная обработка) WEDM modes № Ton, мкс h, мм Toff , мкс 1 21 10 60 2 30 3 21 15 4 30
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 37 TECHNOLOGY нирования по оси Z, равном 2 мкм. В качестве источника света при сканировании применялся полупроводниковый лазер с длиной волны 405 нм. Для визуальной оценки результатов обработки использовали сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400N в режиме обратно рассеянных электронов при напряжении 25 кВ. Циклические испытания проводились на универсальной испытательной машине Biss00-100 (рис. 2, а) с частотой испытаний 20 Гц в симметричном цикле (R = –1). Процесс контроля усталостных испытаний материалов осуществлялся методом мягкого нагружения, т. е. с плавным и контролируемым увеличением приложенных напряжений. Критериями остановки испытания служили три основных фактора, тщательно отслеживаемые специализированной измерительной аппаратурой. Испытание прекращалось при полном разрушении образца – это наиболее очевидный признак достижения предела выносливости материала. Испытание прерывалось при достижении заранее определенного числа циклов нагружения, кратного 100 000. Остановка испытания происходила при увеличении размаха деформаций более чем на 20 % от начальной величины. Этот параметр отражает накопление пластической деформации в материале. Превышение допустимого порога в 20 % сигнализирует о значительном снижении несущей способности образца и указывает на близость к разрушению. Важно учитывать, что этот порог может варьироваться в зависимости от типа материала и условий испытания. Для исследования влияния процесса поверхностной ПВЭЭО на усталостные характеристики образцы снимались с испытаний после 100 тысяч циклов. Проводилось оптическое сканирование поверхности с помощью оптического микроскопа – профилометра NewView 5010 (рис. 2, б). Этот прибор позволяет создать цифровую модель рельефа поверхности и провести как качественный, так и количественный анализ изменений, которые произошли на поверхности материала в процессе испытаний. Результаты и их обсуждение В ходе исследования были проанализированы образцы жаропрочного никелевого сплава ВВ751П, полученные методом ПВЭЭО на минимальном и максимальном режимах. Поверхностный слой образцов качественно и количественно а б Рис. 2. Оборудование для исследования влияния циклических испытаний на деформацию поверхности: а – сервогидравлическая универсальная испытательная машина Biss-00-100; б – интерферометр-профилометр NewView 5010 Fig. 2. Equipment for studying the eff ect of cyclic tests on surface deformation: a – servo-hydraulic universal testing machine Biss-00-100; б – interferometer-profi lometer NewView 5010
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 38 ТЕХНОЛОГИЯ оценивался с помощью оптического микроскопа Olympus GX51 при увеличении ×200 (рис. 3). Установлено, что при ПВЭЭО величина дефектного белого слоя остается стабильной на обоих режимах и составляет 10 мкм. Изменение параметров обработки в данном диапазоне не оказывает значительного влияния на глубину образования дефектного слоя. Поверхность образца, выполненного из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П, подвергнутого ПВЭЭО на минимальном режиме № 1, показана на рис. 4. При исследовании образца методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) не обнаружено поверхностных дефектов в виде пор и трещин. Во время процесса ПВЭЭО происходят искровые разряды и наблюдается выброс микрообъема расплавленного металла из образца, что приводит к образованию микрократера. Выброшенный расплавленный металл быстро затвердевает, формируя характерный валик по периметру кратера. На рис. 4, а и б отсутствуют ярко выраженные зоны расплава а б Рис. 3. Структура поверхностного слоя образцов ВВ751П после ПВЭЭО: а – на минимальном режиме; б – на максимальном режиме Fig. 3. Structure of the surface layer of VV751P samples after WEDM: a – in minimum mode; б – in maximum mode а б Рис. 4. Поверхность образца, выполненного из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П, после электроэрозионной проволочной обработки по режиму № 1 (получено при помощи СЭМ): а – увеличение ×100; б – увеличение ×1000 Fig. 4. Surface of the specimen made of heat-resistant nickel alloy VV751P after WEDM according to mode No. 1, obtained using SEM: a – 100× magnifi cation; б – 1,000× magnifi cation
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 39 TECHNOLOGY в виде лунок, а также валики, впадины и острые наплывы. На рис. 5 показана томография поверхности образца после обработки на режиме № 1. Среднее значение параметра шероховатости по Ra = 1,53 мкм. Исследование поверхности образца, подвергнутого обработке по режиму № 1, с помощью лазерного конфокального сканирующего микроскопа (ЛКСМ) OLSLext 4000 показало, что обработанная поверхность плоская, с характерным микрорельефом, сформированным путем оплавления материала образца в процессе обработки. Наличия на обработанной поверхности образца пор или трещин не выявлено. При увеличении энергии импульса (режим № 2) наблюдается интенсифицирование процесса плавления материала. Расплавленный сплав ха отично распространяется по поверхности, формируя неровности различной формы и размера. Этот процесс обусловливает различия в шероховатости поверхностного слоя материалов. В в Рис. 5. ЛКСМ при увеличении ×500: а – случайный участок поверхности образца после обработки по режиму № 1 с секущей; б – 3D-модель с температурной картой высот; в – график изменения микрорельефа поверхности вдоль секущей Fig. 5. CSLM at 500× magnifi cation: a – a random area of the sample surface after processing in mode No. 1 with a secant line; б – 3D model with a temperature map of heights; в – graph of microrelief variation along the secant line а б связи с тем, что поверхностный слой материала обрабатываемой заготовки подвергается интенсивному термическому воздействию при ЭЭО, на его поверхности формируются вторичные структуры. Установлено, что увеличение мощности ПВЭЭО на режиме № 2 при сохранении высоты обрабатываемого образца 10 мм не приводит к качественным изменениям обработанной поверхности (рис. 6, а). Однако при более высоких увеличениях (рис. 6, б) на обработанной поверхности выявляются микротрещины, формирующиеся в процессе высокоскоростного охлаждения расплавленного металла с более высоких температур, реализуемых за счет более интенсивного энерговложения по сравнению с режимом обработки № 1. На рис. 6, б отмечено наличие микротрещин в лунках на поверхности образца высотой 10 мм, обработанного на режиме № 2. На рис. 7 представлен случайный участок поверхности образца из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П после режима № 2. Отмечено
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1