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 48 ТЕХНОЛОГИЯ Прогнозирование изменений поверхностного слоя в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки Тимур Абляз a, Илья Осинников b, Евгений Шлыков c, *, Анна Каменских d, Александр Горохов e, Никита Кропанев f, Карим Муратов g Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, г. Пермь, 614990, Россия a https://orcid.org/0000-0001-6607-4692, lowrider11-13-11@mail.ru; b https://orcid.org/0009-0006-4478-3803, ilyuhaosinnikov@bk.ru; c https://orcid.org/0000-0001-8076-0509, Kruspert@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0002-3012-2418, anna_kamenskih@mail.ru; e https://orcid.org/0009-0000-5588-0154, littlealex99@mail.ru; f https://orcid.org/0009-0002-5907-9852, cropanew.nikita2016@yandex.ru; g https://orcid.org/0000-0001-7612-8025, Karimur_80@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 48–60 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-48-60 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.048.4 История статьи: Поступила: 13 декабря 2024 Рецензирование: 19 декабря 2024 Принята к печати: 28 декабря 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Копировально-прошивная электроэрозионная обработка Математическая модель Хромсодержащая сталь Лункообразование Металлография Белый слой Сплошность 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 теоретических и экспериментальных исследований толщины, сплошности и количества дефектов белого слоя, образованного в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО) на примере низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 35ХГС. Цель работы: теоретическое и экспериментальное исследование дефектного поверхностного слоя, образованного в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Методы исследования. Математические модели единичного импульса разряда на обрабатываемую поверхность получены методом конечных элементов. В качестве оборудования для КПЭЭО образцов из хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС выбран копировально-прошивной электроэрозионный станок Electronica Smart CNC. Моделирование и эксперименты проведены для двух режимов. Рабочие параметры: время включения импульса – Ton, мкс; напряжение – U, В; сила тока – I, А. Металлографические исследования проведены на оптическом микроскопе Olympus GX 51. Результаты и обсуждение. Разработаны математические модели воздействия единичного импульса на обрабатываемую поверхность разряда в процессе КПЭЭО, позволяющие прогнозировать толщину белого слоя в зависимости от режимов обработки и свойств обрабатываемого материала. Теоретические значения толщины белого слоя варьируются в диапазоне 20…25 мкм при КПЭЭО на минимальном режиме и 60…80 мкм на максимальном режиме. Установлено, что экспериментальные значения толщины белого слоя варьируются в диапазоне 20…25 мкм при КПЭЭО на минимальном режиме и 55…85 мкм – на максимальном. Отклонения теоретических значений толщины белого слоя от экспериментальных составляют не более 5 %, что подтверждает правильность полученных моделей. Установлено, что при КПЭЭО на минимальном режиме сплошность белого слоя в среднем в два раза больше, чем при обработке на максимальном режиме. Сплошность белого слоя стали 40Х выше в сравнении со сталью 35ХГС на 10 % при КПЭЭО на максимальном режиме и на 17 % – на минимальном. Выявлено, что при обработке на максимальном режиме количество микротрещин более чем в 2 раза превышает их количество при обработке на минимальном режиме. Для цитирования: Прогнозирование изменений поверхностного слоя в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки / Т.Р. Абляз, И.В. Осинников, Е.С. Шлыков, А.А. Каменских, А.Ю. Горохов, Н.А. Кропанев, К.Р. Муратов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 48–60. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-48-60. ______ *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 Введение Развитие современного машиностроения связано с появлением новых, технически усовершенствованных изделий и конструкций. Изготовление высококачественных изделий является одной из приоритетных задач. Ужесточаются условия эксплуатации изделий, и соответственно требования к их эксплуатационным свойствам также постоянно растут. Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик изделий возникает необходимость применения материалов с повышенными физико-механическими свойствами. Важными показателями обеспечения конкурентоспособности изделия являются массово-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 49 TECHNOLOGY габаритные характеристики. Ввиду этого применяются все более пространственно-сложные конструктивные элементы, позволяющие обеспечить минимальные массу и размеры изделия при соблюдении требований прочности и жесткости. Наиболее распространенными технологиями изготовления изделий сложного профиля являются механические методы обработки. Недостатки традиционных лезвийных методов обработки: значительный износ режущего инструмента при резании высокотвердых материалов, необходимость применения дополнительной оснастки при многокоординатной обработке сложного профиля, невозможность обработки тонкостенных элементов ввиду силового воздействия со стороны режущего инструмента [1–3]. При изготовлении сложнопрофильных изделий из материалов с повышенными физикомеханическими свойствами рационально использовать альтернативные электрофизические методы обработки, позволяющие обрабатывать материалы любой твердости при практически полном отсутствии сил резания. Одним из таких методов является метод электроэрозионной обработки (ЭЭО) [4–10]. Существенным недостатком, ограничивающим применение данного электрофизического метода, являются термометаллургические преобразования в поверхностном слое обрабатываемого материала. В процессе удаления частиц материала с обрабатываемой поверхности происходит пиролиз рабочей жидкости, наблюдается изменение структуры и свойств поверхностного слоя материала изделия [11, 12]. Процесс ЭЭО характеризуется локальным перегревом материала в зоне обработки, что приводит к возникновению явления, известного как хрупкое разрушение. При хрупком разрушении возникают температурные напряжения вследствие перегрева поверхностного слоя обрабатываемого материала. При превышении термическими напряжениями временного сопротивления обрабатываемого материала происходит удаление материала из зоны обработки. Причем частицы материала не подвергаются процессам плавления и испарения, а удаляются в твердой фазе, в результате чего возникают сколы и трещины [13, 14]. Из-за значительного перегрева в зоне обработки происходит перезакалка и отпуск обрабатываемого материала. Возникают внутренние напряжения, которые в совокупности с измененными физико-механическими свойствами материала могут стать причиной преждевременного выхода из строя изделия при эксплуатации или брака на этапе изготовления [15]. Явление хрупкого разрушения материала в процессе ЭЭО характеризуется большим количеством микротрещин на обрабатываемой поверхности [16]. Наличие микротрещин на рабочих поверхностях изделия может приводить к его преждевременному разрушению вследствие распространения трещин в основной материал, что в свою очередь приведет к выходу из строя отдельного узла или всего изделия в целом. Зоной поверхностного слоя, содержащей наибольшее количество дефектов, является так называемый белый слой. Белый слой имеет мелкозернистую структуру, обладающую высокой химической стойкостью. Толщина слоя колеблется от сотых долей миллиметра до 1,5 мм. Белый слой на обработанной поверхности, образованный в процессе ЭЭО, имеет повышенную хрупкость. Его наличие существенно снижает прочностные характеристики материала, в особенности способность сопротивляться циклическим нагрузкам. Анализ литературы в области ЭЭО показал, что увеличение толщины белого слоя приводит к снижению усталостной долговечности материала [17]. Толщина белого слоя и его многократное появление на поверхности заготовки определяется множеством различных факторов [18], одним из которых является режим обработки. Параметры электрического процесса могут существенно влиять на толщину белого слоя [19]. С увеличением силы тока и продолжительности импульса количество энергии, подводимой к заготовке, вызывает плавление и испарение большего объема материала [11]. Уменьшение времени включения импульса на электроэрозионном станке позволяет снизить толщину белого слоя и его сплошность из-за меньшего количества энергии в зоне обработки. Снижение параметра напряжения также приводит к уменьшению толщины белого слоя [20]. В настоящее время не в полной мере изучен процесс формирования поверхностного слоя, а также величины его сплошности и механизмы
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 50 ТЕХНОЛОГИЯ формирования микротрещин на поверхности заготовок из труднообрабатываемых материалов при копировально-прошивной электроэрозионной обработке (КПЭЭО). Номенклатура материалов, для которых исследован процесс образования белого слоя в процессе обработки, сильно ограничена. Актуальной задачей является разработка теоретических зависимостей, позволяющих прогнозировать преобразования поверхностного слоя в процессе обработки, а также толщину, структуру и свойства образованного измененного слоя. Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование дефектного поверхностного слоя, образованного в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Задачи 1. Разработать теоретическую модель единичного импульса в процессе КПЭЭО с возможностью ее применения для различных материалов, позволяющую прогнозировать толщину белого слоя. Получить теоретические значения толщины белого слоя для хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС. 2. Провести экспериментальные исследования толщины белого слоя, образованного в процессе КПЭЭО, для верификации разработанных моделей на примере хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС. 3. Провести экспериментальные исследования сплошности белого слоя после КПЭЭО хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС. 4. Провести экспериментальные исследования влияния режимов КПЭЭО на количество видимых дефектов на обработанной поверхности хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС. Методика исследований Эксперименты проводились на базе Центра коллективного пользования «Центр аддитивных технологий» кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». В рамках исследования выполнено моделирование единичного импульса разряда на обрабатываемую поверхность методом конечных элементов. Модель состоит из трех частей: 1) определение поля температур в детали от действия распределенного теплового потока; 2) моделирование образования лунки; 3) определение поля температур в детали при ее остывании между импульсами. Все поставленные задачи решались методом конечных элементов с использованием 8-узлового элемента в программном пакете ANSYS Mechanical APDL. Для решения приняты следующие допущения и гипотезы: изотропность обрабатываемого материала; независимость свойств обрабатываемого материала от температуры; постоянство коэффициента конвективного теплообмена; пренебрежение потерями энергии на изменение агрегатного состояния материала; постоянство межэлектродного зазора. При моделировании теплового импульса рассматривалось воздействие распределенного теплового потока на поверхность электрода-детали. Уравнение теплопроводности в осесимметричной постановке в нестационарной задаче имеет вид 2 2 1 , T T T ñ k r t r r r z ⎛ ⎞ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎛ ⎞ ρ = − + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ∂ ∂ ⎝ ∂ ⎠ ∂ ⎝ ⎠ (1) где r – текущий радиус; z – текущая высота. Область ABCD принята областью действия рабочего импульса (рис. 1). Рис. 1. Расчетная схема, обозначение границ для рабочего импульса Fig. 1. Design diagram, boundary designation for the working impulse 1 мм
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 51 TECHNOLOGY На границе AB действует условие осевой симметрии тепловой задачи. Границы DE и EF омываются рабочей жидкостью (РЖ). В качестве первого приближения опишем эти границы как конвективный теплообмен и положим коэффициент конвективного теплообмена константой. Условие на этих границах принимает вид , ( ). DE EF T k h T T n ∞ ∂ − = − ∂ (2) Условие термоизоляции на границах BC и CF: , 20 C. CD CF T = ° (3) Условие на границе AD для нормального закона распределения: 2 2 ( ) 2 , 2 1 . 2 r DE EF p T IU k e n R − σ ∂ − = η ∂ σ π π (4) Начальное условие во всех точках тела принято в следующем виде: (0, , ) 20 C. T r z = ° (5) При моделировании процесса остывания между импульсами использована схема, показанная на рис. 2, и уравнение равновесия задачи теплопроводности (1). На границе AB при r = 0 действует условие осевой симметрии тепловой задачи. Границы AD, DG, GE и EF обрабатываемой детали омываются рабочей жидкостью (РЖ). В качестве первого приближения опишем эти границы как конвективный теплообмен и положим коэффициент конвективного теплообмена константой. Условие на этих границах принимает вид , , , ( ). AD DG GE EF T k h T T n ∞ ∂ − = − ∂ (6) Условие термоизоляции на границах BC и CF: , 20 C. BC CF T = ° (7) Начальное условие во всех точках тела принято в следующем виде: èìïóëüñà (0, , ) ( , , ), T r z T T r z = (8) это поле температур после теплового воздействия. Время охлаждения определялось с учетом скважности импульса, принятой 26 %. Моделирование осуществлено для двух режимов ЭЭО, представленных в табл. 1. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Параметры режимов КПЭЭО Parameters of the copy-piercing EDM modes Параметр Режим обработки min max Сила тока I, А 2 8 Напряжение U, В 50 100 Время действия импульса Ton, мкс 40 150 В рамках данного исследования получены модели, рассчитанные для низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 35ХГС. Свойства, использованные в качестве входных параметров моделирования, представлены в табл. 2. Решение выполнено методом конечных элементов. Для моделирования образования лунки принимали за условие удаления элемента превышение его температурой значения температуры плавления. Удаление элементов выполнялось за счет обнуления «жесткости» элементов тепловой задачи. Рис. 2. Расчетная схема, обозначение границ процессов после теплового воздействия Fig. 2. Design diagram, boundary designation for processes after thermal exposure 1 мм
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 52 ТЕХНОЛОГИЯ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Входные параметры моделирования Input parameters for simulation Параметр Обозначение Единица измерения Значение 40Х 35ХГС Коэффициент температуропроводности K Вт/(м·°С) 46 36 Удельная теплоемкость C Дж/(кг·°С) 466 496 Плотность p кг/м3 7800 7800 Доля энергии импульса μ – 0,6 0,6 Коэффициент теплоотдачи k Вт/(м·°С) 300 300 Температура плавления Tпл °С 1250 1280 Проведены эксперименты по КПЭЭО образцов на указанных режимах (табл. 1). В качестве оборудования для КПЭЭО образцов из хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС выбран копировально-прошивной электроэрозионный станок Electronica Smart CNC. Обработка осуществлялась в среде трансформаторного масла (ГОСТ 982–80). Для экспериментальных исследований толщины, сплошности и трещиноватости белого слоя, образованного в процессе КПЭЭО, в зависимости от параметров обработки и обрабатываемого материала изготовлены цилиндрические образцы диаметром 35 мм, длиной 20 мм из низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 35ХГС. Для экспериментов методом фрезерования изготовлены медные электроды-инструменты (медь марки М1 ГОСТ 1173–2006) размерами 20×20×5мм. После КПЭЭО были подготовлены микрошлифы. Для запрессовки образцов в бакелит использовалась установка для горячей запрессовки Top Tech Presidon. Финишная подготовка образцов осуществлена на шлифовальной установке Top Tech Plato. Шлифование произведено с использованием абразива зернистостью от p240 до p1500. Исследования обработанной поверхности на предмет наличия трещин, а также микрошлифов для исследования толщины и сплошности белого слоя осуществлены металлографическим методом. Металлографические исследования произведены на оптическом микроскопе Olympus GX 51 при увеличении 100…200 крат с применением программного пакета Olympus Stream Motion для обработки полученных изображений. Для выявления белого слоя микрошлифы образцов были протравлены 4%-м раствором азотной кислоты. Результаты и их обсуждение Результат образования лунки представлен на рис. 3. На рис. 3 также указаны поля температур после остывания между импульсами. Размер ячейки конечно-элементной сетки составляет 5 мкм. В процессе образования лунки на обработанной поверхности остается зона, в которой материал электрода-детали нагревается выше температуры плавления, после чего подвергается моментальному охлаждению. Эта зона представляет собой белый слой, концентрирующий в себе большую часть дефектов. Дефекты появляются из-за возникших в результате перезакалки напряжений и изменения элементного состава вследствие насыщения элементами рабочей жидкости и материала ЭИ. Полученная схема позволяет выполнить моделирование серии единичных воздействий на поверхность электрода-детали с учетом эволюции геометрии поверхности. В дальнейшем возможно использование разработанной модели для прогнозирования размеров лунки и общей шероховатости поверхности, обработанной методом
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1