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 61 ТЕХНОЛОГИЯ Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки Никита Мартюшев 1, a, *, Виктор Козлов 1, b, Александр Болтрушевич 1, c, Юлия Кузнецова 2, d, Александр Бовкун 3, e 1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Российская Федерация 2 Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, пр. Ленина, 93, г. Новороссийск, 353924, Российская Федерация 3 Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация a https://orcid.org/0000-0003-0620-9561, martjushev@tpu.ru; b https://orcid.org/0000-0001-9351-5713, kozlov-viktor@bk.ru; c https://orcid.org/0009-0004-0265-1680, aeb20@tpu.ru; d https://orcid.org/0000-0002-1388-6125, julx@bk.ru; e https://orcid.org/0000-0002-0623-4284, Bovas87@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 61–76 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-61-76 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.757.048.6:621.791.047.7:669.245 История статьи: Поступила: 10 декабря 2024 Рецензирование: 30 декабря 2024 Принята к печати: 23 января 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Инконель 625 Электродуговая наплавка (WAAM) Фрезерование Силы резания Режимы резания Твердость Износ инструмента Благодарности Исследования выполнены на оборудовании ИЦ «Проектирование и производство высокотехнологичного оборудования» и ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ Введение. Аддитивные технологии, в частности печать проволокой, набирают все большую популярность в последнее время. Этот метод позволяет получать заготовки с существенно повышенной твердостью по сравнению с традиционными методами, такими как ковка, что, в свою очередь, значительно увеличивает силу резания при последующей обработке. Настоящее исследование направлено на изучение сил резания при фрезеровании образцов из высокопрочного жаростойкого сплава инконель 625, полученных методом электродуговой наплавки. Целью работы является исследование влияния микроструктуры и свойств инконеля 625, полученного методом электродуговой наплавки, на силы резания при фрезеровании. Особое внимание уделено поиску оптимальных режимов резания, обеспечивающих минимизацию сил резания и вибраций в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь». Методы исследования. Образцы изготавливались методом электродуговой наплавки проволоки из жаропрочного никелевого сплава инконель 625. В работе проведен комплексный анализ микроструктуры полученных образцов с использованием современных методов материаловедения. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию сил резания при фрезеровании с использованием различных режимов обработки (скорости резания, подачи, глубины резания) и типов фрез. Результаты и обсуждение. Микроструктура образцов инконеля 625, полученных электродуговой наплавкой, детально охарактеризована. Определены оптимальные режимы фрезерования, обеспечивающие эффективную обработку материала с учетом его высокой твердости и прочности. Ожидается, что для обработки заготовок из инконеля 625 потребуются высокопрочные твердосплавные фрезы, возможно, специальной геометрии и с повышенной износостойкостью, большего диаметра, чем в случае стали 40Х13. Результаты исследования позволят разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов резания, минимизирующих силу резания, температуру режущей кромки, износ инструмента и вибрации в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь», что повысит производительность и точность обработки. Для цитирования: Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки / Н.В. Мартюшев, В.Н. Козлов, А.Е. Болтрушевич, Ю.С. Кузнецова, А.С. Бовкун // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 61–76. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-61-76. ______ *Адрес для переписки Мартюшев Никита Владимирович, к.т.н., доцент Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия Тел.: +7 3822 60-62-85, e-mail: martjushev@tpu.ru Введение Современное развитие науки и техники стимулирует активное внедрение инновационных технологий в различных областях, в том числе и в производстве металлических деталей. Аддитивные технологии, несмотря на значительный потенциал, до сих пор сталкиваются с проблемами низкой производительности и высокой стоимости. Стремление к оптимизации этих процес-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 62 ТЕХНОЛОГИЯ сов привело к развитию методов аддитивного производства, основанных на наплавке металлической проволоки [1–3]. Указанный подход в сравнении с использованием порошковых материалов существенно сокращает время изготовления и снижает себестоимость заготовок благодаря более низкой цене проволоки. Однако метод наплавки проволокой часто приводит к недостаточному качеству поверхности, требующей дополнительной механической обработки. Кроме того, специфические условия охлаждения в процессе наплавки приводят к образованию микроструктуры с повышенной твердостью по сравнению с традиционными методами производства, такими как ковка или литье. Это особенно актуально при использовании жаропрочных материалов [4, 5]. Для демонстрации преимуществ и недостатков метода наплавки рассмотрим высокопрочный жаростойкий сплав – инконель 625. Его высокая стоимость и специфические свойства позволяют продемонстрировать преимущества и недостатки данного метода. Высокая твердость, достигаемая при наплавке инконеля 625, определяет необходимость применения специализированных методов механической обработки, направленных на оптимизацию процессов и минимизацию затрат [6–8]. В процессе послойной наплавки каждый новый слой наносится на предыдущий, который в свою очередь подвергается повторному нагреву и быстрому охлаждению [9]. Этот цикл нагрева и охлаждения оказывает значительное влияние на формирование микроструктуры. В случае использования мартенситных сталей относительно низкая критическая скорость охлаждения способствует образованию мартенситной структуры с высокой твердостью, что подтверждено исследованиями [10, 11]. Однако при использовании метода селективного лазерного плавления (SLM) или электродуговой наплавки (WAAM) с инконелем ситуация усложняется. Из-за высоких температур плавления и сложных фазовых превращений возникает анизотропия механических свойств готовой детали. Величина зерна, пористость и соответственно прочностные характеристики зависят от направления измерения, как показано в работах [12, 13]. Это связано с неоднородностью термического цикла в процессе послойного наращивания. Работа [14] демонстрирует анизотропию механических свойств изделий, изготовленных аддитивными методами, а работа [15] указывает на возможность частичной компенсации этого эффекта путем термообработки, что, однако, увеличивает затраты на производство. Кроме того, быстрое охлаждение при SLM или WAAM может приводить к образованию на поверхности заготовок из жаропрочных сплавов упрочненного поверхностного слоя с крайне высокой твердостью, что существенно осложняет последующую механическую обработку. Для инконеля этот эффект может быть еще более выраженным из-за его уникальных свойств и более высокой температуры плавления. Параметры процесса электродуговой наплавки, такие как температура подложки, скорость и траектория движения горелки [16, 17], существенно влияют на формирование микроструктуры и, как следствие, на механические свойства получаемой заготовки. Даже при оптимизации этих параметров неизбежно возникают структурные дефекты, такие как локальное упрочнение поверхности, неоднородность распределения фаз и микропор, что снижает предсказуемость механических свойств. WAAM как один из методов аддитивного производства характеризуется образованием анизотропной микроструктуры с неравномерным распределением напряжений и свойств по объему детали [18–20]. Это обусловлено послойным характером процесса наплавки, неравномерностью нагрева и охлаждения, а также внутренними напряжениями, возникающими в процессе кристаллизации расплава. Помимо неоднородности структуры технология WAAM часто приводит к образованию заготовок с низким качеством поверхности, требующей обязательной последующей механической обработки [21–23]. Это связано с неравномерностью наплавки, образованием наплывов, пористостью и другими дефектами поверхности. Необходимость дополнительной обработки значительно увеличивает общую стоимость производства и время изготовления детали. Для жаропрочных сплавов, обладающих высокой прочностью и твердостью, этот недостаток особенно актуален, так как обработка таких материалов требует применения высокопрочного инструмента и оптимизированных режимов резания, что еще больше усложняет процесс и повышает его стоимость [24, 25].
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 63 TECHNOLOGY Сложные термические циклы, присущие технологии WAAM, приводят к образованию неоднородной микроструктуры в получаемых заготовках, что существенно осложняет последующую механическую обработку. Эта неоднородность проявляется в значительных вариациях твердости, прочности и других механических свойств по объему детали, особенно ярко выраженных при использовании жаропрочных сплавов. В работе [26] показано, что фрезерование образцов сплава Ti6Al4V, изготовленных методом WAAM, приводит к значительному износу инструмента (например, концевой фрезы из Al2O3/Si3N4, сиалона) по сравнению с обработкой кованых или литых образцов. Эта повышенная абразивность обусловлена как неоднородностью микроструктуры, так и наличием остаточных напряжений, возникающих в процессе наплавки. Повышенная твердость отдельных зон, микротрещины и неравномерность распределения фаз способствуют быстрому изнашиванию режущего инструмента. Для снижения износа и повышения стойкости инструмента при обработке жаропрочных сплавов, полученных методом WAAM, можно использовать несколько стратегий [27, 28]. К ним относятся оптимизация режимов резания (скорости резания, подачи, глубины резания), применение современных высокопрочных и износостойких инструментальных материалов, а также использование эффективных систем охлаждения, например криогенного охлаждения. Выбор оптимальной стратегии зависит от конкретного жаропрочного сплава, требуемого качества обработки и экономических соображений. Необходимо учитывать, что для жаропрочных сплавов, отличающихся высокой твердостью и прочностью, повышенная стойкость инструмента является критическим фактором, влияющим на производительность и экономическую эффективность процесса механической обработки [29]. Один из подходов к снижению износа инструмента при обработке деталей, изготовленных методом WAAM, заключается в оптимизации параметров процесса наплавки для получения требуемых поверхностных свойств. Контролируя параметры процесса (скорость наплавки, параметры электрической дуги, температуру подложки и др.), можно влиять на формирование микроструктуры и, следовательно, на твердость и абразивность поверхности. Это особенно актуально для жаропрочных сплавов, где неоднородность структуры определяет интенсивность износа инструмента. Для количественного анализа неоднородности микротвердости в заготовках из жаропрочных сплавов, полученных методом WAAM, были разработаны и применены специальные методики агрегирования данных, позволяющие оценивать средние значения твердости и ее вариации в различных зонах детали [30]. Такой подход позволяет более точно предсказывать износ инструмента и оптимизировать режимы обработки. Использование комбинированных методов аддитивного производства, сочетающих различные технологии наплавки или добавляющие промежуточные стадии обработки, может способствовать получению более однородной структуры и, следовательно, улучшению обрабатываемости жаропрочных сплавов. Однако, несмотря на эти усилия, исследования [31] показывают, что обработка заготовок из жаропрочных сплавов, изготовленных методами аддитивного производства (WAAM, SLM и др.), часто сопровождается увеличением сил резания по сравнению с обработкой деталей, полученных традиционными методами (ковка, литье). Это объясняется не только неоднородностью структуры, но и наличием остаточных напряжений, микропор и других дефектов, характерных для аддитивных технологий. Работа [31] подтверждает высокую вариабельность сил резания при обработке WAAM-заготовок даже при использовании одинаковых режимов обработки, что подчеркивает важность индивидуального подбора параметров резания для каждой конкретной детали. Исследований, посвященных субтрактивной обработке деталей, изготовленных методом электродуговой наплавки (WAAM), крайне мало. Это обусловлено рядом факторов, включая сложность предсказания свойств материала после наплавки и необходимость применения специфических методов обработки, учитывающих особенности микроструктуры. В частности, использование WAAM для создания заготовок из жаропрочных и коррозионно-стойких сплавов, таких как инконель 625, сопряжено с дополнительными трудностями, связанными с высокой твердостью и прочностью материала. Поэтому разработка и оптимизация
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 64 ТЕХНОЛОГИЯ режимов обработки заготовок из инконеля 625, полученных методом WAAM, представляют собой актуальную задачу, требующую комплексного подхода. Необходимость определения оптимальных параметров резания для минимизации износа инструмента, повышения производительности и обеспечения требуемого качества поверхности делает данную тему особенно значимой для развития аддитивных технологий и их промышленного применения. Цель этой работы: с помощью проведенных исследований определить режимы фрезерования заготовок из инконеля 625, изготовленных электродуговой наплавкой (WAAM). Материалы и методики Для проведения исследования сил резания, которые возникают при обработке заготовок из инконеля 625, изготовленных методом электродуговой наплавки (WAAM), было напечатано пять образцов. Геометрические размеры каждого образца составляли 25 мм (высота) × 75 мм (ширина) × 25 мм (длина). Эта форма и размеры выбраны для обеспечения достаточной жесткости образцов при фрезеровании и минимизации влияния зажимов на результаты эксперимента. Применение стандартных размеров позволяет сравнивать результаты с данными других исследований. Образцы были изготовлены методом WAAM с использованием проволоки из инконеля 625 (состав сплава приведен в таблице). Выбор инконеля 625 обусловлен его широким применением в высокотемпературных условиях и сложной микроструктурой, что позволяет исследовать влияние WAAM-процесса на механические свойства и обрабатываемость материала. Для обеспечения воспроизводимости результатов процесс наплавки проводился с использованием строго контролируемых параметров (скорости наплавки, напряжения дуги, расхода защитного газа и др.), оптимизированных для получения минимального количества дефектов и максимально однородной микроструктуры. Эти параметры будут подробно описаны в соответствующем разделе исследования. Изготовление образцов с помощью электродуговой наплавки Образцы были напечатаны на установке электродуговой наплавки проволокой. Данное оборудование разработано и изготовлено в Томском политехническом университете. Изготовление образцов из инконеля методом WAAM осуществлялось по следующей технологии. Сначала создавалась компьютерная 3D-модель с использованием CAD-системы. Затем эта модель разбивалась на отдельные слои, каждый из которых предстояло наплавить. Процесс послойного наплавления осуществлялся на 3D-принтере с использованием заданных параметров: сила тока составляла 115…135 А, напряжение – 21…24 В, скорость наплавки – 300 мм/мин. В качестве источника питания применялся инверторный выпрямитель, что обеспечивает высокую стабильность процесса и контроль параметров наплавки. Наплавка происходила на подвижном столе, обеспечивающем точное позиционирование по осям X и Y, что гарантирует точное воспроизведение геометрических параметров модели. Позиционирование наплавляемой горелки по оси Z контролировалось для точного и однородного наплавления слоев. Плавление проволоки и подплавление подложки (или предыдущего слоя) происходило с помощью управляемой траектории перемещения горелки, что гарантирует точное наплавление и минимальное отклонение от модели. Толщина наплавляемого слоя варьировалась от 2 до 5 мм в зависимости от выбранных режимов наплавки и требуемой точности. Указанные режимы наплавки были оптимизированы для достижения желаемого качества и минимального количества дефектов, чтобы получить пригодные образцы для последующих этапов исследования. Химический состав проволоки из никелевого сплава марки инконель 625 Chemical composition of Inconel 625 nickel alloy wire Химический элемент Ta Al Nb Mo Cr Si Fe Co Ti Mn Ni % 0,3 0,38 2,8 7,5 22,5 0,8 1,3 0,2 0,35 0,1 63,68
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1