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 77 ТЕХНОЛОГИЯ Влияние угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании Дмитрий Фатюхин 1, a, *, Равиль Нигметзянов 2, b, Вячеслав Приходько 3, c, Сергей Сундуков 4, d, Александр Сухов 5, e Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, г. Москва, 125319, Россия a https://orcid.org/0000-0002-5914-3415, mitriy2@yandex.ru; b https://orcid.org/0009-0008-1443-7584, lefmo@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0001-8261-0424, prikhodko@madi.ru; d https://orcid.org/0000-0003-4393-4471, sergey-lefmo@yandex.ru; e https://orcid.org/0009-0009-9097-8216, sukhov-aleksandr96@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 77–92 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-77-92 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 534-8 + 621.9.048.6 История статьи: Поступила: 22 ноября 2024 Рецензирование: 03 декабря 2024 Принята к печати: 03 февраля 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Ультразвук Поверхностный слой Ультразвуковые колебания Поверхностное деформирование Шероховатость Микротвердость Финансирование Материал подготовлен в рамках научных исследований по проекту Российского научного фонда № 24-19-00463, https://rscf.ru/ project/24-19-00463/. АННОТАЦИЯ Введение. Среди способов модификации поверхностей металлических изделий, позволяющих изменить физико-механические и геометрические свойства поверхностного слоя, наиболее распространены способы поверхностного пластического деформирования (ППД). Использование ультразвука для повышения эффективности деформационных процессов позволяет повысить микротвердость и снизить шероховатость по сравнению с обкатыванием и выглаживанием. Наибольшие технологические сложности вызывает ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование криволинейных поверхностей, в том числе полученных аддитивными технологиями. Учитывая, что большинство способов ультразвукового ППД основано на продольном характере колебаний, для обеспечения равномерной обработки криволинейных поверхностей ось инструмента должна быть направлена под заданным углом к любому участку обрабатываемой поверхности. В связи с этим целью работы является изучение влияния угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании. В работе исследованы образцы стали 45, обработанные ультразвуковым ППД с разными углами наклона колебательной системы: 90°, 75°, 60°, 45°. Методами исследования являлись металлографические исследования микроструктуры поверхностного слоя образцов, измерение их микротвердости и шероховатости, а также сравнительные испытания на износ. Результаты и обсуждение. Ультразвуковое поверхностное деформирование при любом из рассмотренных углов наклона инструмента α создает наклепанный слой – от 30 мкм при α = 45° до 350 мкм при α = 90°. При этом микротвердость повышается до 240 HV при α = 45°. При любом α также наблюдается значительное уменьшение шероховатости. Так, например, высотные параметры уменьшаются более чем в 8 раз. Лучшие результаты достигнуты при α = 60°. Результаты испытаний на износ показали, что износ по массе значительно уменьшается при ультразвуковой обработке. Наибольшее снижение износа (более чем в 2 раза) наблюдается при угле наклона α = 90°. Для цитирования: Влияние угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании / Д.С. Фатюхин, Р.И. Нигметзянов, В.М. Приходько, С.К. Сундуков, А.В. Сухов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 77–92. – DOI: 10.17212/1994-63092025-27.1-77-92. ______ *Адрес для переписки Фатюхин Дмитрий Сергеевич, д.т.н., доцент Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, 125319, г. Москва, Россия Тел.: +7 968 868-60-73, e-mail: mitriy2@yandex.ru Введение Требования к показателям надежности современной техники основаны на эксплуатационных свойствах деталей и сборочных единиц, таких как износостойкость, усталостная и коррозионная стойкость и др. Эти свойства в большей степени определяются комплексом физико-механических и геометрических свойств поверхностных слоев деталей. В настоящее время существует широкий спектр технологических методов формирования структуры, микротвердости, параметров шероховатости и субшероховатости. Наиболее востребованы методы, позволяющие обеспечить заданные характеристики поверхностей изделий без снятия слоя материала. К ним в первую очередь относятся методы поверхностного пластического деформирования (ППД) [1].
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 78 ТЕХНОЛОГИЯ Как статические, так и динамические методы ППД могут быть значительно усовершенствованы наложением ультразвуковых колебаний на рабочий инструмент [2]. Такой технологический прием позволяет существенно повысить степень деформационного упрочнения и твердость, а также снизить шероховатость и получать регулярный микрорельеф. Интенсификация процессов ППД с помощью ультразвука применяется широко. Этому виду обработки посвящено большое количество работ, как фундаментальных [4, 8, 9], так и прикладных [14, 15, 16]. Две основные схемы обработки ультразвуковым ППД основаны на применении деформирующих элементов, жестко связанных с колебательной системой или не имеющих жесткой связи с источником колебаний [23]. В 1964 году И.И. Мухановым впервые был предложен метод обработки ультразвуковым ППД жестко связанным с колебательной системой рабочим инструментом [21]. В развитие этого метода в 1975 году И.А. Стебельков запатентовал вид обработки свободными рабочими телами [22]. Жестко связанный рабочий инструмент позволяет производить более равномерную обработку и получить меньшую шероховатость поверхности, чем при обработке свободным деформирующим элементом [3, 6]. Однако при обработке свободным деформирующим элементом удается достичь большей степени деформационного упрочнения и глубины упрочненного слоя [25]. Одним из основных направлений работ по ультразвуковому ППД является изучение влияния этого метода обработки на структуру и свойства различных материалов на основе железа [5, 7], титана, алюминия и др. [11–13]. В последнее время это направление развивается в области нанотехнологий [20, 26]. Большинство технических решений по ультразвуковому ППД основано на передаче продольных колебаний рабочему инструменту. Используемое для получения наименьшей шероховатости ультразвуковое выглаживание может быть реализовано по трем схемам обработки, представленным на рис. 1. Наибольшую сложность представляет обработка криволинейных поверхностей, в том числе полученных аддитивными технологиями [33–36]. При прямолинейном перемещении колебательной системы с инструментом вдоль криволинейной поверхности их силовое взаимодействие может значительно изменяться. Ось инструмента отклоняется от нормали к поверхности, и статическая сила прижима F раскладывается на составляющие (рис. 2). При положении оси инструмента под углом α = 90° и статической силе прижима F существует только нормальная составляющая этой силы FN, т. е. F = FN. При α ≠ 90° кроме нормальной а б в Рис. 1. Схемы обработки поверхностным пластическим деформированием: а – с нормальными колебаниями; б, в – с тангенциальными колебаниями (1 – патрон, 2 – обрабатываемая заготовка, 3 – инструмент) Fig. 1. Surface plastic deformation (SPD) processing schemes: а – with normal vibrations; б, в – with tangential vibrations (1 – chuck, 2 – workpiece, 3 – tool)
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 79 TECHNOLOGY Рис. 2. Изменение нормальной FN и тангенциальной Fτ составляющих силы взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности при разных углах наклона инструмента α (ξm – амплитуда колебаний излучателя) Fig. 2. Change in the normal FN and tangential Fτ components of the interaction force between the tool and the workpiece surface at diff erent tool inclination angles α (ξm – the amplitude of vibrations of the ultrasonic emitter) составляющей FN появляется и тангенциальная (касательная) составляющая Fτ. В этом случае FN = Fsinα, а Fτ = Fcosα. Таким же образом изменяется и периодическая сила, создаваемая инструментом. Соответственно изменяется и характер воздействия на поверхность. При α = 90° и FN = FNmax каждое колебание инструмента оставляет на поверхности сферический отпечаток, в центре которого нормальные деформации будут максимальны (рис. 3, а). При α ≠ 90° и наличии составляющей Fτ инструмент проскальзывает вдоль поверхности, и отпечатки вытягиваются, причем в начале отпечатка преобладают нормальные деформации, а в конце – сдвиговые (рис. 3, б). То есть по аналогии со статическими видами поверхностного пластического деформирования при α = 90° процесс осуществляется по схеме выглаживания, а при α ≠ 90° – по схеме вибрационного выглаживания. Учитывая продольный характер колебаний, для обеспечения равномерной обработки криволинейных поверхностей ось инструмента должна быть направлена под заданным углом к любому участку обрабатываемой поверхности. С целью повышения качества обработки поверхностей со сложной геометрией способы ультразвукового ППД совершенствуются и модернизируются [17, 19]. Появились способы обработки многоэлементными деформирующими инструментами [23, 24], а также гибридные способы, сочетающие в себе признаки выглажи- а б Рис. 3. Следы (1) и поперечные сечения следов (2) рабочего инструмента на поверхности образца: а – при α = 90°; б – при α ≠ 90° Fig. 3. Traces (1) and cross-sections of traces (2) of the working tool traces on the sample surface: а – at α = 90°; б – at α ≠ 90° вающей и ударной обработки [27, 28] или комбинацию ППД с термической [31, 32] и химикотермической обработкой [29, 30]. В связи с этим целью работы является изучение влияния угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании. Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи: – проанализировать изменение микроструктуры образцов, обработанных ультразвуковым ППД;
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 80 ТЕХНОЛОГИЯ – оценить изменения микротвердости и шероховатости образцов; – провести сравнительные испытания на износ образцов; – предложить технологические рекомендации по эффективному применению обработки ультразвуковым ППД при различных углах наклона колебательной системы. Методика исследований Материалы и методика подготовки образцов Для проведения экспериментальных исследований использовался горячекатаный пруток из конструкционной стали 45 диаметром 42 мм. Из прутка изготавливались цилиндрические образцы длиной 300 мм. Химический состав стали определялся спектральным анализом с помощью спектрометра Foundry-Master LAB (ООО «СИНЕРКОН», Москва, Россия). Состав приведен в таблице. Образцы обрабатывались на токарном станке нормальной точности 16Е20 (Алма-Атинский станкостроительный завод, Алма-Ата, Казахстан). С образцов удалялся поверхностный слой толщиной 0,75 мм, после этого происходила обработка контурным резцом со следующими параметрами: подача резца SХ = 0,34 мм/об, частота вращения n = 560 об/мин, глубина резания t = 0,25 мм. При обработке контурным резцом с радиусом при вершине 0,4 мм был получен регулярный микрорельеф поверхности с шероховатостью поверхности Ra = 6,63 мкм, Rz = 30,1 мкм, Rmax = 33,7 мкм, Sm = 0,260 мм, S = 0,055 мм, t30 = 11,6 % . Полученные значения соответствуют черновой обработке. Выбор параметров обработки образцов основан на анализе ранее проведенных исследований, например [37]. На образцах через каждые 50 мм делались проточки глубиной 3…4 мм, которые нужны для разделения поверхности образца на участки. Однотипные образцы, изготовленные по приведенной методике, использовались для изучения влияния угла наклона колебательной системы на изменение свойств стали 45 под воздействием ультразвукового поверхностного пластического деформирования. После обработки образцы нормализовались при Т = 860 °С. Микротвердость на поверхности образцов составляла 165 HV 20, сердцевины материала – 125 HV 20. Методика проведения эксперимента и оборудование Ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование проводилось по схеме, представленной на рис. 4. В резцедержателе токарного станка закреплялась ультразвуковая колебательная система с волноводом-концентратором. Использовалась стержневая трехполуволновая магнитострикционная колебательная система ПМС-2,0/22 (ООО «Афалина», Москва, Россия). Она состоит из магнитострикционного преобразователя, выполненного из сплава 49К2Ф и находящегося в кожухе водяного охлаждения, и припаянного к его торцу волновода-концентратора из титанового сплава. Для обеспечения прижима индентора к обрабатываемой поверхности с необходимым усилием колебательная система снабжена пружиной, обеспечивающей заданное усилие прижима. К волноводу колебательной системы посредством резьбового соединения присоединялся ступенчатый титановый излучатель с диаметром излучающей поверхности ∅16мм, который имеет коэффициент увеличения амплитуды колебаний kу = 2. К рабочему торцу излучателя припаян индентор из твердого сплава ВК8. Индентор представляет собой пластину толщиной 6 мм в форме сегмента круга диаметром 16 мм. Край пластины закруглен. Питание колебательной системы осуществлялось генератором УЗГ2-22 (ООО «Афалина», Москва, Россия), с максимальной выходной Химический состав стали 45 [%] Chemical composition of steel 45 (%) Материал / Material C Cr Mn Ni Cu W Si Fe 45 0,46 0,09 0,55 0,27 0,1 0,01 0,21 98,31
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 81 TECHNOLOGY Рис. 4. Схема проведения эксперимента Fig. 4. Design of an experiment мощностью 2 кВт. Генератор имеет функции автоматической подстройки частоты (АПЧ) и амплитуды, которая позволяет изменять резонансную частоту при изменении механической нагрузки на торце излучателя. Для измерений амплитуды колебательных смещений ξm использовался электродинамический виброметр, который представляет собой магнитную систему, состоящую из кольцевого постоянного магнита (ТУ 48-1301-16–73), измерительной катушки на каркасе из оргстекла, содержащей 800 витков провода ПЭВ2-0,1, и дисковых магнитопроводов. Виброметр располагали на волноводе стержневой колебательной системы. Для оценки максимальной амплитуды колебаний ξm проводилась тарировка виброметра оптическим методом с помощью микроскопа. При работе колебательной системы сигнал с электродинамического виброметра подавался на вольтметр, шкала которого тарировалась с помощью микроскопа. Образец с одной стороны закреплялся в патрон токарного станка, а с другой – поджимался токарным центром. Для предотвращения передачи высокочастотных колебаний на патрон и центр они снабжены фторопластовыми виброизоляционными прокладками. Частота вращения шпинделя станка устанавливалась n = 560 об/мин, что для выбранного образца обеспечивает скорость обработки Vr ≈ 1,2 м/с. Анализ литературы [25, 26] и данные предварительных экспериментов показывают, что изменение частоты вращения незначительно сказывается на изменении твердости и шероховатости. При варьировании скорости в широком диапазоне шероховатость при постоянных остальных параметрах изменялась не более чем на 8…12 %, а изменение твердости не превышало 10 %. Кроме того, при увеличении скорости значительно повышается и температура индентора. На основании анализа исследований поверхностного пластического деформирования и данных предварительных экспериментов были выбраны параметры ультразвуковой обработки: продольная подача SХ, амплитуда колебаний ξmax и усилие прижима FN. Для приведенного материала и условий обработки с уменьшением величины подачи SХ инструмента технологический эффект возрастает, но значительно снижается производительность обработки, поэтому было выбрано значение SХ = 0,24 мм/об. Амплитуда колебаний выбиралась в пределах ξm = 8…10 мкм, поскольку
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1