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 106 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Прогнозирование качества получаемой при резании металлов поверхности в условиях роста изношенности инструмента Виктор Лапшин a, *, Александра Губанова b, Илья Дудинов c Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, 344000, Россия a https://orcid.org/0000-0002-5114-0316, lapshin1917@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0002-9785-5384, anatoliya81@mail.ru; c https://orcid.org/0009-0009-0784-1287, ilya.sandman@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 106–128 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-106-128 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9:531.3 История статьи: Поступила: 29 ноября 2024 Рецензирование: 19 декабря 2024 Принята к печати: 23 января 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Износ Вибрации Процесс резания Качество поверхности Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ № 24–29–00287. АННОТАЦИЯ Введение. Важнейшим фактором, определяющим эффективность обработки металлов резанием, является качество получаемой при резании поверхности детали. Качество поверхности детали напрямую зависит от вибрационной активности режущего инструмента, амплитуда которой зависит от сложной эволюционной динамики процесса резания. С учетом этого современная технология цифрового двойника, которая позволяет рассчитывать на виртуальных моделях прогнозные значения качества получаемой поверхности деталей, становится крайне актуальным способом повышения эффективности в системах управления металлообработкой. Цель работы: повышение точности прогнозирования системой цифрового двойника качества получаемой при резании поверхности обрабатываемых деталей в условиях роста износа режущего инструмента. В работе исследована динамика процесса обработки на токарном станке деталей из металла, а также математическая модель, описывающая динамику вибраций инструмента в условиях обработки металлов на станках токарной группы с учетом влияния термодинамической подсистемы системы резания. Методы исследования: экспериментальный, на базе авторского измерительного стенда с привлечением следующего оборудования: современного металлографического инвертированного микроскопа «ЛабоМет-И», вариант 4, с широкоугольными объективами 5/20 с линейным полем зрения 20 мм; цифровой камеры для микроскопов Ucam-1400 с матрицей размером 1,4×1,4 мкм; контурографапрофилогрофа T4HD. Математическое моделирование динамической системы резания выполнялось в среде Matlab, для чего авторами разработана специальная программа обработки данных. Результаты и обсуждение. Построены кривые изнашиваемости режущего инструмента, изменения показателей качества обработанной поверхности в функциях пути резания, а также в функции износа режущего инструмента. Определены показатели динамики, по которым можно осуществлять параметрическую идентификацию виртуальных моделей цифрового двойника. Определена структура этих моделей и осуществлена параметрическая идентификация. Произведено численное моделирование в среде Matlab, по результатам которого построена кривая изменения среднеарифметического показателя шероховатости при росте износа режущего инструмента. Проведена оценка сходимости результатов натурного и численного экспериментов, которая показала высокую достоверность возможного прогноза качества получаемых при резании деталей системой цифрового двойника. Для цитирования: Лапшин В.П., Губанова А.А., Дудинов И.О. Прогнозирование качества получаемой при резании металлов поверхности в условиях роста изношенности инструмента // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 106–128. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-106-128. ______ *Адрес для переписки Лапшин Виктор Петрович, к.т.н., доцент Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, 344000, г. Ростов-на-Дону, Россия Тел.: +7 900 122-75-14, e-mail: lapshin1917@yandex.ru Введение Как известно, повышение качества обработки металлических деталей на металлорежущих станках может быть достигнуто за счет повышения точности позиционирования или за счет снижения вибраций как режущего инструмента, так и самой заготовки, закрепленной в шпинделе станка [1]. Одним из важнейших факторов, определяющим качество получаемой при резании поверхности, является износ режущего инструмента. Наиболее опасна ситуация, когда инструмент достигает значений критического износа, после чего резко возрастает вибрационная активность режущего инструмента и, как следствие, снижается качество поверхности, получаемой при резании. Исходя из этих соображений, оценка вли-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 107 EQUIPMENT. INSTRUMENTS яния износа режущего инструмента на качество получаемой при резании поверхности является актуальной научной задачей. В современном представлении использование систем вибромониторинга позволяет, основываясь на цифровых измерениях вибраций, прогнозировать качество поверхности, получаемой при резании [2, 3]. Такой прогноз возможен только при условии разработки сложных математических моделей эволюционной динамики процессов, происходящих в процессе резания [4]. Сложность этих моделей и требование к их параметрической идентификации представляют собой проблему, решение которой значительно повысит возможности современных систем металлообработки. Одним из способов решения этой проблемы является использование новой цифровой парадигмы в системах управления металлообработкой, получившей название «цифровой двойник» [5–7]. В частности, подход, основанный на использовании интеллектуальных моделей, которые описывают сложную динамику технологических процессов, происходящих при резке металла, является наиболее перспективным в этой новой области научных знаний [8, 9]. Например, в работах, выполненных коллективами под руководством Y. Altintas – одного из известных специалистов в области цифровых двойников управления металлообработкой, предлагается использовать цифровые двойники для формирования новых программ ЧПУ, которые позволят обрабатывать детали без предварительных настроек и экспериментов [10]. То есть вопросы выбора технологических режимов обработки как в процессе решения текущих задач, так и при перестройке системы управления на металлорежущем станке (свойство гибкости) могут быть решены с использованием виртуальных моделей цифрового двойника. В современном представлении технология построения цифровых двойников с точки зрения синтеза виртуальных моделей базируется на двух парадигмах, первая из которых основана на использовании детерминированных математических моделей [10], а вторая – на широком внедрении нейронных сетей [8, 9]. Одним из важнейших направлений развития технологии цифрового двойника является направление диагностики различных неисправностей. К примеру, в работе [11] рассматриваются вопросы генерации размеченных обучающих наборов данных для различных неисправностей подшипников, которые дополняли бы ограниченные измеренные данные. Здесь авторы предлагают новый подход с использованием цифрового двойника для решения проблемы ограниченных измеренных данных при диагностике неисправностей подшипников. Результаты экспериментов, проведенных авторами, показывают повышение точности диагностики неисправностей [12]. Это же направление, но несколько в ином представлении, раскрывается в работе [13]. Здесь авторы указывают на ограниченность традиционных методов диагностики неисправностей на основе экспериментальных данных. Они отмечают, что в некоторых критически важных промышленных сценариях такой набор данных не всегда доступен. Именно технология цифрового двойника, которая создает виртуальное представление физического объекта, отражающее его рабочие условия, позволяет диагностировать неисправности технических систем или технологических процессов, когда данных о неисправностях недостаточно. Авторы предлагают систему диагностики неисправностей на основе цифровых двойников с использованием размеченных смоделированных данных и неразмеченных измеренных данных [13]. Построение системы цифрового двойника, осуществляющей в режиме реального времени интеграцию данных датчиков c неисправных подшипников в подпространства виртуальных моделей, представлено в работе [14]. Авторы уточняют параметры виртуальных моделей путем сравнения результатов цифрового моделирования во временной области с измеренными и снятыми сигналами [14]. Вместе с тем комплексное влияние изношенности режущего инструмента на динамику процесса резания – крайне сложная задача современности, решение которой невозможно без учета термодинамических особенностей процессов, протекающих при резании металлов [15, 16]. В результате анализа видно, что технология цифрового двойника получила широкое распространение в диагностике неисправностей, в том числе неисправностей подшипников. Поэтому очевидным развитием технологии цифрового двойника является применение ее для прогнозирования влияния изнашиваемости режущего
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 108 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ инструмента на качество получаемых при резании деталей. Исходя из этого, сформулируем цель исследования как повышение точности прогнозирования системой цифрового двойника качества получаемой при резании поверхности обрабатываемых деталей в условиях роста износа режущего инструмента за счет параметрической идентификации виртуальных моделей цифрового двойника по данным, получаемым системой вибрационного мониторинга процесса резания. Методика исследований Система вибромониторинга с оценкой изношенности режущего инструмента, а также качества получаемых при резании поверхностей В основе экспериментальной составляющей исследований лежит широкое использование вибродиагностической подсистемы, которая была размещена на самом режущем инструменте, вернее на его державке (рис. 1). В основе этой а б Рис. 1. Система вибромониторинга на станке 1K625: a, б – промышленные акселерометры; в, г – усилитель-преобразователь и АЦП Fig. 1. Vibration monitoring system on the 1K625 lathe: a, б – industrial accelerometers; в, г – amplifi er converter and ADC в г
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 109 EQUIPMENT. INSTRUMENTS системы выступает промышленный акселерометр общего назначения стандарта IEPE (ICP) со встроенным усилителем-преобразователем заряда А603С01Т (частотный диапазон (±3 дБ): 0,4…15 000 Гц; чувствительность (±10 %): 100 мВ/g, или 10,2 мВ/(м/с2)) и преобразователь ICP (IEPE) одноканальный с частотным диапазоном 0,1…50 000 Гц. Как видно из рис. 1, основа системы вибромониторинга – это пьезоэлектрические датчики вибраций режущего инструмента. Отметим, что сейчас получили широкое развитие новые интеллектуальные датчики, которые уже обладают возможностью цифрового отображения виброускорений, скоростей и перемещений инструмента [17–20]. Рассмотрим работу этой системы на одном примере точения, в котором обработке подвергался стальной вал (сталь 45) диаметром 50 см. Резание проходило на станке 1K625, режим обработки – со скоростью 124 м/мин, глубиной 1 мм и скоростью подачи 0,11 мм на оборот (рис. 2–4). Результаты измерения виброускорений последовательно интегрировали дважды в программе, написанной в среде Matlab. Таким образом, все измеренные по каналам x, y, z сигналы виброускорений, а также расчетные значения виброскоростей и виброперемещеРис. 2. Сигналы вибрационного ускорения для случая резания на скорости 150 м/мин: a – в осевом направлении; б – в радиальном направлении; в – в тангенциальном направлении Fig. 2. Vibration acceleration signals for cutting at a speed of 150 m/min: a – in the axial direction; б – in the radial direction; в – in the tangential direction а б в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 110 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ ний приведены для одного случая измерений на указанных выше рисунках. Проверку адекватности работы программы поэтапного интегрирования снятого сигнала виброускорения удобно рассматривать на примере анализа основных несущих частот в спектре снимаемого сигнала, как это сделано на рис. 5. Как видно из рис. 5, основные несущие частоты остаются на своих местах, однако высокочастотная составляющая вибросигнала существенно ослабляется. Это связано с тем фактом, что при интегрировании использовали операцию суммирования и усреднения, которая совпадает с инерционными свойствами объекта (инструмента). Реальный износ режущего инструмента может быть обусловлен влиянием случайных факторов, учесть которые в математических моделях цифрового двойника не представляется возможным. Для оценки реального износа режущего инструмента был проведен отдельный эксперимент на станке 1K625, где с указанными ранее параметрами резания производилась обработка вала из стали 45. Для измерения изношенности режущего клина на каждом шаге (всего 8 шагов) оценивался реальный износ режущего клина на задней грани с использованием микроскопа металлографического инвертированного «ЛабоМет-И», вариант 4, с широкоугольными объективами 5/20 с линейным полем зрения Рис. 3. Сигналы вибрационной скорости для случая резания на скорости 150 м/мин: a – в осевом направлении; б – в радиальном направлении; в – в тангенциальном направлении Fig. 3. Vibration velocity signals for cutting at a speed of 150 m/min: a – in the axial direction; б – in the radial direction; в – in the tangential direction а б в
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 111 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 4. Сигналы вибрационного перемещения для случая резания на скорости 150 м/мин: a – в осевом направлении; б – в радиальном направлении; в – в тангенциальном направлении Fig. 4. Vibration displacement signals for cutting at a speed of 150 m/min: a – in the axial direction; б – in the radial direction; в – in the tangential direction а б в 20 мм и с цифровой камерой для микроскопов Ucam-1400 с матрицей размером 1,4×1,4 мкм. Сам микроскоп и результаты измерений по нему приведены на рис. 6. Часть результатов измерений величины износа режущего инструмента приведены на рис. 7. Как видно из рис. 7, износ по задней грани составил для первого варианта 0,3 мм, а для второго варианта 0,33 мм. Результаты всех измерений удобно представить в виде табл. 1. Результаты измерений, приведены на рис. 8. В представленном на рис. 9 варианте развития кривой изношенности режущего инструмента определили три точки измерения характеристик, которые использовали в последующем для идентификации виртуальных моделей цифрового двойника. Рассмотрим вопрос изменения качества получаемой при резании поверхности при нарастании степени изношенности режущего инструмента. Для проведения такой оценки применялся оптический трехмерный микроскоп Contour ELITE и контурограф-профилогроф T4HD, которые представлены на рис. 9. Контроль качества обработанной поверхности, учитывая размеры измерительного оборудования (оптический трехмерный микроскоп Contour ELITE, контурограф-профилогроф T4HD),
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 112 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 5. Спектры мощности сигналов вибрационной активности режущего инструмента для случая резания со скоростью 150 м/мин: a, б, в – в осевом направлении; г, д, е – в радиальном направлении; ж, з, и – в тангенциальном направлении Fig. 5. Power spectra of cutting tool vibration activity signals for cutting at a speed of 150 m/min: a, б, в – in the axial direction; г, д, е – in the radial direction; ж, з, и – in the tangential direction а б в г д е ж з и
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 113 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Данные износа инструмента в процессе обработки Data on tool wear during processing Пройденный резцом путь, м 0 202 552 840 1375 2010 3061 Износ режущей пластины, мм 0,01 0,11 0,20 0,23 0,24 0,26 0,36 Рис. 6. Внешний вид микроскопа Fig. 6. The appearance of the microscope Рис. 7. Фотография с измеренным значением изношенности Fig. 7. Photograph with measured wear value Рис. 8. Измеренная кривая износа режущего инструмента Fig. 8. Measured wear curve of the cutting tool
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1