Том 27 № 2 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 № 2 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Фатюхин Д.С., Кольдюшов В.К. Сравнение методов ультразвуковой обработки поверхностей, полученных послойным синтезом, на примере сплава Ti6Al4V............. 6 Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем................................ 29 Наумов С.В., Панов Д.О., Соколовский В.С., Черниченко Р.С., Салищев Г.А., Белинин Д.С., Лукьянов В.В. Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb).............................................................................................................................................................................. 43 Джатти В.С., Сингараджан В., Сайятибрагим А., Джатти В.С., Кришнан М.Р., Джатти С.В. Улучшение характеристик электроэрозионной обработки сплавов NiTi, NiCu и BeCu с использованием многокритериального подхода на основе функции полезности........................................................................................................................... 57 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р., Никитенко А.В. Обеспечение точности формы отверстий, полученных при чистовой обработке методом растачивания............................................................................................................... 89 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Патил Н., Агарвал С., Кулкарни А.П., Сараф А., Ране М., Дама Й.Б. Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости........................................ 103 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Никитенко А.В., Улисков М.В. Прогнозирование шероховатости поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическим инструментом с использованием искусственной нейронной сети....................................................................................................................................................................................... 126 Осипович К.С., Сидоров Е.А., Чумаевский А.В., Никонов С.Н., Колубаев Е.А. Условия изготовления биметаллических образцов на основе железных и медных сплавов методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.................................................................................................................................................. 142 Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Григорьев М.В. Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х........... 159 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде............................................................................................ 174 Черниченко Р.С., Панов Д.О., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали...................................................................................................................................... 189 Панов Д.О., Черниченко Р.С., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали................................ 206 Дешпанде А., Кулкарни А.П., Анерао П., Дешпанде Л., Соматкар А. Комплексное численное и экспериментальное исследование трибологических характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ.................. 219 Воронцов А.В., Панфилов А.О., Николаева А.В., Черемнов А.В., Княжев Е.О. Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством............................................................................................................................................................................... 238 Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током..................................................................................................................................................................................... 255 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 270 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 279 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 03.06.2025. Выход в свет 16.06.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 35,0. Уч.-изд. л. 65,1. Изд. № 77. Заказ 150. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 2 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. 2 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. 2 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Fatyukhin D.S., Koldyushov V.K. Comparison of ultrasonic surface treatment methods applied to additively manufactured Ti-6Al-4V alloy................................................................ 6 Kate N., Kulkarni A.P., Dama Y.B. A comparative evaluation of friction and wear in alternative materials for brake friction composites............................................................................................................................................................... 29 Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters............................................................................................................................................................................. 43 Jatti V.S., Singarajan V., SaiyathibrahimA., Jatti V.S., KrishnanM.R., Jatti S.V. Enhancement of EDM performance for NiTi, NiCu, and BeCu alloys using a multi-criteria approach based on utility function................................................ 57 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Nikitenko A.V. Ensuring hole shape accuracy in fi nish machining using boring...... 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Patil N., Agarwal S., Kulkarni A.P., Saraf A., Rane M., Dama Y.B. Experimental investigation of graphene oxide-based nano cutting fl uid in drilling of aluminum matrix composite reinforced with SiC particles under nano-MQL conditions............................................................................................................................................................................. 103 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Nikitenko A.V., Uliskov M.V. Prediction of surface roughness in milling with a ball end tool using an artifi cial neural network................................................................................................................. 126 Osipovich K.O., Sidorov E.A., Chumaevskii A.V., Nikonov S.N., Kolubaev E.A. Manufacturing conditions of bimetallic samples based on iron and copper alloys by wire-feed electron beam additive manufacturing......................... 142 Babaev A.S., Savchenko N.L., Kozlov V.N., Semenov A.R., Grigoriev M.V. Performance of Y-TZP-Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135)...................................................... 159 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Mamadaliev R.A. Morphological changes of deformed structural steel surface in corrosive environment......................................................................................................................................................... 174 Chernichenko R.S., Panov D.O., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of heterogeneous structure on mechanical behavior of austenitic stainless steel subjected to novel thermomechanical processing............................................................................................................................................................................. 189 Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel................................................ 206 Deshpande A., Kulkarni A.P., Anerao P., Deshpande L., Somatkar A. Integrated numerical and experimental investigation of tribological performance of PTFE based composite material.................................................................... 219 Vorontsov A.V., Panfi lov A.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.V., Knyazhev E.O. Eff ect of impact processing on the structure and properties of nickel alloy ZhS6U produced by casting and electron beam additive manufacturing........ 238 Misochenko A.A. Martensitic transformations in TiNi-based alloys during rolling with pulsed current........................... 255 EDITORIALMATERIALS 270 FOUNDERS MATERIALS 279 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 103 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости Нилеш Патил 1, a, Сачин Агарвал 2, b, Атул Кулкарни 3, c, *, Атул Сараф 4, d, Милинд Ране 3, e, Йогирадж Дама 5, f 1 Технологический институт Маратвада, Аурангабад – 431010, штат Махараштра, Индия 2 Институт инженерии и управления Деогири, Аурангабад – 431005, штат Махараштра, Индия 3 Технологический институт Вишвакарма, Пуна, Махараштра, 411037, Индия 4 Национальный технологический институт Сардара Валлабхаи, Иччанатх, Сурат – 395007, Гуджарат, Индия 5 Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия a https://orcid.org/0000-0002-4884-4267, nileshgpatil@rediff mail.com; b https://orcid.org/0000-0003-4582-1745, sachinagarwal@dietms.org; c https://orcid.org/0000-0002-6452-6349, atul.kulkarni@vit.edu; d https://orcid.org/0000-0003-4776-6874, atul.saraf001@gmail.com; e https://orcid.org/0000-0001-5829-5305, milind.rane@vit.edu; f https://orcid.org/0009-0008-5404-4347, yogirajdama@dbatu.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 103–125 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-103-125 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787:621.895 История статьи: Поступила: 12 января 2025 Рецензирование: 12 февраля 2025 Принята к печати: 17 марта 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: НаноСОЖ NMQL (минимальное количество смазочно-охлаждающей жидкости) Оксид графена Круглость Высота заусенцев Эмпирическое моделирование АННОТАЦИЯ Введение. Минимальное количество смазочно-охлаждающей жидкости (MQL) эффективно используется в качестве подходящей стратегии охлаждения. Однако в сравнении с широко распространенным в промышленности обильным охлаждением MQL характеризуется меньшей теплоотводящей способностью. В то время как при обильном охлаждении отмечаются случаи термического удара, применение MQL обеспечивает более плавный отвод стружки и снижает риск возникновения термических напряжений. Методы исследования. В рамках данного исследования проведены экспериментальные работы по сверлению металломатричного композита (MMC) на основе алюминия, армированного карбидом кремния (Al-SiC MMC), с использованием AlCrN-сверл с PVD-покрытием (диаметр сверла 8 мм). Образцы MMC изготавливались с различной объемной долей SiC (10–30 %). Целью экспериментов являлось изучение влияния непищевого растительного масла с добавлением оксида графена в качестве СОЖ на процесс сверления AlSiC MMC. В качестве входных параметров процесса варьировали скорость резания (30…150 м/мин), подачу (0,05…0,25 мм/об), объемную долю SiC (10–30 %) и расход MQL (60…180 мл/ч). Выходными параметрами служили сила резания, крутящий момент, шероховатость поверхности, круглость отверстия и высота заусенцев при высокоскоростном сверлении MMC. Параметры масла унди (александрианского лавра) определяли в соответствии со стандартом ASTM 6751. Морфология поверхности и элементный анализ оксида графена исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDAX). Цель работы. Использование наноСОЖ в сочетании с MQL является одним из перспективных подходов к дальнейшему улучшению характеристик MQL, особенно при сверлении труднообрабатываемых материалов. Введение наноматериалов в MQL способствует снижению трения на границе контакта инструмента и стружки, что приводит к уменьшению температуры резания. Данные методы позволяют облегчить механическую обработку легких и труднообрабатываемых материалов, в частности металломатричных композитов (MMC) на основе алюминия, широко применяемых в автомобильной и аэрокосмической отраслях. Результаты и обсуждение. Установлено, что использование наночастиц оксида графена, диспергированных в непищевом масле унди, представляет собой перспективную альтернативу традиционным СОЖ при сверлении MMC. Целью исследования являлась разработка полуэмпирических моделей для прогнозирования шероховатости поверхности и температуры при различных составах MMC. Повышение эффективности резания достигается путем точного определения температуры в зоне обработки. Однако практическое определение температуры резания в каждом конкретном случае сопряжено со значительными трудовыми и финансовыми затратами. Дополнительно установлено, что наночастицы оксида графена, смешанные с непищевым маслом унди, представляют собой эффективную альтернативу традиционным СОЖ при сверлении MMC. В настоящей работе разработана комплексная эмпирическая формула для прогнозирования теоретической температуры и шероховатости поверхности. Выявлено, что основная часть мощности, потребляемой при механической обработке, преобразуется в теплоту. Для цитирования: Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости / Н. Патил, С. Агарвал, А.П. Кулкарни, А. Сараф, М. Ране, Й.Б. Дама // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 103–125. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-103-125. ______ *Адрес для переписки Кулкарни Атул П., профессор Технологический институт Вишвакарма, Пуна, Махараштра, 411037, Индия Тел.: 91-2026950419, e-mail: atul.kulkarni@vit.edu
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 104 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Список условных обозначений List of symbols f Подача, мм/об / Feed rate (mm/rev) Vc Скорость резания, м/мин / Cutting speed (m/min) Q Расход, мл/час / Flow Rate (ml/hr) Vf Объемная доля SiC, % / SiC Volume Fraction (%) Fx Осевая сила, Н / Thrust force (N) T Крутящий момент, Н∙м / Torque (Nm) Ra Шероховатость поверхности, мкм / Surface roughness (μm) Bh Высота заусенцев, мм / Bur height (mm) Cr Круглость, мм / Circularity (mm) RSM Методология поверхности отклика / Response surface methodology CCD Центральный композиционный план / Central composite design Введение Основная функция смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) заключается в обеспечении охлаждения и смазки в зоне резания. Применение СОЖ способствует снижению износа инструмента, повышению качества обработанной поверхности и эффективному удалению стружки из зоны обработки, обеспечивая устойчивое протекание процесса резания. В связи с увеличением количества экологических проблем и ужесточением нормативных требований, касающихся загрязнения окружающей среды, наблюдается устойчивый рост спроса на возобновляемые и экологически безопасные СОЖ [1–4]. Концепция «устойчивого производства» предполагает создание продукции с использованием экологически чистых технологий и систем, а также с сохранением энергетических и природных ресурсов. Такая производственная модель должна быть экономически оправданной, безопасной и благоприятной для здоровья персонала [4–5]. При обработке труднообрабатываемых материалов тепловыделение вызывает такие проблемы, как термические трещины и погрешности размеров. Рассеивание тепла в станках обычно достигается за счет применения СОЖ. Однако растущая обеспокоенность заставила правительства и связанные с ними организации ввести строгие правила и руководства для контроля использования, переработки и утилизации СОЖ. Следовательно, промышленность стремится перейти от мокрого способа охлаждения к более экономичным и экологически безопасным альтернативам. К этим вариантам относятся MQL (обработка с минимальным количеством смазки), применение экологически чистых СОЖ, наноСОЖ, обработка без СОЖ и др. [6–10]. Технология обработки с MQL представляет собой перспективную альтернативу, при которой в зону резания через форсунку подается минимально необходимое количество СОЖ. При реализации обработки с MQL СОЖ подается в зону резания либо в виде отдельных капель, либо в виде масляного тумана, формируемого путем распыления СОЖ сжатым воздухом. Технология обработки с MQL активно исследуется многими научными коллективами [11, 12]. В качестве экологически предпочтительных СОЖ при обработке с MQL часто используются растительные масла, обладающие высокой биоразлагаемостью, возобновляемостью и отличными смазывающими свойствами [13–15]. В ряде работ показано, что непищевые растительные масла по своим эксплуатационным характеристикам превосходят традиционные минеральные масла, которые применяются при механической обработке, благодаря формированию на обрабатываемой поверхности прочной межмолекулярной границы, обеспечивающей высокую смазывающую способность. В качестве перспективных альтернатив традиционным СОЖ рассматриваются такие непищевые масла, как масло нима, масло каранджи, масло ятрофы, касторовое масло и масло семян хлопчатника, обладающие требуемой функциональностью [16–19]. В работах [16–19] были использованы наночастицы Al2O3 со средним размером 20 нм, диспергированные в соевом масле (объемная концентрация 1,5 %). Результаты испытаний показали, что применение NMQL (nanoMQL) позволяет снизить мощность трения в зонах контакта инструмента со стружкой и инструмента с заготовкой, что обусловлено эффектом качения наночастиц и улучшением теплоотвода. Кроме того, применение наноСОЖ при обработке в условиях MQL эффективно способствует удалению стружки и заусенцев, что улучшает качество обработанной поверхности отверстий
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 105 EQUIPMENT. INSTRUMENTS и повышает стойкость инструмента благодаря снижению износа [20–22]. Содавадиа и Маквана (Sodavadia и Makwana) [23] исследовали возможность применения нанодисперсной борной кислоты в кокосовом масле при точении аустенитной нержавеющей стали марки AISI 304 твердосплавным инструментом. В качестве базового смазывающего вещества использовалось кокосовое масло, в котором были суспендированы наночастицы борной кислоты (средний размер частиц 50 нм). В работе были установлены закономерности изменения среднего износа задней поверхности инструмента, шероховатости обработанной поверхности и температуры режущего инструмента в зависимости от режимов резания (скорости резания и подачи) при использовании нанодисперсных суспензий борной кислоты в кокосовом масле. Анализ данных из литературы показывает, что применение наночастиц в процессах механической обработки, в частности при сверлении, оказывает положительное влияние на процесс резания благодаря интенсификации процессов смазки и охлаждения. Несмотря на значительное количество исследований, посвященных использованию различных наночастиц в сочетании с растительными и минеральными СОЖ, в литературе практически отсутствуют данные об использовании наночастиц оксида графена в непищевом растительном масле, таком как масло унди [23–25]. Оксид графена – это перспективный материал, получаемый из синтетического графитового порошка. Он характеризуется превосходными механическими и теплофизическими свойствами, что обусловливает его широкое применение в различных областях, таких как солнечная энергетика, сенсорные экраны и биосенсоры. Одной из наиболее примечательных характеристик оксида графена является его высокая теплопроводность, достигающая 5800 Вт/(м·К). Благодаря этому наночастицы оксида графена могут эффективно использоваться в качестве компонента смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) при обработке труднообрабатываемых материалов, таких как металломатричные композиты (Metal Matrix Composites, MMC) [26, 27]. Настоящее исследование посвящено изучению эффективности наноСОЖ на основе оксида графена, которые применяются при обработке в условиях минимального количества смазки (MQL), используемых в автомобильной и авиакосмической промышленности. В рамках текущего исследования наночастицы оксида графена диспергировали в масле унди. Целью работы является оценка влияния наночастиц оксида графена на процесс сверления MMC при реализации различных условий охлаждения. Эффективность процесса оценивали по следующим параметрам: осевая сила, крутящий момент, шероховатость обработанной поверхности, круглость отверстия и высота заусенцев. Исследование посвящено установлению влияния добавления наноматериалов в СОЖ на процессы, протекающие в зоне контакта инструмента и стружки, и на снижение температуры резания. Особое внимание уделяется изучению закономерностей обработки легких и труднообрабатываемых материалов, в частности металломатричных композитов (MMC) на основе алюминия. Экспериментальные исследования проводили на оборудовании, имеющемся в распоряжении кафедры машиностроения Технологического института Вишвакарма (VIIT), г. Пуна, штат Махараштра, Индия. В частности, использовались станок с ЧПУ, система MQL, режущий инструмент и установка для измерения шероховатости поверхности. Методика исследования Алюмоматричные композиты (АМК) представляют собой перспективные материалы для широкого спектра областей применения, что обусловлено их улучшенными физико-механическими характеристиками. Введение упрочняющих компонентов в металлическую матрицу позволяет повысить жесткость, удельную прочность и износостойкость по сравнению с традиционными материалами. MMC на основе алюминия находят применение в авиационной, аэрокосмической, автомобильной промышленности и других областях. Однако обработка этих материалов резанием сопряжена с трудностями из-за абразивных свойств упрочняющих частиц. В связи с этим в качестве материала для заготовки в данном исследовании были выбраны MMC на основе алюминия, упрочненные частицами карбида кремния (SiC). Свойства обрабатываемых материалов, использованных в эксперименте, представлены в табл. 1.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 106 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Микроструктура MMC Al-SiC, полученная методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при увеличении 300×, приведена на рис. 1. На рис. 2, а и б показаны пластина из MMC Al-SiC и твердосплавное сверло с PVDпокрытием, используемое в исследовании. Тип твердосплавного сверла с PVD-покрытием – SD1105A-0680-043-08R1, угол при вершине составляет 140°, а диаметр – 8 мм. Сверло покрыто полированным слоем AlCrN. Покрытие AlCrN характеризуется высокой абразивной стойкостью, твердостью и адгезией, а также способствует эффективному отводу стружки [27]. Операция сверления выполнялась на вертикальном обрабатывающем центре (серия BMV 60+), обеспечивающем высокую точность и стабильную производительность при высокой подаче и скорости резания. На рис. 3, а представлен беспроводной датчик силы Spike с держателем инструмента. Этот датчик, интегрированный в держатель, использовался для измерения силы резания, крутящего и изгибающего моментов непосредственно в зоне обработки. Данные передавались по беспроводной сети на приемник. Специализированное программное обеспечение осуществляло обработку данных и визуализацию результатов. Как показано на рис. 3, б, система минимального количества смазки (MQL), примененная в эксперименте, включает в себя два входных канала и один выходной, объединяющиеся в камере смешивания. Один из входных каналов подключен к воздушному компрессору, а другой – к емкости с разработанной нано-смазочно-охлаждающей жидкостью. За счет давления сжатого воздуха масло из емкости подается в виде Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Свойства обрабатываемых материалов Properties of the machined materials Workpiece / Образец Properties / Свойства Коэффициент термического расширения, К−1 / Thermal coeffi cient of expansion (K−1) Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К) / Specifi c heat, (J/kg∙K) Теплопроводность (Вт/(м·К)) / Thermal conductivity, (W/ m∙K) Плотность, кг/м3 / Density, (kg/m3) Температура плавления, К / Melting point, (K) Al/SiCp/10 % 20,7 879 156 2,710 828 Al/SiCp/20 % 17,46 837 150 2,765 828 Al/SiCp/30 % 14,58 795 144 2,798 828 а б в Рис. 1. SEM-микрофотографии Al/SiC MMC при объемной доле SiC: а – 10 %; б – 20 %; в – 30 % Fig. 1. SEM micrographs of Al/SiC MMC at SiC volume fractions of: а – 10 %; б – 20 %; в – 30 %
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1