ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2023-1-10-22ipolytech-674Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGСила резания на единичном зернеForce of cutting by a single abrasive grainДимовЮ. В.DimovYu. V.

Димов Юрий Владимирович, д.т.н., профессор, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Yury V. Dimov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering Design and Standardization

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

dimov-ura@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9112-9253ПодашевД. Б.PodashevD. B.

Подашев Дмитрий Борисович, к.т.н., доцент, доцент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Dmitry B. Podashev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Design and Standardization

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

dbp90@mail.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2023070420232711022Copyright © Димов Ю.В., Подашев Д.Б., 20232023Димов Ю.В., Подашев Д.Б.Dimov Y.V., Podashev D.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/674

Цель – исследовать силы резания на единичном зерне при воздействии его на обрабатываемый материал. Аналитическое исследование проведено на модели единичного абразивного зерна в виде стержня с закругленной по радиусу вершиной, действующего на обрабатываемый материал. Для расчета интенсивности деформации пластически оттесняемого материала заготовки под действием единичного зерна использован метод линий скольжения (метод характеристик). В результате проведенных аналитических исследований – пластического деформирования материала, оттеснения заторможенной зоны и трения ее о поверхность зерна при движении вверх в виде стружки, трения зерна о пластически деформированный материал, а также воздействия динамической составляющей пластического деформирования – разработаны математические модели по всем перечисленным факторам. Доказана значимость динамической составляющей в общем балансе сил, связанных с пластическим деформированием, путем определения отношения динамического напряжения на линии разрыва к пределу текучести на сдвиг. На примере расчета данной зависимости для материалов Д16Т и 30ХГСА установлено, что целесообразно учитывать динамическую составляющую силы резания при скорости соударения единичного зерна с обрабатываемой поверхностью свыше 50 м/с. Приведены графики зависимости относительной силы на зерне от относительной глубины внедрения зерна. Предложенная методика расчета сил резания на единичном зерне позволяет рассчитывать суммарную силу взаимодействия единичного зерна с обрабатываемым материалом. Для перехода к заданным способу обработки и обрабатываемому материалу необходимо определить количество зерен, участвующих в контакте, продолжительность контакта, скорость резания. Имея эти данные, можно рассчитывать производительность процесса и показатели качества обработанной поверхности.

This paper investigates the cutting forces arising when using a single abrasive grain. Analytical studies were carried out using a model of a single abrasive grain in the form of a rod with a radiused apex acting on the workpiece material. The slip-line method (method of characteristics) was used to calculate the deformation intensity of a plastically edged workpiece material under the action of a single grain. Mathematical models were developed for the following factors: plastic deformation of the material, edging of the stagnated zone and its friction against the grain surface when moved upwards in the form of chippings, grain friction against the plastically deformed material, and the action of the dynamic component of plastic deformation. The significance of the dynamic component in the overall balance of forces related to plastic deformation was established by determining the ratio of dynamic stress on the break line and shear yield point. This dependence calculated for D16T and 30HGSA materials showed the feasibility of accounting for the dynamic component of the cutting force under the velocity of a single grain impacting the workpiece surface of above 50 m/s. Graphs depicting the relative grain force and the relative depth of grain penetration are given. The proposed calculation method for cutting forces using a single grain can be used to determine the total force of interaction between the single grain and the work-piece material. In order to adopt the defined processing method and the workpiece material, the number of grains in contact, the contact duration, and the cutting speed should be found. On this basis, the process performance and the quality of the workpiece surface can be calculated.

модель единичного зернасила резанияmodel of a single graincutting forceReferencesLi Ning, Ding Jinfu, Hu Liguang, Wang Xiao, Lu Lirong, Huang Jianmeng. Preparation, microstructure and compressive properties of silicone gel/SiC composites for elastic abrasive // Advanced composites letters. 2018. Vol. 27. Iss. 3. P. 122–128. https://doi.org/10.1177/096369351802700305.Li Ning, Ding Jinfu, Hu Liguang, Wang Xiao, Lu Lirong, Huang Jianmeng. Preparation, microstructure and compressive properties of silicone gel/SiC composites for elastic abrasive. Advanced composites letters. 2018;27(3):122-128. https://doi.org/10.1177/096369351802700305.Dimov Yu.V., Podashev D.B. Machining forces exerted by an elastic abrasive wheel // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. Iss. 12. P. 932–937. https://doi.org/10.3103/S1068798X18120341.Dimov Yu.V., Podashev D.B. Machining forces exerted by an elastic abrasive wheel. Russian Engineering Research. 2018;38(12):932-937. https://doi.org/10.3103/S1068798X18120341.Nguyen Van Tho. Finite element modeling method of centrifugally rotary processing // Applied Mechanics and Materials. 2019. Vol. 889. C. 140–147.Nguyen Van Tho. Finite element modeling method of centrifugally rotary processing. Applied Mechanics and Materials. 2019;889:140-147.Solovev A.N., Nguyen Van Tho, Tamarcin M.A., Panfilov I.A., Wang J.P. Modeling contact abrasive interactions in centrifugally rotary processing by finite element method // Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications: Conference Proceedings (Busan, 9–11 August 2018). Busan, 2018. Р. 334–802.Solovev A.N., Nguyen Van Tho, Tamarcin M.A., Panfilov I.A., Wang J.P. Modeling contact abrasive interactions in cen-trifugally rotary processing by finite element method. In: Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications: Conference Proceedings. 9–11 August 2018, Busan. Busan; 2018, р. 334-802.Svirschev V.I., Trubitsyn A.V., Tarasov S.V. Technological support of the surface roughness of the spigots made from the tough “relit” material with the help of the optimization of the centerless grinding mode parameters // International Journal of Applied Engineering Research. 2019. Vol. 14. No. 4. P. 896–899.Svirschev V.I., Trubitsyn A.V., Tarasov S.V. Technological support of the surface roughness of the spigots made from the tough “Relit” material with the help of the optimization of the centerless grinding mode parameters. International Journal of Applied Engineering Research. 2019;14(4):896-899.Spirin V.A., Makarov V.F., Khalturin O.A. Calculation of thermodynamic parameters of geometrically complex parts at abrasive globoid gear machining // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering / eds. A. Radionov, O. Kravchenko, V. Guzeev, Y. Rozhdestvenskiy. Cham: Springer, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_91.Spirin V.A., Makarov V.F., Khalturin O.A. Calculation of thermodynamic parameters of geometrically complex parts at abrasive globoid gear machining. In: Radionov A., Kravchenko O., Guzeev V., Rozhdestvenskiy Y. (eds.). Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer; Cham, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_91.Свирщёв В.И., Трубицын А.В., Тарасов С.В. Оптимизация параметров режима бесцентрового шлифования втулок из высокотвердого материала «релит», обеспечивающих требуемую шероховатость поверхности // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 1. С. 25–30.Svirshchev V.I., Trubitsyn A.V., Tarasov S.V. Technological support of the surface roughness of the spigots made of high-hard material “relit” based on the optimization of the parameters of the centerless grinding mode. Izvestiya Samar-skogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk = Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2019;21(1):25-30. (In Russ.).Han Quanli, Zhang Bin. Evolution of surface roughness of TI plate in abrasive-less polishing // Advanced Materials Research. 2010. Vol. 139-141. P. 844–847. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.139-141.844.Han Quanli, Zhang Bin. Evolution of surface roughness of TI plate in abrasive-less polishing. Advanced Materials Re-search. 2010;139-141:844–847. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.139-141.844.Макаров В.Ф., Ворожцова Н.А., Песин М.В. Обработка зубчатых колес сборными шлифовально-полировальными кругами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Серия: Машиностроение, материаловедение. 2020. Т. 22. № 1. С. 79–87. https://doi.org/10.15593/2224-9877/2020.1.09.Makarov V.F., Vorozhcova N.A., Pesin M.V. Processing gears with prefabricated grinding and polishing wheels. Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie = Bulle-tin PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2020;22(1):79-87. (In Russ.). https://doi.org/10.15593/2224-9877/2020.1.09.Спирин В.А., Макаров В.Ф., Халтурин О.А. Производительность глобоидного зубохонингования // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2020. № 3. С. 20–23. https://doi.org/10.30987/2223-4608-2020-3-20-23.Spirin V.A., Makarov V.F., Khalturin O.A. Capacity of globoidal gear-honing. Naukoyomkie tekhnologii v mashi-nostroenii = Science intensive technologies in mechanical engineering. 2020;3:20-23. https://doi.org/10.30987/2223-4608-2020-3-20-23.Puoza J.C. Experimental study on abrasive water-jet polishing of cemented carbide and polycrystalline diamond tools // International Journal of Abrasive Technology. 2019. Vol. 9. № 3. P. 200–220. https://doi.org/10.1504/IJAT.2019.10025181.Puoza J.C. Experimental study on abrasive water-jet polishing of cemented carbide and polycrystalline diamond tools. Inter-national Journal of Abrasive Technology. 2019;9(3):200-220. https://doi.org/10.1504/IJAT.2019.10025181.Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.Korchak S.N. Performance of steel part grinding. Moscow: Mashinostroenie; 1974, 280 р. (In Russ.).Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. М.: Машиностроение, 1977. 166 с.Petrosov V.V. Hydroshot peening hardening of parts and tools. Moscow: Mashinostroenie; 1977, 166 р. (In Russ.).Томленов А.Д. Некоторые задачи пластического формообразования металлов // Прочность металлов и конструкций: сб. ст. Киев: Академпериодика, 1975. С. 196–201.Tomlenov A.D. Some issues of metal plastic shaping. In: Prochnost' metallov i konstrukcij = Strength of metals and structures. Kiev: Akademperiodika; 1975, р. 196-201. (In Russ.).Дударев А.С., Карманов В.В., Свирщев В.И., Катаева (Захарова) С.П. Моделирование формы единичного алмазного зерна // Современное машиностроение. Наука и образование. 2018. № 7. С. 545–557. https://doi.org/10.1872/MMF-2018-47.Dudarev A.S., Karmanov V.V., Svirshchev V.I., Kataeva (Zaharova) S.P. Modeling the shape of a single diamond grain. Sovremennoe mashinostroenie. Nauka i obrazovanie. 2018;7:545-557. (In Russ.). https://doi.org/10.1872/MMF-2018-47.Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.Kragel'skij I.V. Friction and wear. Moscow: Mashinostroenie; 1968, 480 р. (In Russ.).Друянов Б.А. О движении цилиндрического индентора по поверхности полупространства // Теория трения и износа: сб. статей. М.: Наука, 1965. С. 62–72.Druyanov B.A. On cylindrical indenter motion along the half-space surface. In: Teoriya treniya i iznosa = Theory of friction and wear. Moscow, Nauka, 1965, р. 62–72. (In Russ.).Marchall E.A. Rolling contact with plastic deformation // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1968. Vol. 16. Iss. 4. P. 243–254. https://doi.org/10.1016/0022-5096(68)90032-X.Marchall E.A. Rolling contact with plastic deformation. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1968;16(4):243-254. https://doi.org/10.1016/0022-5096(68)90032-X.Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. 408 с.Tomlenov A.D. The theory of plastic deformation of metals. Moscow: Metallurgiya; 1972, 408 р. (In Russ.).Кулаков Ю.М., Хрульков В.А. Отделочно-зачистная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1979. 216 с.Kulakov Yu.M., Hrul'kov V.A. Finishing and brushing of parts. Moscow: Mashinostroenie; 1979, 216 р. (In Russ.).Ящерицын П.И., Мартынов А.Н., Гридин А.Д. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива. Минск: Наука и техника. 1978. 224 с.Yashchericyn P.I., Martynov A.N., Gridin A.D. Finishing treatment of parts with a compacted stream of free abrasive. Minsk: Nauka i tekhnika; 1978, 224 р. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.