ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2024-1-51-63JOHNBJipolytech-795Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПрогнозирование и примеры совершенствования абразивного инструмента для бесцентрового шлифования сталейForecasting and examples of abrasive tool improvement for centerless steel grindingНепогожевА. А.NepogozhevA. A.

Непогожев Андрей Александрович, начальник бюро режущего инструмента

125130, г. Москва, ул. Клары Цеткин, 33, корп. 35

Andrey A. Nepogozhev, Head of the Cutting Tools Bureau

 

andrey.nepogozhev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4727-9873МокрицкийБ. Я.MokritskiiB. Ya.

Мокрицкий Борис Яковлевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Машиностроение»

681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Boris Ya. Mokritskii, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering

27, Lenin pr., Komsomolsk-on-Amur 681013

boris@knastu.ruСкрипилёвА. А.SkripilevA. A.

Скрипилёв Александр Александрович, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Электромеханика»

681013, г. Комсомольск-на-Амуре,пр. Ленина, 27

Aleksandr A. Skripilev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Engineering Technology Department

27, Lenin pr., Komsomolsk-on-Amur 681013

Skripilev.aal@email.knastu.ruАникинВ. Н.AnikinV. N.

Аникин Вячеслав Николаевич, к.т.н., доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов, заведующий Научно-технического центра, Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт твердых сплавов и тугоплавких металлов

119049, г. Москва, Ленинский просп., 4

Vyatcheslav N. Anikin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Functional Nanosystems and High Temperature Materials, Head of the Scientific and Technical Center at the All-Russian Research and Design Institute of HardAlloys and Refractory Metals

4 Leninsky pr., Moscow 119049

anikin47_47@mail.ruМарьинС. Б.MaryinS. B.

Марьин Сергей Борисович, д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Авиастроение»

681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Sergey B. Maryin, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Aviation Engineering Department

27, Lenin pr., Komsomolsk-on-Amur 681013

maryinsb@mail.ruАО «Московский машиностроительный завод «Авангард»РоссияJSC Moscow Machine-Building Plant “Avangard”Russian FederationКомсомольский-на-Амуре государственный университетРоссияKomsomolsk-na-Amure State UniversityRussian FederationМосковский институт стали и сплавовРоссияMoscow Institute of Steel and AlloysRussian Federation2024290320242815163Copyright © Непогожев А.А., Мокрицкий Б.Я., Скрипилёв А.А., Аникин В.Н., Марьин С.Б., 20242024Непогожев А.А., Мокрицкий Б.Я., Скрипилёв А.А., Аникин В.Н., Марьин С.Б.Nepogozhev A.A., Mokritskii B.Y., Skripilev A.A., Anikin V.N., Maryin S.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/795

Цель работы – повышение эффективности шлифования путем проектирования и выбора рациональных характеристик абразивного инструмента. Объектом исследования являются процессы и закономерности обеспечения безприжогового (бездефектного) шлифования деталей, изготавливаемых из труднообрабатываемой коррозионностойкой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, никелевого сплава марки ХН60ВТ, конструкционной стали марки 30ХГСА и сложнолегированной стали марки 12Х2НВФА. В работе использовано имитационное моделирование в программной среде DEFORM. В качестве критерия, регламентирующего обеспечение качественных показателей процесса шлифования, была выбрана температура в зоне резания. Исследования базируются на использовании положений теории резания материалов. Установлено, что каждый из исследованных абразивных инструментов 1 25A F60 O6V, 1 25A F60 Q6V, 1 25A F80 O6V, 1 25A F80 N7V имеет свою рациональную область применения. Для детали «Штырь» экономический эффект, достигнутый за счет исключения брака деталей, вызванного возникающими прижогами на шлифуемой поверхности, составил 18095 руб. С позиций повышения качества обработанной поверхности детали по шероховатости на основе анализа параметра Ra рационально применение малых глубин резания (от 0,05 мм до 0,25 мм) в сочетании с применением частот вращения ведущего круга до 108 мин-1. С позиций обеспечения требуемой точности изготовления детали показано, что целесообразно применение глубин резания до 0,25 мм в сочетании с применением частоты вращения ведущего круга 86 мин-1. Таким образом, разработаны новые концептуальные принципы и методология проектирования (и выбора) абразивных инструментов с обеспечением минимального разупрочнения материала шлифуемой детали, обеспечения требуемой шероховатости поверхности, точности размеров детали и производительности обработки. Дальнейшее развитие работы целесообразно вести с привлечением более крупнозернистых (F40, F36) абразивных инструментов.

The present work is aimed at enhancing the grinding efficiency of abrasive tools by designing and selecting their optimal characteristics. To that end, regularities in the process of defect-free grinding of workpieces made of hard-tomachine corrosion-resistant stainless steel of 12Х18Н10Т grade, nickel alloy of ХН60ВТ grade, structural steel of 30ХГСА grade, and complex-alloyed steel of 12Х2НВФА grade are studied by simulation modeling in the DEFORM software environment. The temperature in the cutting zone is selected as a criterion determining the quality indicators of the grinding process. The research methodology is based on the theory of metal cutting. It was established that each of the investigated abrasive tools, i.e., 1 25A F60 O6V, 1 25A F60 Q6V, 1 25A F80 O6V, and 1 25A F80 N7V is characterized by its rational field of application. For the “Pin” workpiece, the economic effect achieved due to elimination of scrap caused by grinding burns on the ground surface amounted to 18,095 RUB. In terms of the Ra parameter, an improved roughness of the machined surface can be achieved by small cutting depths (from 0.05 mm to 0.25 mm) in combination with a driving wheel speed of up to 108 min-1. The required accuracy of machining can be achieved by cutting depths of up to 0.25 mm in combination with a driving wheel speed of 86 min-1. Hence, a new methodology for designing and selection of abrasive tools is proposed. This methodology ensures minimal softening of the ground material, as well as the required surface roughness, accuracy of workpiece dimensions, and machining performance. In future research, coarser-grained (F40, F36) abrasive tools should be investigated.

абразивный режущий инструментбесцентровое шлифованиетемпературный параметр процесса шлифованияabrasive cutting toolscenterless grindinggrinding temperature parameterReferencesНепогожев А.А., Желтухин А.В., Крит Б.Л., Морозова Н.В., Эпельфельд А.В., Перетягин П.Ю. Плазменно-электролитные покрытия, стойкие при сварке трением с перемешиванием // Машиностроение: традиции и инновации (МТИ – 2018): материалы XI Междунар. конф (г. Москва, 26 июня 2018 г.). М.: МГТУ «СТАНКИН», 2018. 91 с.Nepogozhev A.A., Zheltuhin A.V., Krit B.L., Morozova N.V., Epel’fel’d A.V., Peretyagin P.Yu. Plasma-electrolyte coatings resistant to friction stir welding. In: Mashinostroenie: tradicii i innovacii (MTI – 2018): materialy XI Mezhdunarodnoj konferencii = Mechanical engineering: traditions and innovations (MIT - 2018): materials of the 11th International conference. Moscow: Moscow State University of Technology “Stankin”; 2018, 91 р. (In Russ.).Романенко А.М., Шатько Д.Б., Непогожев А.А., Караваев Я.С. Обработка шлифованием высоколегированных коррозионностойких сталей на примере 12Х18Н10Т // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2021. № 3. С. 98–106. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2021-3-98-106.Romanenko A.M., Shatko D.B., Nepogozhev A.A., Karavaev Ya.S. Abrasive machining of high-alloy corrosion resistant steels by example of 12Kh18N10T. Vestnik Koncerna VKO “Almaz – Antej” = Journal of “Almaz – Antey” Air and Space Defence Corporation. 2021;(3):98-106. (In Russ.). https://doi.org/10.38013/2542-0542-2021-3-98-106.Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. 354 с.Starkov V.K. Grinding with highly porous wheels. Moscow: Mashinostroenie; 2007, 354 р. (In Russ.).Эльянов В.Д. Шлифование в автоматическом цикле. М.: Машиностроение, 1980. 56 с.Elyanov V.D. Automatic cycle grinding. Moscow: Mashinostroenie; 1980, 56 р. (In Russ.).Ящерицын П.И., Караим И.П. Скоростное внутреннее шлифование деталей подшипников // Прогрессивные технологические процессы в механосборочном производстве, направленные на повышение производительности труда и качества изделий: сб. статей. Л.: Машиностроение, 1977. 282 с.Yashchericyn P.I., Karaim I.P. High-speed internal grinding of bearing parts. In: Progressivnye tekhnologicheskie processy v mekhanosborochnom proizvodstve, napravlennye na povyshenie proizvoditel’nosti truda i kachestva izdelij: sbornik statej = Progressive technological processes in mechanical assembly production to increase labor efficiency and product quality: collection of articles. Leningrad: Mashinostroenie; 1977, 282 р. (In Russ.).Hessel D., Karyazin A., Starkov V.K., Ryabtsev S.A., Gorin N.A. High-efficiency rotary dressing method for cubic boron nitride wheels // Journal of Superhard Materials. 2015. Vol. 37. Iss. 3. Р. 194–201. https://doi.org/10.3103/S1063457615030077.Hessel D., Karyazin A., Starkov V.K., Ryabtsev S.A., Gorin N.A. High-efficiency rotary dressing method for cubic boron nitride wheels. Journal of Superhard Materials. 2015;37(3):194-201. https://doi.org/10.3103/S1063457615030077.Вознесенский В.А. Современные методы оптимизации композиционных материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 144 с.Voznesensky V.A. Modern methods for composite material optimization. Kyiv: Naukova Dumka; 1988, 144 р. (In Russ.).Евсеев Д.Г., Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. Саратов: Саратовский ун-т, 1978. 128 с.Evseev D.G., Salnikov A.N. Physical foundations of the grinding process. Saratov: Saratov State University; 1978, 128 р. (In Russ.).Ozel T., Altan N. Determination of workpiece from stress and friction al the chip-tool contract for high-speed cutting // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2000. Vol. 40. Iss. 1. P. 133–152. https://doi.org/:10.1016/S0890-6955(99)00051-6.OzelT., Altan N. Determination of workpiece from stress and friction al the chip-tool contract for high-speed cutting. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2000;40(1):133-152. https://doi.org/:10.1016/S0890-6955(99)00051-6.Espinosa C. Modeling high speed machining the SPH method // X International LS-DYNA Users Conference (Dearborn, Michigan, 8–10 Iune 2008). Dearborn, Michigan, 2008. P. 1-1–1-12.Espinosa C. Modeling high speed machining the SPH method. In: X International LS-DYNA Users Conference. 8–10 Iune 2008, Dearborn, Michigan. Dearborn, Michigan; 2008, р. 1-1–1-12. 11. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure. Acta Materialia. 2000;48(1):1-29. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00285-2.Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. Iss. 1. P. 1–29. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00285-2.Okumiya M., Gripentrog M. Mechanical properties and tribological behavior of TiN-CrAlN and CrN-CrAlN multilayer coatings. Surface and Coating Technologies. 1999;112:123-128. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(98)00799-3.Okumiya M., Gripentrog M. Mechanical properties and tribological behavior of TiN-CrAlN and CrN-CrAlN multilayer coatings // Surface and Coating Technologies. 1999. Vol. 112. P. 123–128. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(98)00799-3.Byrne G., Dornfeld D., Denkena B. Advancing cutting technology. CIRP Annals. 2003;52(2):483-507. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60200-5.Byrne G., Dornfeld D., Denkena B. Advancing cutting technology // CIRP Annals. 2003. Vol. 52. Iss. 2. P. 483–507. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60200-5.Ducros C., Benevent V., Savchette F. Deposition, characterization and machining performance of multilayer PVD coatings on cemented carbide cutting tools. Surface and Coatings Technology. 2003;163(2):681-688. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00656-4.Ducros C., Benevent V., Savchette F. Deposition, characterization and machining performance of multilayer PVD coatings on cemented carbide cutting tools // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 163. Iss. 2. P. 681–688. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00656-4.Mayrhofer P.H., Willmann H., Mitterer C. Recrystallization and grain growth of nanocomposite Ti-B-N coatings. Thin Solid Films. 2003;440(1-2):174-179. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)00858-7.Mayrhofer P.H., Willmann H., Mitterer C. Recrystallization and grain growth of nanocomposite Ti-B-N coatings // Thin Solid Films. 2003. Vol. 440. Iss. 1-2. P. 174–179. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)00858-7.Music D., Schneider I.M. Effect of transition metal additives on electronic structure and elastic properties of TiAl and Ti3Al. Physical Review. 2006;B 74:174110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.174110.Music D., Schneider I.M. Effect of transition metal additives on electronic structure and elastic properties of TiAl and Ti3Al // Physical Review. 2006. Vol. 74. Iss. 17. Р. 174110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.174110.Fuch M., Scheffer M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using densityfunctional theory. Computer Physics Communications. 1998;119:67-11. https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/9807418.Fuch M., Scheffer M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory // Computer Physics Communications. 1998. Vol. 119. P. 67–11. https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/9807418.Sendvik A.B. Method of making ultrafine WC-CO alloys. Patent GB, no. 99/131280; 1999.Patent no. 99/131280, Great Britain. Method of making ultrafine WC-CO alloys / A.B. Sendvik, no. PST/SE98/01573. Filed 04.09.98; publ. 18.03.99.Krivoruchko D.V., Zaloga V.A. Cutting process modeling using the finite element method: methodological foundations: monograph. Sumy: Universitetskaya kniga; 2012, 496 р. (In Russ.).Криворучко Д.В., Залога В.А. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы: монография. Сумы: Университетская книга, 2012. 496 с.Ryabtsev S.A., Polkanov E.G. Stability properties dynamics of ceramic composites based on aluminium oxide with structure increasing. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2014;6:25-28. (In Russ.).Рябцев С.А., Полканов Е.Г. Динамика стабильности свойств керамических композиций на основе электрокорунда с увеличением их структурности // Огнеупоры и техническая керамика. 2014. № 6. С. 25–28.Рябцев С.А., Полканов Е.Г. Динамика стабильности свойств керамических композиций на основе электрокорунда с увеличением их структурности // Огнеупоры и техническая керамика. 2014. № 6. С. 25–28.

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