О влиянии условий и режимов электрохимического шлифования на шероховатость обработанной поверхности коррозионностойкой стали

Цель – исследование влияния условий и режимов электрохимического шлифования на шероховатость обработанной поверхности стальных образцов при обработке мелкоразмерными эльборовыми головками. Объектом исследований явились цилиндрические образцы диаметром 10 мм из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. Исследования проводились эльборовыми головками марки AW 6Х10Х3Х60 ЛКВ50 125/100 100 % МЭ-3 на ранее спроектированном авторами экспериментальном стенде, реализующем технологию мелкоразмерного электрохимического шлифования. В качестве критерия эффективности процесса выбран параметр, характеризующий качество обработанной поверхности – шероховатость. Исследования проводились в два этапа: на первом оценивалось влияние на критерий эффективности механических режимов обработки (глубина резания, минутная подача, скорость резания), на втором – условий протекания комбинированного процесса (температура электролита, плотность тока травления, концентрация NaCl в водном растворе электролита). Уровни и интервалы варьирования факторов выбраны по результатам предварительных исследований авторов. При составлении планов экспериментов и обработки их результатов применялась методика полного факторного эксперимента. В результате проведенных исследований выявлено, что минимальное значение шероховатости обработанной поверхности образцов из стали 12Х18Н10Т наблюдается при глубине резания 0,04 мм, минутной подаче 230 мм/мин, скорости резания 11 м/с, температуре электролита 50°C, плотности тока травления образцов 0,3 А/мм² и концентрации NaCl в электролите 0,9 %. Таким образом, получены эмпирические модели для оценки шероховатости поверхности изученных образцов в зависимости от режимов резания и условий протекания комбинированного процесса. Модели позволяют в заданных ограничениях оптимизировать технологию обработки поверхности деталей с точки зрения минимизации шероховатости, оценить степень влияния факторов на выбранный критерий эффективности, прогнозировать поведение исследуемой системы при электрохимическом шлифовании мелкоразмерными эльборовыми головками деталей, изготовленных из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. 

1. Расторгуев Г.А. Особенности технологического наследования в машиностроительном производстве // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 9. С. 8–17.

2. Lobanov D.V., Arkhipov P.V., Yanyushkin A.S., Skeeba V.Yu. Research of influence electric conditions combined electrodiamond processing by on specific consumption of wheel // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2016. Vol. 142. P. 12081. https://doi.org/10.1088/1757-899X/142/1/012081. EDN: XDOXPV.

3. Борисов М.А., Мишин В.А. Управление процессом электрохимического шлифования при отсутствии автономной цепи правки инструмента: монография. Чебоксары: Политех, 2019. 134 с. EDN: RNAYCN.

4. Kharchenko A., Chasovitina A., Bratan S. Modeling of regularities of change in profile sizes and wear areas of abrasive wheel grains during grinding // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (Sevastopol, 7–11 September 2020). Sevastopol: Elsevier Ltd, 2021. P. 2088– 2091. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.154. EDN: MNNNGR.

5. Nosenko S.V., Nosenko V.A., Kremenetskii L.L. The condition of machined surface of titanium alloy in dry grinding // International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2017 (Saint-Petersburg, 16–19 May 2017). Saint-Petersburg: Elsevier Ltd, 2017. P. 115–120. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.446. EDN: XOGXAA.

6. Gusev V.V., Roshchupkin S.I., Moiseev D.A., Melnikova E.P. Analysis of grinding process with the use of field theory // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series (Sevastopol, 9–13 September 2019). Sevastopol: Institute of Physics, 2019. Vol. 709. Iss. 2. Р. 022001. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/2/022001.

7. Реченко Д.С. Исследование процесса резания труднообрабатываемых материалов на микроуровне // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 2. С. 18–25. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.2-18-25. EDN: ZQYAVF.

8. Rechenko D.S., Popov A.Y., Titov Y.V., Balova D.G., Gritsenko B.P. Ultra-high-speed sharpening and hardening the coating of carbide metal-cutting tools for finishing aircraft parts made of titanium alloys // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1260. Iss. 6. Р. 062020. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1260/6/062020. EDN: VBUPAA.

9. Kozlov A.M., Kozlov A.A. Shaping the surface topology of cylindrical components by means of an abrasive tool // Russian Engineering Research. 2009. Vol. 29. Iss. 7. P. 743–746. https://doi.org/10.3103/S1068798X09070223. EDN: LLRCMB.

10. Soler Ya.I., Kazimirov D.Yu. Predicting the supporting area of microrelief in machine parts of variable rigidity during plane grinding // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2006. Vol. 35. Iss. 3. P. 260–265. EDN: TXEHQP.

11. Niu L., Jin Z., Zhou Z., Dong Z., Zhu X. Study on electrochemical effect in electrochemical grinding of tungsten alloy // ISAAT 2018 - 21st International Symposium on Advances in Abrasive Technology (Toronto, 14–16 October 2018). Toronto, 2018. EDN: LGSJLJ.

12. Борисов М.А., Мишин В.А. Влияние продолжительности импульсов тока на интенсивность электрохимического шлифования // Актуальные проблемы в машиностроении. 2019. Т. 6. № 1-4. С. 48–52. EDN: NCRQHK.

13. Гусев В.В., Моисеев Д.А. Оценка параметров рабочей поверхности алмазного шлифовального круга // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2017. № 4. С. 11–17. EDN: ZHRVKJ.

14. Носенко В.А., Носенко С.В. Технология шлифования металлов: монография. 4-е изд. Старый Оскол: ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2022. 616 с. EDN: QTITIC.

15. Zaborski S., Łupak M., Poroś D. Wear of cathode in abrasive electrochemical grinding of hardly machined materials // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 149. Iss. 1-3. P. 414–418. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.02.015. EDN: KLRAKB.

16. Mogilnikov V.A., Chmir M.Ya., Timofeev Yu.S., Poluyanov V.S. Diamond - ECM grinding of ceramicmetal tungsten // Proceedings of the Seventeenth CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining (Leuven, 8–12 April 2013). Leuven, 2013. P. 407–409. https://doi.org/10.1016/j.procir.2013.03.104. EDN: RFQDBR.

17. Ганцев Р.Х., Гундеров Д.В., Атрощенко В.В., Таймасова Л.А., Ватуев М.В. Повышение качества абразивного электрохимического шлифования жаропрочных сплавов на никелевой основе // Нефтегазовые технологии и новые материалы. Проблемы и решения: сб. науч. тр. Уфа: ООО «Монография», 2019. Вып. 8. С. 322–326. EDN: WAPKFM.

18. Жетесова Г.С., Булатов Д.Ж. Определение наиболее оптимальных параметров и условий электромеханической обработки // Труды университета. 2014. № 1. С. 24–26. EDN: TJGWMV.

19. Медведева О.И., Янюшкин А.С., Попов В.Ю. Влияние параметров электроалмазного шлифования твердых сплавов на величину растворенного слоя // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2014. № 3. С. 68–75. EDN: SKXODL.

20. Kozlov A.M., Ambrosimov S.K., Kozlov A.A. Modeling abrasive grain interaction with machined surface // 6th International Conference on Industrial Engineering: Conference proceedings (Sochi, 18–22 May 2020). Sochi: Springer, 2021. P. 953–960. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_110. EDN: ICBWUH.

21. Bratan S., Bogutsky B., Roshchupkin S. Development of mathematical model of material removal calculation for combined grinding process // Proceedings of the 4th International Conference on industrial engineering ICIE 2018: Lecture notes in mechanical engineering (Moscow, 15–18 May 2018). М.: Springer International Publishing, 2019. P. 1759–1769. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95630-5_189. EDN: LEINVE.

22. Gutsalenko Y., Bratan S., Roshchupkin S., Dyadichev V., Menyuk S. Investigation of the structure and properties of copper-tin bonding M2-01 in diamond grinding wheel introducing additional energy in the form of electric discharges into the processing zone // Materials Today: Proceedings (Sevastopol, 10–14 September 2018). Sevastopol: Elsevier Ltd, 2019. Vol. 11. P. 586–590. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.01.033. EDN: AYRJLP.

23. Янюшкин А.С., Архипов П.В., Ереско С.П. Качество поверхности твердого сплава при комбинированном электроалмазном шлифовании с непрерывной правкой круга // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012. № 5. С. 26–31. EDN: OYOXKT.

24. Lobanov D., Borisov M., Yanyushkin A., Skeeba V. Ways to implement hybrid finishing technology with a hand-held rotary tool // Materials Science and Engineering: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: IOP Conference Series. 2020. Vol. 709. Iss. 4. Р. 044075. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/4/044075. EDN: FPZGAE.

25. Надеждина О.А., Борисов М.А. Влияние параметров процесса шлифования нержавеющей стали на шероховатость // Актуальные проблемы в машиностроении. 2025. Т. 12. № 3-4. С. 7–13. EDN: HSAPCG.

26. Зворыгин А.С., Борисов М.А., Рафанова О.С. Стенд для исследования процесса электрохимического шлифования // Современные технологии: проблемы и перспективы: сб. ст. Всерос. науч.-практ. конф. для аспирантов, студентов и молодых ученых (г. Севастополь, 19–22 мая 2020 г.). Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2020. С. 64–69. EDN: CVBYXG.

27. Борисов М.А., Мишин В.А., Дементьев Д.А. Устройство для электроабразивной обработки // Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2016. № 4. С. 101–102. EDN: XASWNN.

28. Борисов М.А., Лобанов Д.В., Зворыгин А.С., Скиба В.Ю. Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2024. Т. 26. № 1. С. 55–65. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.1-55-65.

29. Борисов М.А., Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Надеждина О.А. Разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2025. Т. 27. № 1. С. 93–105. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2025-27.1-93-105.