Использование инструментальных материалов для диагностики технологической системы резания

 Цель – создать методику диагностирования динамического состояния звеньев «станок – приспособление – инструмент – деталь» технологической системы резания применительно к точению типовыми сменными твердосплавными пластинами специализированных нержавеющих сталей. Объектом исследований явились труднообрабатываемые  коррозионностойкие нержавеющие стали марок 09Х17Н7Ю, 12Х18Н10Т и 13Х15Н5 АМ-3. Диагностирование выполнено путем имитационного моделирования покрытий пластин в программной среде Deform. В качестве критерия диагностирования использован период стойкости инструмента до достижения его износа 0,5 мм по задней грани. Оценка влияния покрытий на период стойкости осуществлена по параметрам «температура в зоне резания», «напряжения в инструментальном материале», «деформация инструмента». В результате моделирования было выбрано 10 рациональных покрытий, оказывающих наибольшее влияние на состояние технологической системы резания. Это позволяет осуществлять ее диагностику. Покрытия отличались своей архитектурой (конструкция, состав, структура и метод нанесения покрытий). Предложена методика диагностики состояния технологической системы резания и управления ее состоянием по результатам диагностики. Отклонение выявленного состояния технологической системы резания от желательного состояния оценено по периоду стойкости инструментов с разными покрытиями за равное время их работы. Эффективным считали такое состояние, при котором обеспечивался максимальный период стойкости за счет применения рационального покрытия. Разработана методика, позволяющая оценивать состояние технологической системы резания путем имитационного моделирования по параметрам «температура в зоне резания», «напряжения в инструментальном материале», «деформация инструмента». Методика также позволяет диагностировать состояние данной системы резания по параметру «период стойкости инструмента» и управлять ее состоянием по результатам диагностики за счет применения наиболее рациональных покрытий пластин. С помощью разработанной методики возможно выявить оптимальные параметры режима резания исследуемых труднообрабатываемых специализированных  корроозионностойких сталей. 

1. Bouzakis K.D., Michailidis N., Skordaris G., Bouzakis E., Biermann D., M’Saoubi R. Cutting with coated tools: coating technologies, characterization methods and performance optimization // CIRP Annals. 2012. Vol. 61. Iss. 2. P. 703–723. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2012.05.006

2. Özel T., Altan T. Determination of workpiece flow stress and friction at the chip–tool contact for high-speed cutting // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2000. Vol. 40. Iss. 1. P. 133–152. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(99)00051-6

3. Chandrakanth Shet, Xiaomin Deng. Finite element analysis of the orthogonal metal cutting process // Journal of Materials Processing Technology. 2000. Vol. 105. Iss. 1-2. P. 95–109.

4. Shatla M., Kerk Ch., Altan T. Process modeling in machining. Part I: determination of flow stress data // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2001. Vol. 41. Р. 1511–1534. http://doi.org/10.1016/s0890-6955(01)00016-5

5. Rao G.V.G., Mahajan Р., Bhatnagar N. Micromechanical modeling of machining of FRP composites – cutting force analysis // Composites Science and Technology. 2007. Vol. 67. Iss. 3-4. P. 579–593. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.08.010

6. Morozova A., Mokritskii B., Vereshchagin V. Structure simulation and analysis of metal-cutting tool simulation results // Aviamechanical engineering and transport (AVENT 2018): Proceedings of the International Conference. 2018. Р. 286–291. https://doi.org/10.2991/avent-18.2018.55

7. Beake B.D., Fox-Rabinovich G.S., Losset Yа., Yamamoto K., Aguirre M.H., Veldhuis S.C., et al. Why can TiAlCrSiYN-based adaptive coatings deliver exceptional performance under extreme frictional conditions // Faraday Discussions. 2012. Vol. 156. [Электронный ресурс]. URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/FD/c2f d00131d#!divAbstract (12.03.2020).

8. Zhang Hua, Deng Zhaohui, Fu Yahui, Lv Lishu, Yan Can. A process parameters optimization method of multipass dry milling for high efficiency, low energy and low carbon emissions // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 148. P. 174–184.

9. Mokritskii B.Yа., Pustovalov D.A., Vereschaka A.A., Vereschaka A.S., Verhoturov A.D. Evaluation of efficiency of edge tool on the basis of new technique for analyzing parameters of scribing mark // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 719–720. P. 96–101. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.719720.96

10. Fox-Rabinovich G.S., Weatherley G.C., Dodonov A.I., Kovalev A.I., Shuster L.S., Dosbaeva G.K., et al. Nanocrystalline filtered arc deposited (FAD) TiAlN PVD coatings for high-speed machining applications // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 177–178. P. 800–811. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.05.004

11. Матвеев В.И. Точные измерения – основа качества и безопасности // Контроль. Диагностика. 2019. № 8. С. 4–11. https://doi.org/10.14489/td.2019.08.pp.004-011

12. Mokritskii B.Y., Pustovalov D.A., Vereschaka A.A., Vereschaka A.S., Verhoturov A.D. Evaluation of Efficiency of Edge Tool on the Basis of New Technique for Analyzing Parameters of Scribing Mark // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 719–720. P. 96–101. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.719720.96

13. Vereschaka A.A., Mokritskii B.Yа., Sitnikov N., Oganyan G.V., Aksenenko A.Yu., Mokritskii B.J. Study of Mechanism of Failure and Wear of Multi-Layered Composite Nano-Structured Coating Based on System Ti-TiN(ZrNbTi)N Deposited on Carbide Substrates // Journal of Nano Research. 2017. Vol. 45. P. 110–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.45.110

14. Dobryshkin A., Sysoev O.E., Nyein Sitt Naing. Modeling of the opened shell forced vibrations with a small associated mass, with hinged operation by the Pade’ aproximation method // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 753. Chapter 2. https://doi.org/10.1088/1757-899x/753/3/032024

15. Zaychenko I.V., Bazheryanu V.V., Gordin S.A. Improving the energy efficiency of autoclave equipment by optimizing the technology of manufacturing parts from polymer composite materials // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 753. Chapter 2. https://doi.org/10.1088/1757-899X/753/3/032069

16. Vasilchenko S., Cherny S., Khrulkov V. Improving Dynamic and Energy Characteristics of Electromechanical Systems with Single-Phase Rectifiers // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing. 2020. https://doi.org/10.1109/ICIEAM48468.2020.9111902

17. Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А. Численное моделирование процесса заполнения металлом кристаллизатора с отражателем УНРС // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2019. Т. 62. №. 10. Р. 747–755. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-10-747-755

18. Bashkov O., Li Xuewei, Bao Fengyuan, Kim V.A., Zhou Changhai. Acoustic emission that occurs during the destruction of coatings applied by microarc oxidation on an aluminum alloy // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (Sevastopol, 09–13 September 2019). Sevastopol, 2019. Vol. 19. Part 5. P. 2522–2525. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.08.174

19. Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I. Simulation of molten metal pouring into the continuous casting machine mold // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (Sevastopol, 09–13 September 2019). Sevastopol, 2019. Vol. 19. Part 5. P. 2274–2277. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.596

20. Li X., Bashkov O.V., Bao F., Kim V.A., Zhou C., Shakirova O.G. The research of the features destruction of the of oxide coatings on aluminum alloy by using the method of acoustic emission // 14th International Conference on Films and Coatings: Journal of Physics Conference Series. 2019. Vol. 1281. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1281/1/012050

21. Чирков А.П. Роль метрологического обеспечения в инновационной деятельности // Главный метролог. 2013. № 1. С. 20–24.

22. Ситамов Э.С., Мокрицкий Б.Я. Результаты сравнительного исследования износостойкости твердосплавного инструмента при обработке нержавеющей стали // Металлообработка. 2018. № 4. С. 7–13.

23. Чирков А.П. Количественная оценка влияния метрологии на экономику // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 8. С. 45–51. 24. Матвеев В.И. Точные измерения – основа качества и безопасности // Контроль. Диагностика. 2019. № 8. С. 4–11. https://doi.org/10.14489/td.2019.08.pp.004-011.