Повышение периода стойкости сборных свёрл за счёт разработки металл-композитных корпусов с криволинейными каналами охлаждения и SLM технологии их изготовления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Польшин Андрей Александрович

• Польшин Андрей Александрович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Польшин Андрей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОРПУСОВ СВЕРЛ

1.1 Современные подходы к проектированию тел инструмента

1.2 Топологическая оптимизация как средство снижения массы и повышения технологичности

1.4 Металлополимеры в машиностроении: свойства, температурные ограничения, армирующие функции

1.5 Технологические ограничения традиционных маршрутов производства сверл

1.6 Обоснование направления исследования

Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛ-КОМПОЗИТНОГО КОРПУСА СВЕРЛА

2.1 Постановка задачи проектирования композитного корпуса сверла

2.2 Материалы и методы проектирования композитной конструкции корпуса сверла

2.3 Проведение топологической оптимизации корпуса сверла

2.3.1 Анализ технологических поверхностей корпуса сверла

2.3.2 Методика проведения топологической оптимизации корпуса сверла

2.4 Особенности применения металлополимерного наполнителя и необходимость его дегазации

2.5 Разработка метода заполнения полостей металлополимером

2.5.1 Описание вибро-вакуумной установки для экспериментального исследования технологических параметров дегазации МПКМ

2.5.2 Подготовка образцов и критерии оценки качества МПКМ

2.5.3 Результаты исследования влияния дегазации на структуру МПКМ

2.6 Сравнение технологических маршрутов изготовления корпуса сверла по базовой и металл-композитной технологии

2.6.1 Базовый субтрактивный технологический маршрут изготовления корпуса сверла (сводно)

2.6.2 Разработанный металл-композитный маршрут (сводно)

2.6.3 Сравнительный анализ маршрутов

2.7 Экономический эффект от применения композитного способа изготовления КС

2.8 Обоснование выбора МКТ и связь с актуальностью

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОНАГРУЖЕННОСТИ ПРИ ФИНИШНОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ КХ

3.1 Формирование модели КХ: оболочка - металлополимер

3.2 Методика проведения температурного полного факторного эксперимента

88

3.3 Конструкция устройства с термопарами MAX6675

3.4 Подготовка заготовок и план обработки

3.5 Результаты температурных измерений

3.6 Верификация по тепловизору FLUKE Ti400

3.7 Аппроксимация данных и построение математической модели зависимости температуры от режимов обработки

3.7.1 Модель температуры резания для толщины металлической части КХ 5 мм

3.7.2 Графики зависимости температуры от подачи и скорости при разных глубинах резания для модели 5Т3

3.8.1 Модель температуры резания для толщины металлической части КХ 3,5 мм (модель 3.5ТР)

3.8.2 Графики зависимости температуры от подачи и скорости при разных глубинах резания для модели 3.5ТР

3.9.1 Модель температуры резания для толщины металлической части КХ 2 мм (модель 2Т3)

3.9.2 Графики зависимости температуры от подачи и скорости при разных глубинах резания для модели 2Т3

3.8 Взаимодействие факторов в моделях отклика 2Т3 и 3,5ТР

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ КХ

4.1 Формализация задачи оптимизации токарной обработки композитной детали

4.2 Математическое обоснование модели температуры резания и стойкости режущей пластины

4.3 Ограничения по предельной шероховатости и температурной деструкции МПК

4.4 Конкретизация системы оптимизации процесса точения КХ

4.5 Анализ методов оптимизации

4.6 Расчёт оптимальных режимов резания для токарной обработки КХ при толщине металлической стенки 5 мм (модель 5Т3)

4.7 Расчёт оптимальных режимов резания для токарной обработки КХ при толщине металлической стенки 3.5 мм (модель 3.5ТР)

4.6 Расчёт оптимальных режимов резания для токарной обработки КХ при толщине металлической стенки 2 мм (модель 2Т3)

4.7 Анализ результатов оптимизации по моделям 3.5ТР и 2Т3

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТНЫХ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕРЛА. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

5.1 Методика проведения промышленных испытаний

5.2 Ход проведения промышленных испытаний композитного сверла

5.3 Оценка влияния геометрии каналов охлаждения на период стойкости твёрдосплавной головки

5.4 Оценка минутной стойкости сверл из быстрорежущей стали, базового КС и КС по МКТ

Выводы по главе

174

6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНОГО СВЕРЛА И ОБЛАСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МКТ

6.1 Учёт периода стойкости режущей головки (эксплуатационная экономика)

6.2 Область эффективного применения МКТ

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Акт испытаний в ООО «НАТЭК-Нефтехиммаш» (г. Таганрог)

Приложение Б. Акт внедрения на ООО «НАТЭК-Нефтехиммаш» (г. Таганрог)

Приложение В. Документы на объекты интеллектуальной собственности, полученные автором в результате диссертационного исследования

Приложение Г. Листинг программ

Приложение Д. Чертежи механически обрабатываемых деталей для устройства мониторинга температуры

Приложение Е. Базовый технологический маршрут изготовления корпуса сверла субтрактивным методом

Приложение Ж. Металл-композитный технологический маршрут изготовления корпуса сверла

Приложение З. Изображение макроскопического исследования влияния давления при отверждени МПКМ на его пористость (таблица 2.5)

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

2Т3 Регрессионная модель ПФЭ для эксперимента с глубиной закладки датчиков 2 мм

3.5ТР Регрессионная модель ПФЭ для эксперимента с глубиной закладки датчиков 3.5 мм

5Т3 Регрессионная модель ПФЭ для эксперимента с глубиной закладки датчиков 5 мм

АП Аддитивное производство

АТ Аддитивные технологии

ВВУ Вибро-вакуумное устройство

КО Канал охлаждения

КС Корпус сверла - основная несущая часть сборного сверла, к которой крепится режущая головка. Корпус включает винтовую часть с канавками для отвода стружки и хвостовик для установки инструмента в патрон станка.

КХ Композитный хвостовик - хвостовая часть корпуса сверла, выполненная по композитной схеме, совмещающей металлическую оболочку и металлополимерный наполнитель.

МКИ Металл-композитное изделие

МКТ Металл-композитная технология

МО Механическая обработка

МПКМ Металлополимерный композиционный материал

МПКП Оптимизационный метод последовательного квадратичного программирования

ПФЭ Полный факторный эксперимент

РГ Режущая головка - сменная рабочая часть сборного сверла, несущая основные режущие элементы (кромки).

СОТС Смазочно-охлаждающие технологические средства

ТО Топологическая оптимизация

ЧПУ Числовое программное управление

ЭКО Эквидистантные каналы охлаждения - каналы охлаждения, проложенные в корпусе инструмента так, что остаточная толщина стенки (лигамент) между каналом и внешней поверхностью корпуса постоянна по всей длине, что позволяет заменять стандартное круглое сечение на профилированное, тем самым увеличивая площадь поперечного сечения канала, в результате возрастает расход СОТС и улучшается теплоотвод от зоны резания и режущей головки.

DED Directed Energy Deposition — направленное осаждение с использованием энергии

FEM (МКЭ) Finite Element Method — метод конечных элементов

SLM Selective Laser Melting или селективное лазерное плавление

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение периода стойкости сборных свёрл за счёт разработки металл-композитных корпусов с криволинейными каналами охлаждения и SLM технологии их изготовления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. В изготовлении трубных решёток теплообменных аппаратов для нефтегазохимической отрасли доминируют операции сверления аустенитных нержавеющих сталей типа 08Х18Н10Т с высокой долей трудоёмкости и строгими требованиями к геометрии и чистоте отверстий. Технологическая нагрузка концентрируется в массиве отверстий малого диаметра при относительно небольшой глубине, но с сотнями и тысячами повторений на каждой детали. Любое улучшение стабильности процесса и периода стойкости инструмента даёт мгновенный производственный и экономический эффект на уровне партии, а сбой в поставках специализированного инструмента или вынужденная перенастройка режима немедленно отражаются на сроках сдачи готовой продукции, протокольных испытаниях и финансовых рисках.

Развитие отечественного машиностроения сегодня определяется стратегическими задачами технологического суверенитета и импортозамещения, закреплёнными в ряде государственных и отраслевых документов (Указ Президента РФ от 18 июня 2024 г. №2 529, стратегия научно-технологического развития РФ и др.). Одним из критических направлений, обозначенных в этих документах, является создание высокотехнологичных металлорежущих инструментов, обеспечивающих конкурентоспособность обрабатывающих производств. На сегодняшний день уровень выполнения данных требований существующими средствами в России крайне низкий: производство корпусных свёрл с внутренними каналами охлаждения, широко применяемых в мировой практике, в стране отсутствует.

Научная и патентная литература последних лет (работы зарубежных авторов по аддитивным технологиям изготовления инструментов с криволинейными каналами охлаждения, исследования российских учёных в области металлополимерных композитов и SLM-технологий подтверждают высокую эффективность таких конструкций. Однако практическая реализация

в отечественной промышленности отсутствует, что создаёт явное противоречие между требованиями производства и возможностями существующих технологий.

Основная научная проблема заключается в том, что традиционные субтрактивные методы изготовления корпусов свёрл не позволяют формировать криволинейные каналы сложной геометрии, обеспечивающие равномерный теплоотвод и повышение стойкости режущих головок. Одновременно использование аддитивного производства без дополнительных технологических решений остаётся экономически невыгодным, так как себестоимость печати сплошного металлического корпуса выше, чем при классическом фрезеровании и сверлении.

Потребности науки и практики совпадают в необходимости решения этой проблемы. Для науки актуальной задачей является разработка научных основ проектирования металл-композитных конструкций и выявление закономерностей влияния геометрии каналов охлаждения на тепловое состояние и интенсивность изнашивания сверла. Для практики решение проблемы позволит:

- удовлетворить потребности предприятий в импортонезависимом инструменте;

- обеспечить повышение периода стойкости режущих головок за счёт более эффективного охлаждения;

- снизить затраты на изготовление за счёт уменьшения объёма 3D-печати в корпусе благодаря применению металлополимерного наполнителя;

- реализовать мелкосерийное производство корпусных свёрл без необходимости значительных капитальных инвестиций.

Причины, по которым проблема особенно актуальна в настоящее время, связаны с уходом зарубежных поставщиков инструмента, потребностью российских предприятий в надёжном импортозамещающем инструменте и необходимостью ускоренного внедрения инновационных решений при минимальных затратах. Для этого требуется разработка технологии, которая

позволит объединить преимущества аддитивного производства (свобода формирования криволинейных каналов) и композитных материалов (снижение объёма печати, повышение виброустойчивости).

Зарубежная практика показывает перспективность подобных решений, однако в России отсутствуют аналогичные технологии и готовые продукты. Следовательно, диссертационное исследование направлено на устранение несоответствия между передовыми достижениями и текущим состоянием отечественного машиностроения.

С точки зрения приоритетных направлений исследований, работа соответствует задачам:

1. Разработки ресурсосберегающих технологических процессов за счёт снижения объёма печати и повышения стойкости инструмента;

2. Создания методологии формирования технологических процессов изготовления изделий, базирующихся на методах разной физической природы (аддитивное формирование + композитное армирование);

3. Разработки научных основ построения операций конструкторско-технологической подготовки ЖЦИ в условиях импортозамещения.

Таким образом, актуальность исследования заключается в необходимости разработки отечественной инновационной технологии изготовления металл-композитных корпусов сборных свёрл с криволинейными каналами охлаждения, которая одновременно обеспечивает повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости его производства, что является критически важным условием технологического суверенитета Российской Федерации.

Степень разработанности темы исследования. Проблемам, связанным с изготовлением корпусного режущего инструмента, в том числе аддитивными методами производства, посвящены труды С.В. Дьяченко, Е.В. Артамонова, В.А. Гречишникова, С.В. Кирсанова, Е.Н. Пиженкова, С.С. Кугаевского, Н.Н. Попок, В.П. Астахова.

Среди зарубежных исследователей решению вопроса изготовления режущего инструмента с применением аддитивного производства следует отметить исследования J. Sander, J. Hufenbach, L. Giebeler, H. Wendrock, U. Kühn, J. Eckert, A. Gamberg, Srivathsa, Anuj, B. Murlidharan.

Однако в настоящее время остаются востребованными исследования в области разработки рациональных, экономически эффективных технологий получения сборного металлорежущего инструмента с применением аддитивных технологий, которые позволят обеспечить заданные свойства рабочих поверхностей инструмента при низкой себестоимости аддитивного производства.

Цель работы - увеличение периода стойкости режущей головки (РГ) путём увеличения расхода СОТС в зоне резания, достигаемого расширением площади поперечного сечения каналов охлаждения (КО).

Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:

- Провести анализ ограничений традиционных технологических маршрутов изготовления корпусных свёрл и оценить возможность их совершенствования с применением аддитивных и композитных технологий, обеспечивающих снижение материалоёмкости и повышение эффективности охлаждения режущей части инструмента;

- Разработать технологический маршрут изготовления металл-композитного корпуса сборного сверла с эквидистантными криволинейными каналами охлаждения;

- Разработать технологическое обеспечение операции заполнения металлополимером внутренних полостей SLM-оболочки корпуса сверла; определить влияние технологических факторов на пористость металлополимерного наполнителя;

- Разработать методику экспериментального исследования термонагруженности при финишной токарной обработке композитного хвостовика сверла;

- Разработать математическую модель температурного режима на границе фаз «металл-МПКМ» в зависимости от толщины металлической оболочки и параметров резания; определить закономерности влияния скорости, подачи и глубины резания на тепловое состояние композитного хвостовика и установить диапазоны технологических режимов, обеспечивающие исключение температурной деструкции металлополимерного наполнителя;

- Разработать методику оптимизации технологических режимов финишной токарной обработки композитного хвостовика;

- Провести промышленные испытания опытных металл-композитных сверл, определить период стойкости режущей головки при сверлении стали 08Х18Н10Т и сравнить его с периодом стойкости базового серийного инструмента;

- Выполнить технико-экономическое сравнение металл-композитного и традиционного маршрутов изготовления корпусов свёрл, определить область эффективного применения разработанной технологии.

Объектом исследования является сборное сверло с металл-композитным корпусом.

Предметом исследования является период стойкости РГ, установленной в корпусе сборного сверла с эквидистантными криволинейными каналами охлаждения.

Положения, выносимые на защиту:

- Конструкция металл-композитного корпуса сборного сверла, топологически оптимизированная с целью расширения площади поперечного сечения эквидистантных криволинейных каналов охлаждения, обеспечивающая увеличение расхода СОТС и повышение периода стойкости режущей головки не менее чем на 14 % по сравнению с серийным инструментом;

- Технологический процесс получения металл-композитного корпуса сверла, включающий операции SLM-синтеза металлической оболочки, вибро-

вакуумного заполнения внутренних полостей металлополимером и финишной токарной обработки, а также устройство для дегазации и заполнения металлополимером синтезированной тонкостенной оболочки корпуса сверла обеспечивающий формирование МПКМ части с газовой пористостью не выше 1-2 баллам при режимах: давление - 400 Па, частота - 40-60 Гц, амплитуда -0,2-0,6 мм, время - 3-7 мин.;

- Степенная модель температурного режима на границе фаз «металл -МПКМ», устанавливающая зависимость температуры от толщины металлической оболочки и параметров резания, верифицированная экспериментально с использованием измерительного стенда с трёхканальной регистрацией температур;

- Методика оптимизации технологических режимов финишной токарной обработки металл-композитных корпусов, основанная на совместном программном решении степенной модели температурного режима и аналитической модели риска износа режущей пластины (Фика-Тейлора), обеспечивающая исключение температурной деструкции металлополимера и достижение регламентного периода стойкости режущего инструмента;

- Экспериментальные результаты промышленных испытаний опытных металл-композитных сверл, подтвердившие повышение стойкости режущей головки на 14,2 % при сверлении стали 08Х18Н10Т и эффективность применения разработанной конструкции и технологии изготовления корпусов сверл.

Научная новизна проведённых исследований:

- Разработана и топологически оптимизирована конструкция металл-композитного корпуса сборного сверла с криволинейным профилем и увеличенной площадью поперечного сечения каналов охлаждения, позволившая повысить период стойкости сверла не менее, чем на 14%, а также технология получения металл-композитного корпуса, включающая операции: SLM-синтеза металлической оболочки, вибро-вакуумного заполнения металлополимером внутренних полостей синтезированной оболочки, точения

наружной металлической поверхности корпуса. (п. 4 паспорта научной специальности 2.5.5);

- Разработан процесс вибро-вакуумной обработки и устройство для дегазации и заполнения металлополимером синтезированной тонкостенной оболочки корпуса сверла, установлены рациональные технологические режимы: давление 400 Па, частота вибраций 40-60 Гц, амплитуда вибраций 0,2-0,6 мм, время цикла 3-7 мин, что позволило минимизировать газовую пористость 1-2 балла (п. 3 паспорта научной специальности 2.5.5);

- Установлена взаимосвязь между температурой на границе фаз «металл -металл-полимерный композиционный материал (МПКМ)», толщиной металлической оболочки и режимами точения корпуса сборного сверла, предложена степенная модель температурного режима, верифицированная посредством разработанного измерительного стенда с трёхканальной регистрацией температур с шагом квантования 0,25°С и суммарной погрешностью измерения ±3 °С в рабочем диапазоне 20-200°С; выявлены оптимальные режимы токарной обработки металл-композитного корпуса путем программного решения системы уравнений: безразмерной функции риска износа режущей пластины, описанной аналитической моделью Фика-Тейлора, и степенной модели температурного режима на границе фаз «металл-МПКМ», что позволило исключить температурную деструкцию МПКМ и обеспечить заданный период стойкости режущей пластины. (п. 6 паспорта научной специальности 2.5.5).

Теоретическая значимость работы.

Получена степенная математическая модель температурного режима на границе фаз «металл-МПКМ», описывающая влияние толщины металлической оболочки и параметров резания на температуру композитного хвостовика. Сформированы теоретические основы оптимизации технологических режимов финишной токарной обработки металл-композитных корпусов свёрл на основе совместного программного решения моделей температурного режима и риска износа режущего инструмента.

Практическая значимость работы:

- Конструкция корпуса сборного сверла с эквидистантными криволинейными каналами охлаждения увеличенного поперечного сечения;

- Технологические рекомендации по режимам точения металл-композитного корпуса сборного сверла, обеспечивающие исключение температурной деструкции МПКМ и регламентный период стойкости режущей пластины;

- Устройство для дегазации и заполнения металлополимером синтезированной тонкостенной оболочки корпуса сверла и технологические рекомендации по режимам вибро-вакуумной обработки при дегазации и заполнении МПКМ синтезированной тонкостенной оболочки корпуса сверла, обеспечивающие газовую пористость МПКМ соответствующую 1 -2 баллам;

- Результаты апробации сборного металл-композитного сверла с увеличенными эквидистантными криволинейными КО на промышленном предприятии.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Содержание диссертационной работы полностью соответствует паспорту научной специальности 2.5.5 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки», а именно следующим направлениям:

Пункт 3. Исследование механических и физико-технических процессов в целях определения параметров оборудования, агрегатов, механизмов и других комплектующих, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и повышение производительности, качества, экологичности и экономичности обработки.

Пункт 4. Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров рабочего инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки.

Пункт 6. Исследование влияния режимов обработки на силы резания, температуру, стойкость инструмента и динамическую жесткость оборудования.

Методы исследований. В процессе выполнения диссертационного исследования использовался комплекс методов, охватывающих как теоретические расчёты и математическое моделирование, так и экспериментальные измерения, физическое моделирование и цифровое проектирование.

Теоретической основой исследования послужили положения и методы технологии машиностроения, в частности принципы рационального построения конструкций корпусного инструмента, обеспечение технологичности, анализ тепловых процессов при резании и использование современных композиционных материалов в металлообработке. При разработке конструкции корпуса сверла применялись методы топологической оптимизации, реализованные в специализированном программном обеспечении Altair Inspire и APM FEM Kompas3D. Эти методы позволили выявить неработающие объёмы материала, обеспечить необходимый уровень прочности конструкции при минимальной массе и заложить геометрию криволинейных охлаждающих каналов. Результаты оптимизации учитывались при проектировании оболочки, получаемой методом селективного лазерного плавления.

Для оценки прочности конструкции использовался метод конечных элементов (МКЭ). Моделирование напряжённо-деформированного состояния корпуса сверла проводилось с учётом распределения внешних нагрузок, полученных из расчёта сил резания при сверлении, и характеристик применяемого материала - жаропрочной стали, используемой в SLM-печати. Также учитывались условия закрепления, геометрия и распределение температурных и механических воздействий.

Особое внимание в работе уделено математическому моделированию температурного режима при точении композитного хвостовика сверла. Для

этого был проведён полный факторный эксперимент (ПФЭ), охватывающий варьирование подачи, скорости и глубины резания. На основании экспериментальных данных, полученных с помощью встроенных термопар (модулей MAX6675) и тепловизора FLUKE Ti400, были построены регрессионные математические модели, описывающие температурные поля в зоне резания. Это позволило установить безопасные режимы обработки, при которых температура в зоне металл-металлополимерного соединения не превышает предельно допустимого значения для полимерной матрицы (170 °C).

В качестве экспериментальных методов использовались методы регистрации и анализа температурных полей, измерения шероховатости поверхности, визуального контроля и балльной оценки газовой пористости металлополимерного наполнителя. Последняя осуществлялась по установленной шкале дефектности после вибро-вакуумного заполнения корпуса сверла МПКМ. Для настройки параметров вибрационного воздействия использовалось лабораторное оборудование собственной конструкции, а также модели асимметричных колебаний, реализованные через контроллеры STM32.

В рамках исследования активно использовались методы научного программирования и численного анализа, реализованные на базе таких сред, как Python, Scilab, Mathcad и Excel VBA. С помощью пользовательских скриптов и макросов были автоматизированы обработка экспериментальных данных, расчёт регрессионных коэффициентов, построение графиков зависимости температуры от параметров обработки, а также визуализация контурных карт температурных полей.

Таким образом, в диссертационном исследовании были применены современные методы цифрового проектирования, математического и физического моделирования, экспериментальные методы термометрии и измерения качества поверхности, а также методы параметрической оптимизации режимов обработки. Это обеспечило достоверность полученных

результатов и позволило обосновать предложенные технологические решения.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждаются применением современных и общепринятых методов теоретического анализа, математического моделирования,

экспериментальных исследований, а также репрезентативностью и воспроизводимостью полученных данных.

Все расчётные и проектные этапы выполнены на основе фундаментальных положений теории резания, прочностного анализа методом конечных элементов, а также методов технологического проектирования с использованием топологической оптимизации. Точность температурного моделирования обеспечена верификацией экспериментальных данных, полученных с помощью термопар и тепловизора, а аппроксимация экспериментальных зависимостей выполнена с использованием статистически обоснованных моделей второго порядка. Проверка адекватности регрессионных моделей проводилась через оценку коэффициента детерминации и проверку значимости факторов по

критериям Стьюдента и Фишера.

Повторяемость результатов подтверждена серией контрольных экспериментов, в том числе при разных толщинах металлической оболочки. Конструктивные и технологические решения, полученные в работе, прошли опытно-промышленную проверку в условиях предприятия ООО «НАТЭК-Нефтехиммаш» (г. Таганрог), что зафиксировано актом внедрения. Кроме того, разработанные технические решения защищены охранными документами — получен патент на изобретение и одно свидетельство на программу ЭВМ.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии и инновации» (XXV научные чтения). (г. Белгород, 2023);

международной научно-практической конференции «Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование в машиностроительной, дорожной и строительной отраслях - 2023». (г. Белгород, 2021-2023); XV международном молодежном форуме «Образование. Наука. Производство». (г. Белгород, 2023); VII Всероссийской научно-практической конференции «Автомобилестроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства». (г. Ижевск, 2023); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие подъемно-транспортной техники». (г. Брянск, 2023); Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, посвященной 170-летию со дня рождения В.Г. Шухова. (г. Белгород, 2023); Семьдесят шестой Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов с международным участием. (г. Ярославль, 2023); XXVI Международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТР0ИМЕХ-2022». (г. Ярославль, 2022); конкурсе студенческий Стартап (очередь V), фонда содействия инновациям. (Договор №°2936ГССС15-L/99696 от 25.09.2024) по теме: «Высокоэффективный композитный инструмент».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 научных работ, в том числе, 1 патент на изобретение, 1 свидетельство на программу для ЭВМ, 6 в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, 6 статей в изданиях, входящих в перечень Scopus и Web of Science, в том числе 2 статьи в журналах 1 квартиля, 14 материалов и тезисов в сборниках трудов научных конференций и семинаров.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами, общих выводов, списка литературы из 108 наименований и восьми приложений. Диссертация содержит 65 иллюстраций, 36 таблиц и 31 страницы приложений, общий объем работы составляет 234 страницы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

КОРПУСОВ СВЕРЛ

1.1 Современные подходы к проектированию тел инструмента

Переход к высокопроизводительной резке, работе с труднообрабатываемыми сплавами и жёстким регламентам себестоимости требует пересмотра классических концепций корпуса режущего инструмента. Ещё в базовом учебнике под ред. В. А. Гречишникова отмечалось, что цельнометаллический корпус сверла должен гарантировать передачу крутящего момента, точность базовых поверхностей и отвод тепла, оставаясь при этом технологичным в изготовлении [36, 44, 49]. В условиях роста глубины отверстий и увеличения подачи именно система охлаждения определяется как ключевой ограничивающий фактор периода стойкости, что приводит к необходимости модернизации внутренних каналов и самого силового каркаса корпуса сверла.

Распространённым решением стала блочно-модульная конструкция: стальной корпус сверла, плюс сменная режущая головка со сменными пластинами. Такая конфигурация упрощает перезаточку и снижает затраты на твёрдый сплав, однако оставляет корпус сверла тяжёлым и подверженным вибрациям. Конструктивные ориентиры и расчётные схемы приведены в «Справочнике конструктора-инструментальщика» [49].

Радикальное снижение массы достигается уменьшением сплошного металла корпуса сверла и интеграцией криволинейных каналов охлаждения. Пионерные работы по наплавке корпусных деталей на основе SLM привели авторы ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», в частности, изготовление посадочных головок сверла методом селективного лазерного плавления описано в [42, 87].

Исследования показали сохранение геометрической точности при массе, уменьшенной на 25 %.

Разработка корпуса свёрла всё чаще опирается на парадигму Design for Additive Manufacturing (DfAM): свобода формы порошковой-лазерной плавки позволяет размещать криволинейные каналы охлаждения, внутренние решётки и зоны утончения, которые недостижимы классической обработкой. Обзор Kelliger, Meurer, Bergs [81] фиксирует, что более 60 % научных публикаций 2020-2023 гг. посвящены именно интеграции охлаждающих каналов и облегчению корпуса с учётом технологических ограничений печати и последующей шлифовки.

Machac и соавторы [107] напечатали на установке Renishaw AM 400 корпуса свёрл из мартенситного сплава M300; после шлифовки и термообработки инструмент выдержал полномасштабные испытания и продемонстрировал рост срока службы на 67 % за счёт управляемой геометрии СОТС-каналов.

Практика показывает, что чисто аддитивное изготовление редко обеспечивает требуемую шероховатость и базовые допуски. Kelliger et al. [81] описывают промышленную цепочку «SLM-наплавка корпуса сверла -термообработка - 5-осевое шлифование хвостовика и посадочных граней», при которой суммарное технологическое время изготовления сокращается на 30 % по сравнению с цельно-фрезерованными заготовками.

На рисунке 1.1. показана упрощённая схема механической обработки корпуса сверла инструмента по технологии KOMET Group.

Инженеры KOMET Group совместно с подразделением Additive Manufacturing компании Renishaw искали способ повысить производительность индексного (insert-type) сверла 0 20 мм без серьёзного роста затрат. Ключевое ограничение классических КС — прямолинейные каналы СОТС, расположенные далеко от режущей кромки, что снижает эффективность охлаждения и вызывает ранний износ пластин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Польшин Андрей Александрович, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 3D-Vision. Особенности технологии SLM-печати [Электронный ресурс] // 3D-Vision.ru. — 2024. — URL: https://3dvision.su/blog/osobennosti-tekhnologii-slm-pechati/ (дата обращения: 08.06.2025)

2. Анциферов С. И., Карачевцева А. Ю., Сиваченко Л. В. Проектирование изделий в системе NX CAD/CAM/CAE под управлением Teamcenter PLM // Техническая эстетика и исследования в дизайне. - 2019. -№ 2. - С. 45-52. - DOI: 10.34031/2687-0878-2019-1-2-45-52.

3. Анциферов С. И., Лютенко О. Н., Сычёв Е. А., Сиваченко Л. В. Сценарии применения цифровых двойников в промышленном дизайне // Техническая эстетика и исследования в дизайне. - 2019. - № 4. - С. 38-44. -DOI: 10.34031/2687-0878-2019-1-4-38-44.

4. Баурова, Н. И. Диагностирование и ремонт машин с применением полимерных материалов : монография / Н. И. Баурова ; Н. И. Баурова. -Москва : Техполиграфцентр, 2008. - 280 с. - ISBN 978-5-94385-038-7.

5. Баурова, Н. И. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Наземные транспортно-технологические средства", "Транспортные средства специального назначения" / Н. И. Баурова, В. А. Зорин. - Москва : Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2016. - 264 с.

6. Бобров, В.Ф. Современные подходы к моделированию процессов износа инструмента при резании / В. Ф. Бобров, А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков // Вестник машиностроения . — 2018. — № 11. — С. 67-72.

7. Воронков А. И., Мельников А. А. Металлополимерные композиции в конструкционных приложениях: свойства и методы формирования // Технологии конструкционных материалов. - 2021. - № 2. -С. 48-53.

8. Гасников А.В. Современные численные методы оптимизации. Метод универсального градиентного спуска: учебное пособие / А.В. Гасников. — 2-е изд., испр. — М.: Московский центр непрерывного математического образования (МЦНМО), 2021. — 272 с.

9. ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 50 с.

10. ГОСТ 19200-80. Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 12 с.

11. ГОСТ 19265-73. Станочные испытания металлорежущего инструмента. Основные положения. — Введ. 1974-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1973. — 8 с.

12. ГОСТ 20902-75. Режущие инструменты. Показатели стойкости. — Введ. 01.01.1977. — М.: Изд-во стандартов, 1975. — 10 с.

13. ГОСТ 17166-71. Инструмент вспомогательный к металлорежущим станкам. Основные параметры [Текст] / Госстандарт СССР. — Минск: Полиграфгиз БССР, 1971. — 24 с.

14. Гигер М. Механическая обработка: Технология и станки / Пер. с нем. — М.: Машиностроение, 1982. — 520 с.

15. Григорьев, С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента : учебник для студентов втузов / С.Н. Григорьев. — М. : Машиностроение, 2009. — 368 с. : ил. — ISBN 978-5-94275-429-7.

16. Евгенов А.Г., Рогалев А.М., Неруш С.В., Мазалов И.С. Свойства сплава ЭП648, изготовленного методом селективного лазерного плавления [Текст] // Труды ВИАМ. — 2015, № 2, ст. 2.

17. ЗАО «Металлополимерные материалы ЛЕО». Технические условия ТУ 2257-002-48460567-00. Металлополимер «Ферро-хром» [Текст] / ЗАО «Металлополимерные материалы ЛЕО». — М., 2000. — 9 с. — Доступно на: https://www.leo-polymer.ru (дата обращения: 08.06.2025).

18. Зорин, В. А. Ремонт теплонагруженных элементов машин и оборудования с использованием наполненных полимерных материалов / В. А.

Зорин, Н. И. Баурова // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2013. - №2 4. - С. 16-18.

19. Зорин, В. А. Повышение стойкости полимерных материалов, применяемых при ремонте машин, к воздействию циклических нагрузок / В. А. Зорин, Н. И. Баурова // Механизация строительства. - 2013. - №2 4(826). - С. 25-27.

20. Калинин, А. В. Охлаждение при металлообработке. Методы повышения стойкости инструмента / А. В. Калинин, И. А. Бахарев. — СПб. : Политехника, 2015. — 128 с.

21. Калпакджян, С. Производственные технологии: процессы и системы / С. Калпакджян, С. Р. Шмид; пер. с англ. — Москва: Логос, 2021. — 912 с.

22. Карпов Е. С., Гурьев С. А. Аддитивные технологии и цифровое проектирование: взаимодействие и перспективы // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2023. - Т. 73, № 1. - С. 95-102.

23. Ковнев В.Н. Расчёт припусков на механическую обработку [Текст] / В.Н. Ковнев. — Томск: Томский политехнический университет, 2016. — 24 с.

24. Козырев, В. И. Теория резания металлов и режущий инструмент: учебник / В. И. Козырев, Ю. Я. Мещеряков. — М.: Машиностроение, 2002. — 456 с.

25. Константинов В.Н. Резание металлов и режущий инструмент. — М.: Высшая школа, 1990. — 456 с.

26. Куликов, Г. П. Тепловые явления при резании металлов: монография / Г. П. Куликов. — Москва: Машиностроение, 1980. — 240 с.

27. Лебедев С. М., Рогов А. Ю. Разработка композиционных материалов для 3Э-печати методом экструзии // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». - 2020. - № 3. - С. 65-73.

28. Леонтьев Л. Б., Леонтьев А. Л., Шапкин Н. П., Макаров В. Н. Влияние состава покрытия и свойств на износостойкость системы «вал -

покрытие - втулка» // Russian Engineering Research. 2023. Т. 43. № 6. С. 684687. DOI 10.3103/S1068798X2306014X.

29. Логинов, В.Н. Прогнозирование стойкости твёрдосплавного инструмента при высокоскоростной обработке на основе термомеханической модели износа / В. Н. Логинов, А. А. Александров, О. А. Тумаркин // Вестник СТАНКИНА. — 2021. — Т. 51, № 1. — С. 45-51.

30. Любимый, Н. С. Изготовление пресс-форм с использованием комбинированных аддитивно-субтрактивных технологий для литья малых серий изделий / Н. С. Любимый // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 01-20 мая 2017 года. - Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2017. - С. 2955-2962.

31. Любимый, Н. С. Исследование процессов получения комбинированных металл-металлополимерных формообразующих деталей пресс-форм заданного качества с применением аддитивных технологий / Н. С. Любимый, М. С. Чепчуров, З. М. Костоев. - Белгород : Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2020. - 141 с. - ISBN 978-5-361-00807-0.

32. Любимый, Н. С. Оценка экономической эффективности технологии изготовления композитных металл-металлополимерных деталей в сравнении с аддитивной и субтрактивной технологиями / Н. С. Любимый, А. А. Польшин, А. А. Тихонов [и др.] // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2022. - № 5. - С. 91-105. -DOI 10.34031/2071-7318-2022-7-5-91-105.

33. Любимый, Н. С. Испытание конформной системы охлаждения композитной пресс-формы / Н. С. Любимый, А. А. Польшин, С. Ю. Лозовая [и др.] // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2022. - № 6. - С. 111-118. - DOI 10.34031/2071 -7318-2022-7-6-111-118.

34. Любимый, Н. С. Исследование эффективности работы конформных каналов охлаждения композитных пресс-форм / Н. С. Любимый,

A. А. Польшин, А. А. Тихонов [и др.] // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2022. -№ 7. - С. 101-109. - DOI 10.34031/2071-7318-2022-7-7-101-109.

35. Малышев, В. Ф. Резание труднообрабатываемых сталей / В. Ф. Малышев, С. В. Дьяченко. — М. : Машиностроение, 2010. — 248 с.

36. Металлорежущие инструменты: Учебник / В. А. Гречишников, С. Н. Григорьев, С. В. Кирсанов [и др.]. - Москва : Общество с ограниченной ответственностью Издательство «Янус-К», 2005. - 568 с. - ISBN 5-8037-02471. - EDN PQEIVP.

37. Панченко, Е.В. Исследование зависимости износа инструмента от температурных условий в зоне резания / Е. В. Панченко, С. Н. Григорьев, Ф.

B. Новиков // Вестник СТАНКИНА . — 2019. — Т. 49, № 4. — С. 52-58.

38. Панченко, Е. В. Методика определения температуры резания при точении деталей малой жесткости / Е. В. Панченко, Ф. В. Новиков, С. Н. Григорьев // Станки и инструмент. — 2017. — № 6. — С. 45-49.

39. Патент № 2631785 Российская Федерация, МПК B22C 9/06. Способ изготовления металлополимерных формообразующих поверхностей матриц и пуансонов пресс-форм : № 2016110341 : заявл. 21.03.2016 : опубл. 26.09.2017 / Н. С. Любимый, М. С. Чепчуров ; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова".

40. Патент на полезную модель № 214263 U1 Российская Федерация, МПК B29C 33/04, B29C 33/38. Металл-металлополимерная пресс-форма : № 2022119099 : заявл. 13.07.2022 : опубл. 18.10.2022 / А. А. Польшин, Н. С. Любимый, Н. Д. Голубева [и др.] ; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова".

41. Патент № 2797519 C1 Российская Федерация, МПК B29C 39/42. Способ и устройство для изготовления композитных изделий из металлополимера : № 2022129619 : заявл. 15.11.2022 : опубл. 06.06.2023 / А. А. Польшин, Н. С. Любимый, С. И. Анциферов [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова".

42. Пиженков, Е. Н. Использование SLM технологии 3D печати в изготовлении деталей червячно - модульных фрез / Е. Н. Пиженков, В. М. Подгорбунских, В. А. Рощин // Современные УСЛОВИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ науки и ТЕХНИКИ : сборник статей Международной научно-практической конференции, Пермь, 11 ноября 2018 года. Том Часть 2.

— Пермь: Общество с ограниченной ответственностью "ОМЕГА САЙНС", 2018. - С. 91-97.

43. Подольский Л.И. Обработка нержавеющих сталей резанием. — М.: Машиностроение, 1984. — 216 с.

44. Режущий инструмент : Учебник для вузов / Д. В. Кожевников, В. А. Гречишников, С. В. Кирсанов [и др.]. - Москва : Научно-техническое издательство "Машиностроение", 2004. - 512 с. - ISBN 5-217-03250-2.

45. Резание материалов. Режущий инструмент. Часть 1 : учебник для вузов / А. Г. Схиртладзе, В. А. Гречишников, Н. А. Чемборисов [и др.] ; под общ. ред. А. Г. Схиртладзе. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 263 с.

— (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-00115-0.

46. Родригес Х., Мухопадхьяй Дж. Advanced Machining Science. — Springer, 2018. — 552 p.

47. Современные инструментальные материалы: учебное пособие для вузов / С. Н. Григорьев, В. А. Гречишников, А. Р. Маслов, А. Г. Схиртладзе.

— Старый Оскол: ТНТ, 2020. — 125 с. — ISBN 978-5-94178-582-7.

48. Соловьёв А. А., Корнилов В. Г. Топологическая оптимизация деталей машиностроения с учётом условий их изготовления // Известия вузов. Машиностроение. - 2022. - № 4. - С. 21-26.

49. Справочник конструктора-инструментальщика : Под общей редакцией В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова; Библиотека конструктора / В. И. Баранчиков, Г. В. Боровский, Ю. В. Гаврилов [и др.]. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - Машиностроение, 2006. - 542 с. - ISBN 5217-03353-3.

50. Технологии изготовления изделий из современных инструментальных материалов : учебное пособие для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Машиностроение» / С. Н. Григорьев, В. А. Гречишников, А. В. Исаев [и др.] ; Московский государственный технологический университет "СТАНКИН". — Москва : Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", 2020. — 200 с.

51. Трент Э.М., Райт П.К. Резание металлов. — М.: Машиностроение, 2001. — 385 с.

52. Трофимов, М. Ю. Исследование температурных режимов при точении труднообрабатываемых материалов / М. Ю. Трофимов, В. Н. Логинов // Вестник СТАНКИНА. — 2011. — № 2 (15). — С. 73-77.

53. Andreacola F. R., Capasso I., Langella A., Brando G. 3D-printed metals: Process parameters effects on mechanical properties of 17-4 PH stainless steel // Heliyon. - 2023. - Т. 9. - Ст. e17698. - DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e17698.

54. Aurich, J.C. Modelling of tool wear based on temperature and stress fields in cutting processes / J.C. Aurich, J.P. Domblesky, G.M. Schueler [et al.] // Journal of Manufacturing Processes . — 2019. — Vol. 41. — P. 123-132. — DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.02.007

55. Auremo. Сталь 20Х13 (02Х13). Свойства и характеристики [Электронный ресурс] // Auremo.biz. — URL: https://auremo.biz/materials/stal-20h13-02h13.html (дата обращения: 08.06.2025).

56. Arbabi-Parsasiah H., Yazdani-Rady M. Differential Evolution: A survey of theoretical analyses [Текст] // International Journal of Advanced Intelligence Paradigms. — 2018. — Vol. 12, no 3-4. — P. 201-234.

57. Bagherzadeh, Amin & Budak, Erhan & Ozlu, Emre & Koc, Bahattin. (2023). Machining behavior of Inconel 718 in hybrid additive and subtractive manufacturing. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 46. 178190. 10.1016/j.cirpj.2023.08.004

58. Davies, M.A. On the measurement and prediction of tool wear in turning operations / M.A. Davies, T. Burns, A. Aramcharoen [et al.] // CIRP Annals

- Manufacturing Technology . — 2021. — Vol. 70, no. 1. — P. 93-96. — DOI: 10.1016/j.cirp.2021.04.039

59. Davim J.P. Surface Integrity in Machining. Springer, 2010.

60. Drilling formulas and definitions [Электронный ресурс] / Sandvik Coromant. — URL: https://www. sandvik.coromant.com/en-us/knowledge/machining-formulas-definitions/drilling-formulas-definitions (дата обращения: 23.09.2025).

61. Drill Feeds and Speeds [Электронный ресурс] // Viking Drill and Tool. — URL: https://www.vikingdrill.com/viking-Drill-FeedandSpeed.php (дата обращения: 23.09.2025).

62. El Khadiri I., Zemzami M., Nguyen N.-Q., Abouelmajd M., Hmina N., Belhouideg S. Topology optimization methods for additive manufacturing: a review // International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization. -2023. - Vol. 14, Article 12. - DOI: 10.1051/smdo/2023012.

63. Frazier P.I. A Tutorial on Bayesian Optimization [Текст] / P. I. Frazier.

— 2018. — [Арх^: 1807.02811] — 52 p.

64. Gadagi, Basavraj & Lekurwale, Ramesh. (2020). A review on advances in 3D metal printing. Materials Today: Proceedings. 45. 10.1016/j.matpr.2020.10.436.

65. Herrero-Perez D., Pico-Vicente S. A parallel geometric multigrid method for adaptive topology optimization // Structural and Multidisciplinary Optimization. - 2023. - Т. 66. - DOI: 10.1007/s00158-023-03675-w.

66. Huang C., Qian X., Yang R. Thermal conductivity of polymer-based composites: fundamentals and applications // Progress in Polymer Science. — 2019. — Vol. 97. — P. 101-132. — DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.09.003.

67. Hwang S., Reyes E.I., Moon K.-S. et al. Thermo-mechanical characterization of metal/polymer composite filaments and printing parameter study for fused deposition modeling in the 3D printing process. Journal of Electronic Materials. 2015. 44 (3). P. 771-777. DOI: 10.1007/s11664-014-3425-6.

68. ISO/TR 18521:2006. Test conditions for metal cutting — Evaluation of surface integrity.

69. Machac T., Pokorny P., Petru J., Hrbal J., Kuruc M., Vopat T. Aditive Manufacturing of M300 Steel Cutting Tools by Selective Laser Melting // Manufacturing Technology. - 2023. - Vol. 23, No. 10. - P. 575-581. - DOI: 10.17973/MMSJ.2023_10_2023055.

70. Misiura A. I.; Mamunya Ye. P.; Kulish M. P. Metal-Filled Epoxy Composites: Mechanical Properties and Electrical/Thermal Conductivity // Journal of Macromolecular Science. Part B: Physics. - 2019. - Т. 59, № 2. - С. 1-16. - DOI 10.1080/00222348.2019.1695820.

71. Mussina, Zh & Kussainov, R. & Mussina, L. (2022). IMPROVING THE PROCESS OF PROCESSING HOLES WITH DRILLS. Science and Technology of Kazakhstan. 40-49. 10.48081/BBUI7787.

72. Nelder J. A., Mead R. A simplex method for function minimization [Текст] // The Computer Journal. — 1965. — Vol. 7, no. 4. — P. 308-313.

73. Nouari, M. Thermomechanical modelling of tool wear in dry machining of aerospace alloys / M. Nouari, A. Moufki, A. Molinari // Wear. — 2020. — Vol. 456-457. — Art. no. 203381. — DOI: 10.1016/j.wear.2020.203381

74. Oxley P.L.B. The Mechanics of Machining: An Analytical Approach to Assessing Machinability, 1989.

75. Parsian A., Magnevall M., Beno T., Eynian M. A mechanistic approach to model cutting forces in drilling with indexable inserts // Procedia CIRP. - 2014. - Т. 24. - С. 55-60. - DOI: 10.1016/j.procir.2014.07.138.

76. Patel, S.K. Recent advances in tool wear predictive models: A review / S.K. Patel, S. Bhowmick // Tribology International. — 2022. — Vol. 170. — Art. no. 107578. — DOI: 10.1016/j.triboint.2022.107578

77. Petrovsky, E & Bashmur, Kirill & Smirnov, N & Tynchenko, Vadim & Bukhtoyarov, Vladimir & Gorodov, A & Petrenko, V & Kukartsev, Vladislav. (2020). Study of the impact of the lubricant-cooling agent with the diamond graphite submicropowder additive on the durability of AISI M2 steel drill bits. Journal of Physics: Conference Series. 1582. 012012. 10.1088/1742-6596/1582/1/012012.

78. Powell M. J. D. COBYLA: Constrained Optimization BY Linear Approximations [Текст] / M. J. D. Powell // Scientific Program Routines (Technical Report). — Argonne National Laboratory, 1994. — 128 p.

79. Prathyusha A.L.R., Babu G. A review on additive manufacturing and topology optimization process for weight reduction studies in various industrial applications // Materials Today: Proceedings. - 2022. - Vol. 62. - P.12 - DOI: 10.1016/j.matpr.2022.02.604.

80. Precitool GmbH. Cutting performance data for AH6225 inserts [Электронный ресурс]. — URL: https://www.precitool.be/Photos/PDF_814/nouveau_AH6225.pdf (дата обращения: 08.06.2025).

81. Kelliger, T. Potentials of Additive Manufacturing for Cutting Tools: A Review of Scientific and Industrial Applications / T. Kelliger, M. Meurer, T. Bergs // Metals . — 2024. — Vol. 14, no. 9. — P. 982. — DOI: 10.3390/met14090982

82. Khadiri I., Zemzami M., Nguyen N.-Q., Abouelmajd M., Hmina N., Belhouideg S. Topology optimization methods for additive manufacturing: a review // International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization. -2023. - Т. 14. - № 12. - DOI: 10.1051/smdo/2023015.

83. Klaic, Miho & Brezak, Danko & Slankovic, Matej & Staroveski, Tomislav. (2023). The Influence of Internally Cooled Drill Bits on Cutting Dynamics and Workpiece Hardness Monitoring in Stone Machining. Machines. 11. 1010. 10.3390/machines11111010.

84. Kim, Kyudong & Park, Kijung & Jeon, Hyun Woo. (2022). The Impact of Design Complexity on Additive Manufacturing Performance. 10.1007/978-3-031-16407-1_27.

85. Komanduri R., Hou Z.B. Thermal modeling of the metal cutting process // International Journal of Mechanical Sciences, 2001

86. Kraft D. A software package for sequential quadratic programming [Текст] / D. Kraft. — Technical Report DFVLR-FB 88-28, Institut für Dynamik der Flugsysteme, Ober-pfaffenhofsn; July 1988. — 21p.

87. Kugaevskii, S. S. Creation of Grooving and Parting Tools with Cooling Channels, Manufactured Using Additive Technologies / S. S. Kugaevskii, E. N. Pizhenkov, V. M. Podgorbunskikh // Key Engineering Materials. - 2022. - Vol. 910 KEM. - P. 369-374. - DOI 10.4028/p-5b170e.

88. Liu Z., Chen H., Xing S. Mechanical performances of metal-polymer sandwich structures with 3D-printed lattice cores subjected to bending load // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2020. Т. 20, № 3. С. 1-17. DOI 10.1007/s43452-020-00095-1.

89. Lubimyi N.S., Polshin A.A., Gerasimov M.D., Tikhonov A.A., Antsiferov S.I., Chetverikov B.S., Ryazantsev V.G., Brazhnik J., Ridvanov I. Justification of the Use of Composite Metal-Metal-Polymer Parts for Functional Structures. Polymers. 2022, 14(1), 178. https://doi.org/10.3390/polym14010178

90. Lubimyi, N.; Voronenko, V.; Polshin, A.; Gerasimov, M.; Antsiferov, S.; Oguz Kaan Öztürk; Chetverikov B.; Tikhonov, A.; Ryazantsev, V.; Shumyacher,

V.; Melentiev, N. What is the economic feasibility of manufacturing a metal-metal-polymer composite part compared to other technologies?. Aust. J. Mech. Eng. 2022, 20, 1-12 DOI: 10.1080/14484846.2022.2094533

91. Lubimyi N., Mihail G., Andrey P., Arseniy S. Methodology for the Selection of Optimal Parameters of the Finite Element Mesh in Composite Materials Calculation // Klyuev S.V., Klyuev A.V., Vatin N.I., Sabitov L.S. (eds). Innovations and Technologies in Construction. BUILDINTECH BIT. Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022. - Т. 307. - С. 66-72. - Springer, Cham. - DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-20459-3 9.

92. Lubimyi N. S., Chepchurov M., Polshin A. A., Gerasimov M. D., Chetverikov B. S., Chetverikova A., Tikhonov A. A., Maltsev A. Reducing the cost of 3D metal printing using selective laser melting (SLM) technology in the manufacture of a drill body by reinforcing thin-walled shell forms with metal-polymers // Journal of Manufacturing and Materials Processing. — 2024. — Vol. 8, № 2. — Art. 44. — DOI 10.3390/jmmp8020044.

93. RT-ECAT. 3D-печать металлом по технологии SLM: этапы производства [Электронный ресурс] // rt-ecat.ru. — 2021. — URL: https://rt-ecat.ru/stati-1/post/3d-pechat-metallom-po-tehnologii-slm-etapy-proizvodstva (дата обращения: 08.06.2025).

94. Sandvik Coromant, Tungaloy, Seco, Walter. Рекомендации по режимам резания и стойкости инструмента при обработке нержавеющих сталей [Электронный ресурс]. — Официальные каталоги и технические бюллетени. — URL: https://www.sandvik.coromant.com, https://www.tungaloy.com, https://www.secotools.com, https://www.walter-tools.com (дата обращения: 08.06.2025).

95. Shao, H. Tool wear prediction using multi-sensor data fusion and deep learning / H. Shao, H.L. Wang, X.M. Zhao [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology . — 2023. — Vol. 125, no. 5-6. — P. 17631775. — DOI: 10.1007/s00170-023-11023-w

96. Shan, Zhongde & Song, Wenzhe & Fan, Congze & Wang, Jun. (2023). Development Strategy for Precision Manufacturing of Composite Components Facing 2035. Chinese Journal of Engineering Science. 25. 113. 10.15302/J-SSCAE-2023.07.002.

97. SteelProGroup. Thermal Conductivity of Stainless Steel Explained & Chart [Электронный ресурс] // SteelProGroup.com. — 2024. — URL: https://steelprogroup.com/stainless-steel/properties/thermal-conductivity/ (дата обращения: 08.06.2025).

98. Takezawa A. Topology optimization // In: Handbook of Computational Solid Mechanics. - 2023. - DOI: 10.1007/978-3-031-20752-5_18.

99. Tamura S., Matsumura T. Cutting force in drilling with flat bottom drill // Key Engineering Materials. - 2022. - Т. 926. - С. 1636-1642. - DOI: 10.4028/p-0dz21w.

100. Tamura S., Sekigawa K., Matsumura T. Monitoring of tool wear distribution with cutting force measurement in drilling // Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing. - 2021. - Т. 15. - Ст. JAMDSM0047. - DOI: 10.1299/jamdsm.2021jamdsm0047.

101. Tlija, Mehdi & Al-Tamimi, Abdulsalam. (2022). Combined manufacturing and cost complexity scores-based process selection for hybrid manufacturing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 237. 095440542211365. 10.1177/09544054221136524.

102. Tungaloy Corporation. A new generation of PVD grade for stainless steel turning: AH6225 [Электронный ресурс] // Tungaloy Report No. 540-US. — Дата обновления: 2023. — URL: https://tungaloy.com/wp-content/uploads/547.pdf (дата обращения: 08.06.2025).

103. Tungaloy Corporation. Latest grade series for stainless steel turning with AH6225 [Электронный ресурс]. — URL: https://tungaloy.com/global-en/news/ah6225-grade/ (дата обращения: 08.06.2025).

104. Tungaloy Corporation. New AH6225 PVD grade ensures exceptional tool life in stainless steel turning [Электронный ресурс]. — URL: https://tungaloy.com/global-en/news/new-ah6225-pvd-grade/ (дата обращения: 08.06.2025).

105. Virtanen P., Gommers R., Oliphant T.E., et al. SciPy 1.0: Fundamental Algorithms for Scientific Computing in Python [Электронный ресурс] // Nature Methods. — 2020. — Vol. 17, no. 3. — P. 261-272.

106. Wei P., Liu J., Li X., Su C. Topology optimization introducing manual intervention. - 2023. - Preprint. - DOI: 10.21203/rs.3.rs-3368787/v1.

107. Yin Y., Tan Q., Bermingham M., Mo N., Zhang J., Zhang M.-X. Laser additive manufacturing of steels // International Materials Reviews. - 2022. - Vol. 67, No. 5. - P. 487-573. - DOI: 10.1080/09506608.2021.1983351.

108. Ozel, T. Machining of Titanium Alloys and High-Temperature Alloys: Theory and Practice / T. Ozel, D. Ulutan. — Cham : Springer International Publishing, 2021. — 432 p. — ISBN 978-3-030-66087-7. — DOI: 10.1007/978-3030-66088-4 .

203

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Акт испытаний в ООО «НАТЭК-Нефтехиммаш» (г. Таганрог)

N 00008В0Э

Т 2Л

во н гл

г 880 мз

' 130.ооооо <■01 17 40 МО «3 91 «М 13. 1

гв«<х)

¡2"»»■> ■ -••

''«.ЙЙЙ^»» .....

13:«: 1

Ж/МП«)

О 93111

Повышение шероховатости обработанной поверхности выше Яа- 12.5 мкм;

Нарушение геометрии отверстий (овальность, отклонение от оси) выходящих за

требования чертежа:

Остановка подачи по ЧПУ-алгоритму вследствие увеличения крутящего момента выше

предельно допустимого уровня (50% от номинальной мощности шпинделя по датчику

станка):

Рис. 2 Композитный корпус сверла в процессе

Рис. 3 Форма и структура стружки

обработки

Рис. 4 Режимы резания на стоике станка

Результаты испытаний:

Износ при сверлении композитным сверлом

(средние значения за 5 экспериментов)

Количество отверстий 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 618

Нагрузка на 10 12.2 14.1 14.8 16.1 18.5 22.3 24.1 24.9 25.5 30.2 32.8 35

Износ по задней поверхности. 0,05 0,05 0,11 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,22 0,25 0,25 0,3

Контроль шероховатости + + + + + + +

Контроль отклонения формы + + + + + + +

Износ при сверлении серийно применяемым сверлом РЕШУ! (30200-209-25-1.50-СА (средние значения за 5 экспериментов)

Количество отверстий 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 541

Нагрузка на 10 11.8 13.5 14.3 16.6 19.4 23.3 24.1 25.6 28.7 35

Износ по задней поверхности, мм 0,05 0,05 0,1 0,1 0,14 0,16 0,18 0,2 0,23 0,25 0,3

Контроль + + + + + +

Контроль отклонения формы + + + + + +

Результаты испытаний

Приложение Б. Акт внедрения на ООО «НАТЭК-Нефтехиммаш» (г. Таганрог)

Приложение В. Документы на объекты интеллектуальной собственности, полученные автором в результате диссертационного

исследования

Приложение Г. Листинг программ

Листинг программы оптимизации риска износа по температурному

ограничению

import numpy as np

from scipy.optimize import minimize

# — Модель риска износа —

# Функция Z_model рассчитывает риск износа инструмента в зависимости от подачи (S), скорости (V) и глубины (t)

def Z_model(S, V, t): return 0.0146 * np.sqrt(S) * t**0.3 * V**1.2 * np.exp(0.015 * S * t * V)

# — Модель температуры —

# Функция T_model рассчитывает температуру на границе металл-металлополимер для заданных параметров резания

def T_model(S, V, t): return (

1484.16 * S**2 + 7.604 * S * V

- 388.75 * S * t

- 915.59 * S

+ 0.0041 * V**2

- 0.4646 * V * t

- 1.376 * V

+ 14.84 * t**2 + 85.44 * t + 182.57

)

# — Целевая функция для оптимизации —

# Возвращает значение риска износа, если температура не превышает 170 °C

# В противном случае возвращает большое число, чтобы избежать недопустимых решений def objective(params, t):

S, V = params T = T_model(S, V, t) if T >= 170:

return 1000 # штраф за превышение температуры return Z_model(S, V, t)

# — Области допустимых значений параметров резания — bounds = [(0.05, 0.15), # Подача, мм/об

(60, 120)] # Скорость, м/мин

# --- Список глубин резания для анализа ---

t_values = np.round(np.arange(0.5, 1.51, 0.1), 2) # от 0.5 до 1.5 мм с шагом 0.1

# --- Выполнение оптимизации для каждого значения t --results = []

for t_val in t_values:

# Оптимизация риска износа при фиксированной глубине t res = minimize(lambda params: objective(params, t_val), x0=[0.1, 90], # Начальное приближение bounds=bounds,

method='SLSQP') # Метод оптимизации: последовательное программирование наименьших квадратов

# Полученные оптимальные параметры S_opt, V_opt = res.x

Z_opt = Z_model(S_opt, V_opt, t_val) T_opt = T_model(S_opt, V_opt, t_val)

# Сохранение результата

results.append((t_val, S_opt, V_opt, Z_opt, T_opt)) # — Вывод результатов в табличной форме —

print('Tлубина t (мм)\tПодача S (мм/об)\tСкорость V (м/мин)Мриск износ Z\tТемпература T

(°C)")

for r in results:

print(f^'{r[0]:.1f}\t\t{r[1]:.3f}\t\t{r[2]:.1f}\t\t{r[3]:.2f}\t\t{r[4]:.1f}")

Листинг программы для считывания и передачи температурных данных

с датчиков (для ESP32)

#include <WiFi.h> #include <WiFiUdp.h> #include <max6675.h> // Определяем общие пины SPI #define MAX6675_SCK 18 #define MAX6675_MISO 19 // Определяем новые пины CS для трех датчиков #define MAX6675_CS1 5 #define MAX6675_CS2 21 #define MAX6675_CS3 22 // Данные для подключения к Wi-Fi const char* WIFI_SSID = "POCO X3 Pro"; // Твой SSID const char* WIFI_PASSWORD = "1415511666"; // Твой пароль const char* PC_IP = "192.168.184.252"; // IP твоего компьютера WiFiUDP udp; // Создаем UDP-объект // Создаем объекты для трех датчиков MAX6675 thermocouple 1(mAX6675_SCK, MAX6675_CS1, MAX6675 thermocouple2(MAX6675_SCK, MAX6675_CS2, MAX6675 thermocouple3(MAX6675_SCK, MAX6675_CS3, void setup() {

Serial.begin(115200); // Подключаемся к Wi-Fi WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print(".");

}

Serial.println("\nWiFi подключен!");

udp.begin(1234); // Открываем порт 1234 для отправки UDP пакетов delay(1000); // Ждем стабилизации сети

}

void loop() {

delay(10); // Небольшая задержка перед чтением данных // Считываем данные с каждого датчика float temp1 = thermocouple1.readCelsius(); float temp2 = thermocouple2.readCelsius();

MAX6675_MISO); MAX6675_MISO); MAX6675_MISO);

float temp3 = thermocouple3.readCelsius(); // Проверяем корректность данных if (isnan(temp1) || isnan(temp2) || isnan(temp3)) {

SeriaLprintin("Ошибка чтения одного из датчиков MAX6675!"); } else {

// Выводим данные в Serial Monitor Serial.printf(" Температура 1: %.2f °C\n", temp1); Serial.printf(" Температура 2: %.2f °C\n", temp2); Serial.printf(" Температура 3: %.2f °C\n", temp3); // Отправляем данные на компьютер через UDP char buffer[64];

snprintf(buffer, sizeof(buffer), "T1: %.2f °C, T2: %.2f °C, T3: %.2f °C", temp1, temp2, temp3);

udp.beginPacket(PC_IP, 1234); udp.write((uint8_t*)buffer, strlen(buffer)); udp.endPacket();

}

delay(200); // Читаем температуру раз в 200 мс

}

Листинг программы для графического мониторинга температурных показателей с использованием датчиков (для ПК)

# Импорт библиотек import socket import tkinter as tk

from tkinter import messagebox, filedialog, simpledialog import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg

import pandas as pd

import threading

import time

import re

# Настройки сокета UDP_IP = "0.0.0.0" UDP_PORT = 1234

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) sock.bind((UDP_IP, UDP_PORT))

# Глобальные переменные time_data = [] temp1_data = [] temp2_data = [] temp3_data = []

running = False start_time = None params = {}

# Функция для получения данных def receive_data():

global start_time if start_time is None:

start_time = time.time() while running:

data, addr = sock.recvfrom(1024)

data = data.strip(b'\xc2').strip() try:

decoded_data = data.decode('utf-8') print(f"От {addr}: {decoded_data}")

match = re.search(r"T1: ([\d.]+) °C, T2: ([\d.]+) °C, T3: ([\d.]+) °C", decoded_data) if match:

temp1 = float(match.group(1)) temp2 = float(match.group(2)) temp3 = float(match.group(3)) time_data.append(time.time() - start_time) temp1_data.append(temp1) temp2_data.append(temp2) temp3_data.append(temp3) update_graph() except (UnicodeDecodeError, ValueError) as e: рпп^ГОшибка обработки данных: {e}")

# Функция запроса параметров def ask_parameters():

global params

params['Скорость резания'] = simpledialog.askfloat("Ввод параметра", "Введите скорость резания")

params['Глубина резания'] = simpledialog.askfloat("Ввод параметра", "Введите глубину резания")

params['Продольная подача'] = simpledialog.askfloat("Ввод параметра", "Введите продольную подачу")

params['Глубина закладки датчика'] = simpledialog.askfloat("Ввод параметра", "Введите глубину закладки датчика")

# Функция для запуска/остановки измерений def toggle_measurement():

global running, start_time, time_data, temp1_data, temp2_data, temp3_data if running:

running = False

start_button.config(text="Начать измерения") print("Измерения остановлены.") else:

ask_parameters()

running = True

start_time = None

time_data.clear()

temp1_data.clear()

temp2_data.clear()

temp3_data.clear()

start_button.config(text="Остановить измерения") print("Измерения начаты.")

threading.Thread(target=receive_data, daemon=True).start()

# Функция сброса данных def reset_data():

global time_data, temp1_data, temp2_data, temp3_data, start_time

time_data.clear()

temp1_data.clear()

temp2_data.clear()

temp3_data.clear()

start_time = None ax.clear()

ax.set_title("Температура во времени") ax.set_xlabel("Время (сек.)") ax.set_ylabel("Температура (°C)") ax.legend() canvas.draw()

print(" Данные сброшены.")

# Функция сохранения данных в Excel def export_to_excel():

if len(temp1_data) > 0:

file_path = filedialog.asksaveasfilename( defaultextension=".xlsx",

filetypes=[("Excel файлы", "*.xlsx"), ("Все файлы", "*.*")], title="Сохранить данные как"

)

if file_path:

df = pd.DataFrame({

'Время (сек.)': time_data, 'Температура 1 (°C)': temp1_data, 'Температура 2 (°C)': temp2_data, 'Температура 3 (°C)': temp3_data

})

param_df = pd.DataFrame([params]) with pd.ExcelWriter(file_path) as writer:

param_df.to_excel(writer, sheet_name="Параметры", index=False) df.to_excel(writer, sheet_name="Данные", index=False) messagebox.showinfo("Успех", f" Данные успешно сохранены в '{file_path}'.")

else:

messagebox.showwarning("Предупреждение", "Нет данных для сохранения.")

# Функция обновления графика def update_graph():

if len(temp1_data) > 0: ax.clear()

ax.plot(time_data, temp1_data, label="Датчик 1", color='red') ax.plot(time_data, temp2_data, label="Датчик 2", color='blue') ax.plot(time_data, temp3_data, label=" Датчик 3", color='green') ax.set_title("Температура во времени") ax.set_xlabel("Время (сек.)") ax.set_ylabel("Температура (°C)") ax.legend() canvas.draw()

# Создание GUI root = tk.Tk()

root.title("Мониторинг температуры")

start_button = tk.Button(root, text="Начать измерения", command=toggle_measurement,

width=20, height=2)

start_button.pack(pady=10)

reset_button = tk.Button(root, text="Сбросить данные", command=reset_data, width=20, height=2)

reset_button.pack(pady=10)

export_button = tk.Button(root, text-'Выгрузить данные в Excel", command=export_to_excel,

width=30, height=2)

export_button.pack(pady=10)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 4))

canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)

canvas.get_tk_widget().pack(pady=20)

root.mainloop()

Приложение Д. Чертежи механически обрабатываемых деталей для устройства мониторинга температуры

Приложение Е. Базовый технологический маршрут изготовления корпуса сверла субтрактивным методом

№

операции

Наименование операции

Краткое содержание операции

Оборудование, Инструмент, оснастка

Эскиз операции

Режимы резания

Норма времени на

операцию

1

2

3

4

6

7

005

Ленточнопильная

Отрезать круглый прокат, выдерживая размер 130 мм.

BEHRINGER HBE261A Оснастка: штатные тиски, упор.

S = 80 мм/мин

1,8 мин.

010

Комплексная с ЧПУ

Установ А (основной, в патроне + поддержка люнетом/ЗБ): Л1. Базирование и первичная обработка торца Базирование: зажим прутка 036 в мягкие кулачки (вылет < 90-100 мм), включить опору ЗБ или люнет. Переходы:

1. Точность выставления: индикатором проверить биение <0,05 мм.

2. Торцевание первого торца (Т01), съём 1,0-1,5 мм.

3. Центровка: Т03, центровочное отверстие 120°/90°.

Л2. Черновое точение наружного 0

Переходы:

1. Обточка цилиндра на длину 120 мм, оставив зону зажима (8-12 мм) нетронутой.

2. Формирование технологического базового

Токарный центр с ЧПУ DMG MORI NLX 2000 Инструмент: T01 Резец черновой

CNMG 1204.. (Sandvik Coromant, геометрия для стали). T02 Резец фасочный 45°. T03 Сверло центровочное 90° 04-6 (Guhring). T04 Сверло спиральное 06 х5D (пилот) с ВПС (internal coolant). T05 Пушечное сверло (gundrill) 06 (Botek/Sandvik) с направляющей втулкой. T06 Фреза твердосплавная радиусная R5, 01012, z=4

А2.

А1. У=220

м/мин, 8=0,3 мм/об, 1=2,0 мм.

А2. У=220

м/мин, 8=0,3 мм/об, 1=2,0 мм

А3. У=80 м/мин (п=4200 об/мин); 8=0,12 мм/об

А4. У=90 м/мин (п=4775 об); 8=0,05 мм/об (239 мм/мин)

А5, А6.

V=160 м/мин, 8=0,05 мм/зуб, 1=2,5 мм,

Тосн=17,8 мин

5

пояска (032,8x8 мм) для последующего перезажима. 3. Снятие фасок0,5x45° по торцу.

АЗ. Пилот-сверление осевого канала 06 (5-10x1)) Задать ось и облегчить ввод пушечного сверла. А4. Глубокое сверление (цит1гШ) 06, Ь~105-110мм Переходы:

1. Ввод через направляющую втулку (вставлена в револьвер/держатель).

2. Сверление на глубину 105-110 мм (с короткими паузами на стружколом при необходимости).

3. Выход на дне отверстия «вслепую» — снизить подачу на 30-50 % на последних 2-3 мм.

А5. Фрезерование 1-й винтовой стружечной канавки

Траектория: 5-осевая — интерполяция В-/С-оси с линейным перемещением Ъ, шаг винтовой линии задаётся по модели Переходы:

1. Врезание в начале канавки (плавная рампа 5-10°).

2. Основной проход по длине Ь~120 мм.

3. Выход — радиусом, с последующей фаской 0,2x45° по кромкам (Т07).

А 6. Фрезерование 2-й винтовой канавки (с поворотом С=180°)_

(Kennametal/Sandvik) — для канавок.

Т07 Снятие заусенцев/фасок (концевая 90° 06-8).

Оснастка: 3-кулачковый патрон 0250, мягкие кулачки, задняя бабка live center; люнет выдвижной НР-СОЖ: насос 70 бар (встроенный) для пушечного сверления 06. щуп Renishaw ОМР на шпинделе для касаний

ж

АЗ, А4.

(¿¡¿А

105

С)

— 0.15/100

\/Яа 6,3

СОЖ-эмульсия 8-10 бар

А7. У=80 м/мин, 8=0,04 мм/об

А9. Расточка У=180 м/мин, 8=0,1 мм/об, 1=0,5 мм, Доводка У=120 м/мин, 8=0,05 мм/об, 1=0,2 мм,

То же, что и А5 с симметричным положением (автоповорот С-оси на 180°). А 7. Сверление радиальных каналов СОТС 2*02,6 (к 06 осевому) Л8. Притупление кромок, контроль, подрезка торца Т07, фаски 0,2x45° по входам/выходам канавок; фаска по входу осевого 06. Л9. Точение/расточка посадки 08 h6 Установ Б короткий перезажим за технологический поясок, подрезать второй торец в размер L=120,0±0,2, снять фаски.

015 Термическая Термообработка (закалка+отпуск до ЖС 3238) печь ^еп 1. Закалка Нагрев: 840-860 °С (в печи с контролируемой атмосферой или соляной ванне). Выдержка: 1-1,5 мин на 1 мм толщины (примерно 30-40 мин для корпуса 032). Охлаждение: масло (50-60 °С). После охлаждения: деталь должна быть охлаждена до температуры <100 °С перед отпуском. 2. Отпуск Температура отпуска: 540-560 °С. Выдержка: 1 ч на каждые 20 мм сечения (-2,5-3 ч для корпуса 032). Охлаждение: на воздухе. Результат: твёрдость HRC 32-38 (оптимум для корпусных деталей под режущие головки). 5 ч.

020

Токарная с ЧПУ (чистовая)

Чистовое точение после ТО.

Восстановление баз. Переходы:

1. Базирование: зажим за хвостовик 025 (через мягкие кулачки), опора на ЗБ.

2. Чистовое точение корпуса 032: 032,0...32,05 (припуск оставляем под шлиф., если предусмотрено).

3. Чистовое точение хвостовика 025: 025,15.25,20 (под шлифование до h6).

4. Проверка посадки 020: при необходимости лёгкая корректировка (0,05 мм съёма).

5. Фаски: 0,5x45° на торцах.

Okuma LB3000 EX II T01: резец чистовой твердосплавный CNMG/CCMT (ге=0,2). T02: резец фасочный 45°.

цанговый патрон или мягкие кулачки, задняя бабка (livecenter).

V=160 м/мин, S=0,12 мм/об, t=0,3 мм СОЖ —

эмульсия 6-8 %.

Тосн 2,5

мин

025

Шлифовальная

Шлифование хвостовика 025 h6 и посадки 08 под головку И6

Переходы:

1. Базирование: между центрами; проверка биения <0,01 мм.

2. Черновое шлифование 025: съём припуска 0,05-0,10 мм за несколько проходов.

3. Чистовое шлифование 025: доводка до 25,000+0,015 мм; Яа 0,4-0,8.

4. Шлифование 08 аналогично,

Фаски: шлифовальной

оправкой притупить кромки 0,2x45°.

5. Промывка и продувка каналов после шлифования.

Станок: STUDER 833

Шлифовальный круг: электрокорунд белый ^60-80); связка бакелитовая (В); 0 круга 400 мм, ширина 40 мм.

Укр=30 м/с,