Печать

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202504.623-640

EDN: https://elibrary.ru/bdonzc

УДК 621.92

 

Влияние технологических факторов центробежнопланетарной обработки на шероховатость внутренних каналов мелкоразмерных деталей

 

Зверовщиков Александр Евгеньевич
доктор технических наук, профессор кафедры технологии и оборудование машиностроения Пензенского государственного университета (440026, Российская Федерация, г. Пенза, ул. Красная, д. 40), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7827-7462, Researcher ID: Y-3779-2018, Scopus ID: 56891713100, SPIN-код: 9633-5769, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Стешкин Артем Вячеславович
кандидат технических наук, заместитель главного инженера по развитию предприятия Федерального научно-производственного центра «Производственное объединение “Старт” им. М. В. Проценко» (442960, Российская Федерация, г. Заречный, пр-т Мира, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0003-8850-7702, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гурин Павел Александрович
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудование машиностроения Пензенского государственного университета (440026, Российская Федерация, г. Пенза, ул. Красная, д. 40), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6045-5432, SPIN-код: 3236-4508, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Миронычев Николай Алексеевич
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудование машиностроения Пензенского государственного университета (440026, Российская Федерация, г. Пенза, ул. Красная, д. 40), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4393-9523, Researcher ID: P-7228-2015, Scopus ID: 58074735200, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Зотов Евгений Валерьевич
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудование машиностроения Пензенского государственного университета (440026, Российская Федерация, г. Пенза, ул. Красная, д. 40), ORCID: https://orcid.org/0009-0003-9110-3995, Researcher ID: GRX-2733-2022, Scopus ID: 8694-6570, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скрябин Владимир Александрович
доктор технических наук, профессор кафедры технологии и оборудование машиностроения Пензенского государственного университета (440026, Российская Федерация, г. Пенза, ул. Красная, д. 40), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7156-9198, Researcher ID: R-2385-2018, Scopus ID: 6603685168, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Обработка мелкоразмерных деталей с внутренними каналами является сложной технологической задачей, которая решается с применением дисперсных шлифовальных материалов. Требуемого качества поверхностей внутренних каналов можно достичь при использовании технологии центробежно-планетарной обработки с корректным выбором технологических режимов, для которой необходимо разработать теоретическую базу.
Цель исследования. Теоретически обосновать возможности центробежно-планетарной обработки поверхностей мелкоразмерных каналов на основе определения параметров контактного взаимодействия при скользящем ударе рабочего тела.
Материалы и методы. Для определения диапазона технологических характеристик оборудования использовалась разработанная программа «Канал», исходные данные для которой были рассчитаны при помощи компьютерного моделирования контактного взаимодействия в программном пакете ANSYS WORKBENCH. Экспериментальные исследования осуществлялись на установке Д7Н.650.00.00. Использовались образцы мелкоразмерных деталей из латуни ДКРНТ 30 НД Л63 ГОСТ 2060-2006 с покрытием из гальванического серебра. В качестве рабочих тел применялась дробь CHRONITAL фирмы Vulkan Inox Gmbh (Германия).
Результаты исследования. Анализ результатов расчетов в программе ANSYS позволил определить диапазон скоростей рабочих тел, при которых деформации основы детали остаются в пределах нормы. Рассчитанный диапазон скоростей послужил исходными данными для расчета технологических факторов обработки в программе «Канал», благодаря чему получены необходимые параметры для теоретического расчета шероховатости поверхности. Для определения экспериментальных значений шероховатости проведены исследования, позволившие установить эмпирическую зависимость. Показана хорошая сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Обсуждение и заключение. Для технологической подготовки производства теоретически описаны и экспериментально подтверждены взаимосвязи параметров шероховатости обрабатываемой внутренней поверхности с покрытием и технологических режимов центробежно-планетарной обработки. На основе результатов исследований разработан способ обработки внутренних каналов деталей с поверхностями сложного профиля, направленный на повышение эффективности их изготовления с обеспечением требуемого качества поверхностей. Предлагаемая методика является основой для проведения технологической подготовки производства деталей с внутренними поверхностями, имеющими гальваническое покрытие из серебра. Дальнейшие исследования в этой области предполагают расширение гаммы материалов покрытий, твердость которых по-разному соотносится с твердостью основного материала.

Ключевые слова: шероховатость поверхности, мелкоразмерные детали, гальваническое покрытие, центробежно-планетарная обработка, внутренний канал детали, моделирование контактного взаимодействия, напряженно-деформированное состояние, скорость рабочих тел, частота вращения, передаточное отношение, контактное взаимодействие

Финансирование: работа выполнена в рамках проекта «Научные принципы процессов формирования гетерогенных структур методами физико-химического диспергирования» (№ соглашения 0748-2020-0013) в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, 2020 г.

Благодарности: авторы выражают признательность анонимным рецензентам, объективные замечания которых способствовали повышению качества статьи.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Зверовщиков А.Е., Стешкин А.В., Гурин П.А., Миронычев Н.А., Зотов Е.В., Скрябин В.А. Влияние технологических факторов центробежно-планетарной обработки на шероховатость внутренних каналов мелкоразмерных деталей. Инженерные технологии и системы. 2025;35(4):623–640. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202504.623-640

Вклад авторов:
А. Е. Зверовщиков – формулировка замысла/идеи исследования, целей и задач; контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования.
А. В. Стешкин – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов или сбор данных/доказательств; предоставление доступа к необходимым для исследования материалов.
П. А. Гурин – разработка методологии исследования, создание моделей; проверка воспроизводимости результатов экспериментов и исследования в рамках основных или дополнительных задач работы; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
Н. А. Миронычев – применение статистических, математических, вычислительных методов для анализа для анализа данных исследования; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
Е. В. Зотов – создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.
В. А. Скрябин – создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 18.02.2025;
поступила после рецензирования 13.08.2025;
принята к публикации 09.10.2025

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Zverovshchikov A., Zverovshchikov V., Nesterov S. Comprehensive Ensuring of Quality of Surfaces of Details at Centrifugal-Planetary Volume Processing. In: MATEC Web of Conferences. 2018;224(3):01123. URL: https://clck.ru/3QMaJW (дата обращения: 15.02.2025).
  2. Зверовщиков В.З., Зверовщиков А.Е., Скрябин В.А., Гурин П.А. Совершенствование центробежной отделочно-упрочняющей обработки на основе моделирования взаимодействия рабочих тел с микрорельефом поверхностей деталей. Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2013;(5):34–38. URL: http://www.nait.ru/journals/number.php?p_number_id=1864 (дата обращения: 17.02.2025).
  3. Bersirova O.L., Kublanovskii V.S. Crystalline Roughness as a Morphological Characteristic of the Surface of Electroplated Silver Coatings. Russian Journal of Applied Chemistry. 2009;82(11):1944–1948. https://doi.org/10.1134/S1070427209100081
  4. Li Q.-X., Ma Z., Jiang B., Yao Y.-S. Edge Effect Modeling of Small Tool Polishing in Planetary Movemen. In: Proceedings of the International Society for Optical Engineering. Shanghai; 2017;10710:1071030. https://doi.org/10.1117/12.2317560
  5. Wang G.L., Wang Y.Q., Zhou H.B., Yan B.B. Experimental Research of the Elastic Abrasive Tool Used for Finishing Mould Surface. Applied Mechanics and Materials. 2012;101–102:998–1001. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.101-102.998
  6. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Поляков А.И., Фомин Д.С., Кобзев Д.Л. Способ шлифования и полирования отверстий. Патент 2237567 Российская Федерация. 10 октября 2004. https://www.elibrary.ru/ildygz
  7. Крайнов В.В., Тудакова Н.М., Фролова И.Н. Особенности применения электроплазменной обработки. Труды Нижегородского университета им. Р. Е. Алексеева. 2013;(5):25–30.URL: https://www.nntu.ru/content/nauka/zhurnal-trudy-ngtu-im-r-e-alekseeva/nomera-za-2013-god (дата обращения: 22.02.2025).
  8. Бабкина Л.А., Шестаков И.Я., Квасов А.С. Численное моделирование двумерных электростатических полей при электрохимическом полировании. Вестник сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2009;(2):9–14. URL: https://vestnik.sibsau.ru/vestnik/924/ (дата обращения: 22.02.2025).
  9. Greyson E.C., Babayan Y., Odom T.W. Directed Growth of Ordered Arrays of Small-Diameter ZnO Nanowires. Advanced Materials. 2004;(16):1348–1352. https://doi.org/10.1002/adma.200400765
  10. Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Мордовцев А.А., Коханюк А.Г. Исследование вибрационной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей при их подготовке под нанесение покрытия. Упрочняющие технологии и покрытия. 2021;17(1):22–26. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2021-17-1-22-26
  11. Тамаркин М.А., Смоленцев Е.В., Колганова Е.Н. Анализ современного состояния финишных методов обработки в среде свободных абразивов деталей, имеющих малые пазы и отверстия. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019;15(1):122–129. https://doi.org/10.25987/VSTU.2019.15.1.019
  12. Kazakov K.E. Modeling of Contact Interaction for Solids with Inhomogeneous Coatings. In: Journal of Physics: Conference Series. Cambridge. 2009;181(1):012013. https://doi.org/10.1088/1742-6596/181/1/012013
  13. Goryacheva I.G., Makhovskaya Yu.Yu. Elastic Contact between Nominally Plane Surfaces in the Presence of Roughness and Adhesion. Mechanics of Solids. 2017;52(4):435–443. https://doi.org/10.3103/S0025654417040100
  14. Nguyen N.V., Pham T.H., Kim S.E. Strain Rate-Dependent Behaviors of Mechanical Properties of Structural Steel Investigated Using Indentation and Finite Element Analysis. Mechanics of Materials. 2019;137:103089. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2019.103089
  15. Chen X., Liu Y. Finite Element Modeling and Simulation with ANSYS Workbench. Boca Raton: CRC Press; 2018. 472 p. https://doi.org/10.1201/9781351045872
  16. Kot M., Rakowski W., Lackner J.M., Major Ł. Analysis of Spherical Indentations of Coating-Substrate Systems: Experiments and Finite Element Modeling. Materials & Design. 2013;43:99–111. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.06.040
  17. Gao C., Proudhon H., Liu M. Three-Dimensional Finite Element Analysis of Shallow Indentation of Rough Strain-Hardening Surface. Friction. 2019;7(6):587–602. https://doi.org/10.1007/s40544-018-0245-3
  18. Csanádi T., Németh D., Lofaj F. Mechanical Properties of Hard W-C Coating on Steel Substrate Deduced from Nanoindentation and Finite Element Modeling. Experimental Mechanics. 2017;57:1057–1069. https://doi.org/10.1007/s11340-016-0190-x
  19. Alaboodi A.S., Hussain Z. Finite Element Modeling of Nano-Indentation Technique to Characterize thin Film Coatings. Journal of King Saud University-Engineering Sciences. 2019;31(1):61–69. https://doi.org/10.1016/j.jksues.2017.02.001
  20. Pérez E.A.R., Souza R.M. Numerical and Experimental Analyses on the Contact Stresses Developed During Single and Successive Indentations of Coated Systems. Surface and Coatings Technology. 2004;188-189:572–580. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.07.014
  21. Zha X., Jiang F., Xu X. Investigation of Modelling and Stress Distribution of a Coating/Substrate System after an Indentation Test. International Journal of Mechanical Sciences. 2017;134:1–14. https://doi.org/10.1016/J.IJMECSCI.2017.10.002
  22. Pei L., Hyun S., Molinari J.F., Robbins M.O. Finite Element Modeling of Elasto-Plastic Contact between Rough Surfaces. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2005;53(11):2385–2409. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2005.06.008
  23. Jackson R.L., Green I. A Finite Element Study of Elasto-Plastic Hemispherical Contact Against a Rigid Flat. Journal of Tribology. 2005;127(2):343–354. https://doi.org/10.1115/1.1866166
  24. Chan W.L., Fu M.W., Lu J. The Size Effect on Micro Deformation Behaviour in Micro-Scale Plastic Deformation. Materials & Design. 2011;32(1):198–206. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.06.011
  25. Kim G.Y., Ni J., Koç M. Modeling of the Size Effects on the Behavior of Metals in Microscale Deformation Processes. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2007;129(3):470–476. https://doi.org/10.1115/1.2714582
  26. Tahir A., Li G.R., Liu M.J., Yang G.J., Li C.X., Wang Y.Y., и др. Improving WC-Co Coating Adhesive Strength on Rough Substrate: Finite Element Modeling and Experiment. Journal of Materials Science & Technology. 2020;37:1–8.https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.07.033

 

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 8