omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-187-45-51EYGUCNomna-261Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGАнализ силы резания при фрезеровании закаленной сталиThe analysis of cutting forces for hardened steel millingМакашинД. С.MakashinD. S.

МАКАШИН Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты»

г. Омск

AuthorID (РИНЦ): 926848

AuthorID (SCOPUS): 57203642272

MAKASHIN Dmitriy Sergeyevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Metalcutting Machines and Tools Department, Mechanical Engineering Institute

Omsk

AuthorID (РИНЦ): 926848

AuthorID (SCOPUS): 57203642272

dima.makashin@gmail.comОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330092023034551Copyright © Макашин Д.С., 20232023Макашин Д.С.Makashin D.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/261

Микрофрезерование является широко используемым производственным методом обработки. Основной целью данного исследования является анализ сил резания в коррозионно-стойкой, жаропрочной стали 14Х17Н2. Исследования полного факторного эксперимента по обработке стали 14Х17Н2 проводились с использованием микроконцевой фрезы с покрытием AlTiN. Были разработаны новые математические модели силы резания и осевой силы, которые адекватно способны прогнозировать и оптимизировать силы, действующие на режущий инструмент. Получены графики расчета минимально необходимой подачи на зуб и глубины резания, при которых обеспечиваются  максимальные силы резания и осевые силы, что позволяет повысить стойкость режущего инструмента при микрофильмировании. Полученные математические модели описывают с 90 %-ной и более точностью полученные экспериментальные данные.

Micro milling is a widely used manufacturing method. The main purpose of this study is to analyze the cutting forces in corrosion-resistant, heat-resistant steel 14Kh17N2. Studies of the full factorial experiment on the processing of steel 14Kh17N2 are carried out using a micro end mill with AlTiN coating. New mathematical models of cutting force and axial force have been developed that are adequately able to predict and optimize the forces acting on the cutting tool. Graphs have been obtained for calculating the minimum required feed per tooth and depth of cut, at which maximum cutting forces and axial forces are provided, which makes it possible to increase the durability of the cutting tool during microfilming. The obtained mathematical models describe the obtained experimental data with 90% or more accuracy.

производствофрезасилы резанияподача на зубстратегия фрезерованиявстречное фрезерованиепопутное фрезерованиеканавочное фрезерованиеproductioncuttercutting forcesfeed per toothmilling strategycounter millinghelical millinggroove millingReferencesXu G., Chen J., Zhou H. [et al.]. Multi-objective feedrate optimization method of end milling using the internal data of the CNC system // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 101. P. 715–731. DOI: 10.1007/s00170-018-2923-8.Xu G., Chen J., Zhou H. [et al.]. Multi-objective feedrate optimization method of end milling using the internal data of the CNC system // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 101. P. 715–731. DOI: 10.1007/s00170-018-2923-8. (In Engl.).Волков Д. И., Проскуряков С. Л. Разработка модели процесса резания с учетом цикличности формирования стружки // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2011. Т. 15, № 3 (43). С. 72–78.Volkov D. I., Proskuryakov S. L. Razrabotka modeli protsessa rezaniya s uchetom tsiklichnosti formirovaniya struzhki [Development of process models including cutting cycle formation chip] // Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tekhnicheskogo universiteta. Vestnik USATU. 2011. Vol. 15, no. 3 (43). P. 72–78. (In Russ.).Расщупкин А. В., Макашин Д. С. Повышение точности формообразования поверхности твердосплавным осевым инструментом // Россия молодая: передовые технологии — в промышленность. 2011. № 1. С. 115–116.Rasshchupkin A. V., Makashin D. S. Povysheniye tochnosti formoobrazovaniya poverkhnosti tverdosplavnym osevym instrumentom [Improving the accuracy of surface shaping with a hard-alloy axial tool] // Rossiya molodaya: peredovyye tekhnologii — v promyshlennost’. Russia is Young: Advanced Technologies for Industry. 2011. No. 1. P. 115–116. (In Russ.).Григорьев С. Н., Гурин В. Д., Козочкин М. П. [и др.]. Диагностика автоматизированного производства / под ред. С. Н. Григорьева. Москва: Машиностроение, 2011. 600 с.Grigor’yev S. N., Gurin V. D., Kozochkin M. P. [et al.]. Diagnostika avtomatizirovannogo proizvodstva [Diagnostics of automated production] / ed. by S. N. Grigor’yeva. Moscow, 2011. 600 p. (In Russ.).Baro P. K., Joshi S. S., Kapoor S. G. Modeling of cutting forces in a face-milling operation with self-propelled round insert milling cutter // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2005. Vol. 45. P. 831–839. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2004.11.008.Baro P. K., Joshi S. S., Kapoor S. G. Modeling of cutting forces in a face-milling operation with self-propelled round insert milling cutter // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2005. Vol. 45. P. 831–839. DOI: 10.1016/j. ijmachtools.2004.11.008. (In Engl.).Анцев А. В., Пасько Н. И. Особенности оптимизации режимов резания с учетом фактора случайности // Вестник Брянского государственного технического университета. 2018. № 9. С. 15–20. DOI: 10.30987/article_5bd17b459c1d00.72079190.Antsev A. V., Pas’ko N. I. Osobennosti optimizatsii rezhimov rezaniya s uchetom faktora sluchaynosti [Peculiarities of cutting mode optimization taking into account random factor] // Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Bulletin of Bryansk State Technical University. 2018. No. 9. P. 15–20. DOI: 10.30987/article_5bd17b459c1d00.72079190. (In Russ.).Евдокимова О. П., Макашин Д. С. Оптимизация параметров обработки фрезерованием деталей с помощью CAM системы // Техника и технологии машиностроения: материалы XI Междунар. науч.-техн. конф., 26–28 апреля 2022 г. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2022. С. 108–111.Evdokimova O. P., Makashin D. S. Optimizatsiya parametrov obrabotki frezerovaniyem detaley s pomoshch’yu CAM sistemy [Optimization of machining parameters by milling parts using the CAM system] // Tekhnika i tekhnologii mashinostroyeniya. Technique and Technologies of Engineering. Omsk. P. 108–111. (In Russ.).Мокрицкий Б. Я., Космынин А. В., Серебренникова А. Г., Саблин П. А. Фрезерование высокотвердых материалов с обеспечением рационального состояния технологической системы резания. Часть 1 // Металлообработка. 2023. № 1 (133). С. 21–26. DOI: 10.25960/mo.2023.1.21.Mokritskiy B. Ya., Kosmynin A. V., Serebrennikova A. G., Sablin P. A. Frezerovaniye vysokotverdykh materialov s obespecheniyem ratsional’nogo sostoyaniya tekhnologicheskoy sistemy rezaniya. Chast’ 1 [Milling of highly hard materials with ensuring the rational state of the technological cutting system. Part 1] // Metalloobrabotka. Metalworking. 2023. No. 1 (133). P. 21–26. DOI: 10.25960/mo.2023.1.21. (In Russ.).Antsev A. V., Zhmurin V. V., Yanov E. S. [et al.]. Cutting tool wear monitoring using the diagnostic capabilities of modern CNC machines // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1260. 032003. DOI: 10.1088/1742-6596/1260/3/032003.Antsev A. V., Zhmurin V. V., Yanov E. S. [et al.]. Cutting tool wear monitoring using the diagnostic capabilities of modern CNC machines // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1260. 032003. DOI: 10.1088/1742-6596/1260/3/032003. (In Russ.).Бреев С. В. Повышение качества обработанной поверхности при цилиндрическом фрезеровании на основе исследования напряженно-деформированного состояния зоны стружкообразования: дис. канд. тех. наук. Комсомольск-на-Амуре, 2011. 151 с.Breyev S. V. Povysheniye kachestva obrabotannoy poverkhnosti pri tsilindricheskom frezerovanii na osnove issledovaniya napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya zony struzhkoobrazovaniya [Improving the quality of the machined surface during cylindrical milling based on the study of the stressstrain state of the chip formation zone]. Komsomolsk-on-Amur, 2011. 151 p. (In Russ.).Елкин М. С., Безъязычный В. Ф. Влияние покрытия режущего инструмента на силу резания при финишном концевом фрезеровании // XIII Королёвские чтения: Междунар. молодёж. науч. конф.: сб. тр. Самара: Изд-во Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева. 2015. Т. 1. С. 199–200.Elkin M. S., Bez”yazychnyy V. F. Vliyaniye pokrytiya rezhushchego instrumenta na silu rezaniya pri finishnom kontsevom frezerovanii [Influence of the coating of the cutting tool on the cutting force during finishing end milling] // XIII Korolevskiye chteniya. XIII Korolev Readings. 2015. P. 199– 200. (In Russ.).Huang P. B. An intelligent neural-fuzzy model for an in-process surface roughness monitoring system in end milling operations // Journal of Intelligent Manufacturing. 2016. Vol. 27 (3). P. 689–700. DOI: 10.1007/s10845-014-0907-6.Huang P. B. An intelligent neural-fuzzy model for an in-process surface roughness monitoring system in end milling operations // Journal of Intelligent Manufacturing. 2016. Vol. 27 (3). P. 689–700. DOI: 10.1007/s10845-014-0907-6. (In Engl.).Аверченков А. В. Автоматизированный выбор металлорежущего инструмента для механической обработки заготовок деталей машин // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012. № 9. С. 27–31.Averchenkov A. V. Avtomatizirovannyy vybor metallorezhushchego instrumenta dlya mekhanicheskoy obrabotki zagotovok detaley mashin [Automated selection of metal-cutting tools for machining blanks of machine parts] // Naukoyemkiye tekhnologii v mashinostroyenii. Science-intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2012. No. 9. P. 27–31. (In Russ.).Любезный М. М. 5 стратегий обработки для фрезерования — базовые и расширенные методы фрезерования. URL: http://engcrafts.com/item/2050-frezerovanie (дата обращения: 06.02.2023).Lyubeznyy M. M. 5 strategiy obrabotki dlya frezerova- niya — bazovyye i rasshirennyye metody frezerovaniya [5 machining strategies for milling — basic and advanced milling methods]. URL: http://engcrafts.com/item/2050-frezerovanie (accessed: 02.06.2023). (In Russ.).Жиляев А. С. Исследование влияния геометрии концевой фрезы на силу и температуру в зоне резания // Развитие науки и технологий: проблемы и перспективы развития: сб. науч. тр. Санкт-Петербург: Изд-во: НОО Профессиональная наука. 2017. С. 206–214.Жиляев А. С. Исследование влияния геометрии концевой фрезы на силу и температуру в зоне резания // Развитие науки и технологий: проблемы и перспективы развития: сб. науч. тр. Санкт-Петербург: Изд-во: НОО Профессиональная наука. 2017. С. 206–214.Nghiep T. N., Ahmed A. D. Sarhan, Hideki A. Analysis of tool deflection errors in precision CNC end milling of aerospace aluminum 6061-T6 alloy // Measurement. 2018. Vol. 125. P. 476–495. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.05.011.Nghiep T. N., Ahmed A. D. Sarhan, Hideki A. Analysis of tool deflection errors in precision CNC end milling of aerospace aluminum 6061-T6 alloy // Measurement. 2018. Vol. 125. P. 476–495. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.05.011.

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