Экспериментальное моделирование контактного взаимодействия абразивного инструмента с обрабатываемым материалом для рационального выбора смазочной среды

Предложен комплексный подход оценки функциональных характеристик СОЖ для шлифования труднообрабатываемых материалов, реализуемый путём экспериментального моделирования повреждения обрабатываемого материала и единичной неровности шлифовального круга при имитации резания со схватываем. Выбор смазочной среды для абразивной обработки осуществляется на основании установления критических процессов в зоне резания с помощью триботехнических параметров и сопутствующих сигналов акустической эмиссии (АЭ), полученных в результате испытаний по возвратно-поступательной схеме ASTM G133 двух пар трения: «абразивный материал—металл» и «металл—металл». Исследование проводили для экологических смазочных сред на основе рапсового масла: в исходном состоянии; смеси с наночастицами Al₂O₃; эмульсии (20 % рапсовое масло + 80 % вода). Установлено, что в условиях контакта «абразивный материал—металл» применение эмульсии обеспечивает снижение адгезионного схватывания контактируемых поверхностей, минимальный коэффициент трения в испытаниях, и самый низкий уровень износа контактируемой пары. Рассматривая контактное взаимодействие «металл—металл», использование композиции рапсового масла с наночастицами Al₂O₃ здесь будет наиболее эффективным, благодаря высокой износостойкости и низкой пластической деформации в контакте. При триботехнических испытаниях исследуемых пар трения, установлено, что максимальное влияние на величину сигнала АЭ оказывает уровень адгезионных процессов при контактном взаимодействие «абразив—металл». Динамика и характер изнашивания пары трения «металл—металл» имеет свои особенности, что отражается на поведение сопутствующего сигнала АЭ, тем что величина значений интегральной оценки АЭ напрямую не коррелирует с результатами износа контактной пары и сильно зависит от состава смазочной среды.

1. Zhu T., Cai M., Gong Y., et al. Research Progress of Eco-Friendly Grinding Technology for Aviation Nickel-Based Superalloys // Int. J. Adv. Manuf. Technol. — 2023 (126), 2863—2886

2. Cui X., Li C., Zhang Y., et al. Comparative Assessment of Force, Temperature, and Wheel Wear in Sustainable Grinding Aerospace Alloy Using Biolubricant // Front. Mech. Eng. — 2023 (18), 3

3. Wickramasinghe K.C., Sasahara Hiroyuki, Abd Rahim Erween, and Perera G.I.P. Green Metalworking Fluids for Sustainable Machining Applications // Journal of Cleaner Production. — 2020 (257), no. 120552

4. Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / под общ. ред. Чичинадзе А.В. — М.: Машиностроение. — 2003

5. Grigoriev S.N., Ivannikov A.Yu., Kuznetsova O.G., Levin A.M., Prozhega M.V., and Zakharov I.N. The Influence of the Highly Concentrated Energy Treatments on the Structure and Properties of Medium Carbon Steel // Metals. — 2020 (10), no. 12, 1—15. https://doi.org/10.3390/met10121669

6. Худобин Л.В., Унянин А.Н. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / под. ред. Худобина Л. В. — Ульяновск: УлГТУ. — 2007

7. Chien-Sheng L. and Yang-Jiun O. Grinding Wheel Loading Evaluation by Using Acoustic Emission Signals and Digital Image Processing // Sensors. — 2020, no. 20, 4092

8. Mirifar S., Kadivar M., and Azarhoushang B. First Steps through Intelligent Grinding Using Machine Learning via Integrated Acoustic Emission Sensors // J. Manuf. Mater. Process. — 2020, no. 4, 35

9. Митрофанов А.П., Растегаев И.А., Житников К.О. Диагностирование режущей способности абразивного инструмента с помощью акустико-эмиссионного контроля // Вестник машиностроения. — 2024 (103), № 9, 773—780

10. Поляков В.С., Никифоров Т.Е., Козлов В.А., Базаров Ю.М. Смазочные композиции на основе рапсового масла // Химия и химическая технология. — 2008 (51), № 3, 58—62

11. Sen B., Mia M., Krolczyk G.M., et al. EcoFriendly Cutting Fluids in Minimum Quantity Lubrication Assisted Machining: A Review on the Perception of Sustainable Manufacturing // Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green. — 2021, Tech. 8, 249—280

12. Митрофанов А.П., Носенко В.А. Исследование технологии микродозированной подачи смазочных композиций с наночастицами при шлифовании жаропрочного никелевого сплава с дополнительным воздушным охлаждением // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). — 2019 (21), № 4, 6—18. doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-6-18

13. Gutierrez R., Fang T., Mainwaring R., et al. Predicting the Coefficient of Friction in a Sliding Contact by Applying Machine Learning to Acoustic Emission Data // Friction. — 2024 (12), 1299—1321