Frontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & Technologies2782-40392782-6074Togliatti State University97210.18323/2782-4039-2024-3-69-9ArticlesСтатьиResearch ArticleThe influence of cutting mode elements on the technological parameters of the process of milling blanks of titanium alloy thin-walled partsВлияние элементов режима резания на технологические параметры процесса фрезерования заготовок тонкостенных деталей из титанового сплаваhttps://orcid.org/0000-0002-5557-4197UnyaninAleksandr N.УнянинАлександр Николаевич
Russian Federation

Doctor of Sciences (Engineering), Associate Professor

доктор технических наук, доцент

a_un@mail.ruChudnovAleksandr V.ЧудновАлександр Владимирович
Russian Federation

postgraduate student

аспирант

chudnov73ru@gmail.comUlyanovsk State Technical UniversityУльяновский государственный технический университет300920243991071610202416102024Copyright ©; 2024, Unyanin A.N., Chudnov A.V.Copyright ©; 2024, Унянин А.Н., Чуднов А.В.2024Unyanin A.N., Chudnov A.V.Унянин А.Н., Чуднов А.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/972

The purpose of a rational mechanical processing mode remains an urgent task of pre-production engineering. Known recommendations and methods for selecting this mode are focused on the processing of solid blanks and do not take into account the fact that when processing thin-walled blanks, the temperatures in the processing zone and the surface layer of the blank differ. The study is aimed at identifying patterns in changing the parameters of the milling process of thin-walled blanks depending on the mode elements, as well as developing recommendations for selecting this mode. The authors performed numerical simulation of technological parameters of the milling process of solid and thin-walled blanks made of titanium alloy under various modes. The cutting speed, cutting depth and feed per cutter tooth were varied. The cutting force, power and densities of heat sources and the temperature in the surface layer of the blank, in the contact zones of the cutter tooth with the blank and the chips with the front surface of the tooth were calculated. It has been found that when milling thin-walled blanks, the temperature field differs significantly from that formed when processing solid blanks due to low heat removal from the unprocessed surface. Increasing the feed per tooth by 45 % leads to an insignificant decrease in temperatures in the cutting zone (by 5...12 %). Increasing the cutting speed by 25 %, on the contrary, leads to an increase in temperatures by 5...10 %. Increasing the cutting depth leads to an increase in the temperature in the chip-tooth contact zone by 1.5 times and to an increase in the temperature in the tooth-blank contact zone.

Назначение рационального режима процесса механической обработки остается актуальной задачей технологической подготовки производства. Известные рекомендации и методики назначения этого режима ориентированы на обработку массивных заготовок и не учитывают того обстоятельства, что при обработке тонкостенных заготовок температуры в зоне обработки и поверхностном слое заготовки отличаются. Исследование направлено на выявление закономерностей в изменениях параметров процесса фрезерования заготовок тонкостенных деталей в зависимости от элементов режима, а также разработку рекомендаций по назначению этого режима. Выполнено численное моделирование технологических параметров процесса фрезерования заготовок массивных и тонкостенных деталей из титанового сплава при различных режимах. Варьировали скорость резания, глубину резания и подачу на зуб фрезы. Рассчитывали силу резания, мощности и плотности источников тепловыделения и температуру в поверхностном слое заготовки, в зонах контакта зуба фрезы с заготовкой и стружки с передней поверхностью зуба. Установлено, что при фрезеровании заготовок тонкостенных деталей температурное поле значительно отличается от формирующегося при обработке массивных заготовок из-за низкого теплоотвода от необрабатываемой поверхности. Увеличение подачи на зуб на 45 % приводит к незначительному снижению температур в зоне резания (на 5…12 %). Увеличение скорости резания на 25 %, напротив, приводит к росту температур на 5…10 %. Увеличение глубины резания приводит к увеличению температуры в зоне контакта стружки с зубом в 1,5 раза, а также к увеличению температуры в зоне контакта зуба с заготовкой.

cutting modetechnological parameters of milling processtemperature fieldyield strengththin-walled blankcutting forcecutting zone temperatureрежим резаниятехнологические параметры процесса фрезерованиятемпературное полепредел текучеститонкостенная заготовкасила резаниятемпература в зоне резанияThe study was carried out with a grant of the Russian Science Foundation No. 24-29-00206, https://rscf.ru/project/24-29-00206/.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00206, https://rscf.ru/project/24-29-00206/.Khudobin L.V., Khusainov A.Sh. Shlifovanie zagotovok klinovidnykh izdeliy [Grinding of blanks of wedge products]. Ulyanovsk, UlGTU Publ., 2007. 249 p.Худобин Л.В., Хусаинов А.Ш. Шлифование заготовок клиновидных изделий. Ульяновск: УлГТУ, 2007. 249 с.Hishihara T., Okuyama S., Kawamura S., Hanasaki S. Study on the geometrical accuracy in surface grinding. Thermal deformation of workpiece in traverse grinding. International journal Japanese society precision engineering, 1993, vol. 59, no. 7, pp. 1145–1150. DOI: 10.2493/jjspe.59.1145.Hishihara T., Okuyama S., Kawamura S., Hanasaki S. Study on the geometrical accuracy in surface grinding. Thermal deformation of workpiece in traverse grinding // International journal Japanese society precision engineering. 1993. Vol. 59. № 7. P. 1145–1150. DOI: 10.2493/jjspe.59.1145.Kuts V.V., Gridin D.S. Comprehensive study of the process of cutting screw grooves on the inner surface of a cylindrical thin-walled bronze bushing. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 2020, no. 10, pp. 72–79. EDN: PXWMTS.Куц В.В., Гридин Д.С. Комплексное исследование процесса нарезания винтовых канавок на внутренней поверхности цилиндрической тонкостенной бронзовой втулки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 72–79. EDN: PXWMTS.Ladyagin R.V., Yakimov M.V Study of the effect of force and temperature in the process of high-speed cutting on the accuracy of treatment of the cylinder blade case. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2020, vol. 22, no. 3, pp. 111–115. DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-3-111-115.Ладягин Р.В., Якимов М.В. Исследование влияния силы и температуры в процессе высокоскоростного резания на точность обработки гильзы блока цилиндров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2020. Т. 22. № 3. С. 111–115. DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-3-111-115.Lapshin V.P., Khristoforova V.V., Nosachev S.V. Relationship of temperature and cutting force with tool wear and vibration in metal turning. Obrabotka metallov / Metal working and material science, 2020, vol. 22, no. 3, pp. 44–58. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-44-58.Лапшин В.П., Христофорова В.В., Носачев С.В. Взаимосвязь температуры и силы резания с износом и вибрациями инструмента при токарной обработке металлов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2020. Т. 22. № 3. С. 44–58. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-44-58.Duan Zhenjing, Li Changhe, Ding Wenfeng et al. Milling Force Model for Aviation Aluminum Alloy: Academic Insight and Perspective Analysis. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2021, vol. 34, article number 18. DOI: 10.1186/s10033-021-00536-9.Duan Zhenjing, Li Changhe, Ding Wenfeng et al. Milling Force Model for Aviation Aluminum Alloy: Academic Insight and Perspective Analysis // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2021. Vol. 34. Article number 18. DOI: 10.1186/s10033-021-00536-9.Radu P., Schnakovszky C. A Review of Proposed Models for Cutting Force Prediction in Milling Parts with Low Rigidity. Machines, 2024, vol. 12, no. 2, article number 140. DOI: 10.3390/machines12020140.Radu P., Schnakovszky C. A Review of Proposed Models for Cutting Force Prediction in Milling Parts with Low Rigidity // Machines. 2024. Vol. 12. № 2. Article number 140. DOI: 10.3390/machines12020140.Zawada-Michałowska M., Kuczmaszewski J., Legutko S., Pieśko P. Techniques for Thin-Walled Element Milling with Respect to Minimising Post-Machining Deformations. Materials, 2020, vol. 13, no. 21, article number 4723. DOI: 10.3390/ma13214723.Zawada-Michałowska M., Kuczmaszewski J., Legutko S., Pieśko P. Techniques for Thin-Walled Element Milling with Respect to Minimising Post-Machining Deformations // Materials. 2020. Vol. 13. № 21. Article number 4723. DOI: 10.3390/ma13214723.Eremeykin P.A., Zhargalova A.D., Gavryushin S.S. Problem of technological deformations of thin-walled workpieces during milling. Obrabotka metallov / Metal working and material science, 2019, vol. 21, no. 3, pp. 17–27. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-17-27.Еремейкин П.А., Жаргалова А.Д., Гаврюшин С.С. Проблема технологических деформаций при фрезерной обработке тонкостенных заготовок // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 3. С. 17–27. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-17-27.Kiselev E.S., Imandinov Sh.A., Nazarov M.V. Quality assurance features non-rigid aluminum blanks when milling with ultrasonic vibrations. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2017, no. 12, pp. 14–17. EDN: ZVLFAR.Киселёв Е.С., Имандинов Ш.А., Назаров М.В. Особенности обеспечения качества нежестких алюминиевых заготовок при фрезеровании с наложением ультразвуковых колебаний // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 12. С. 14–17. EDN: ZVLFAR.Vasilkov D.V., Aleksandrov A.S., Golikova V.V. Self-oscillations during cutting processing. Sistemnyy analiz i analitika, 2018, no. 3, pp. 25–35. EDN: YNNEGL.Васильков Д.В., Александров А.С., Голикова В.В. Автоколебания при обработке резанием // Системный анализ и аналитика. 2018. № 3. С. 25–35. EDN: YNNEGL.Vorontsov A.L., Sultan-Zade N.M., Albagachiev A.Yu. Development of a new theory of cutting 7. Mathematical description of the formation of different chips, pulsation of the cutting force, and contact parameters of the machined billet surface and the rear cutter surface. Russian Engineering Research, 2008, vol. 28, no. 7, pp. 674–680. DOI: 10.3103/S1068798X08070101.Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории резания. 7. Математическое описание образования стружки разных видов, пульсации сил резания и параметров контакта обработанной поверхности заготовки с задней поверхностью резца // Вестник машиностроения. 2008. № 7. С. 56–60. EDN: JVNRFJ.Chen Tao, Liu Jiaqiang, Liu Gang, Xiao Hui, Li Chunhui, Liu Xianli. Experimental Study on Titanium Alloy Cutting Property and Wear Mechanism with Circular-arc Milling Cutters. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2023, vol. 36, article number 57. DOI: 10.1186/s10033-023-00887-5.Chen Tao, Liu Jiaqiang, Liu Gang, Xiao Hui, Li Chunhui, Liu Xianli. Experimental Study on Titanium Alloy Cutting Property and Wear Mechanism with Circular-arc Milling Cutters // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2023. Vol. 36. Article number 57. DOI: 10.1186/s10033-023-00887-5.Balyakin A.V., Khaymovich A.I., Chempinskiy L.A. Modeling of the high-speed milling of titanium alloy VT-9. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2013, vol. 15, no. 6-3, pp. 572–583. EDN: SHQPHB.Балякин А.В., Хаймович А.И., Чемпинский Л.А. Моделирование режима высокоскоростного фрезерования титанового сплава ВТ-9 // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 6-3. С. 572–583. EDN: SHQPHB.Evdokimov D.V., Skuratov D.L., Bukatyy A.S. Technological residual deformations prediction of GTE blades by numerical method after end milling. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2022, vol. 24, no. 1, pp. 11–19. DOI: 10.37313/1990-5378-2022-24-1-11-19.Евдокимов Д.В., Скуратов Д.Л., Букатый А.С. Расчетное прогнозирование технологических остаточных деформаций лопаток ГТД на этапе концевого фрезерования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2022. Т. 24. № 1. С. 11–19. DOI: 10.37313/1990-5378-2022-24-1-11-19.Vasilkov D.V., Aleksandrov A.S., Golikova V.V. Rheology of contact interactions during cutting processing. Sistemnyy analiz i analitika, 2018, no. 2, pp. 13–20. EDN: YVMXEW.Васильков Д.В., Александров А.С., Голикова В.В. Реология контактных взаимодействий при обработке резанием // Системный анализ и аналитика. 2018. № 2. С. 13–20. EDN: YVMXEW.Unyanin A.N., Semdyankin I.V. Modeling of parameters and temperature field of the process of milling blanks of thin-walled parts with different feed speeds. Vestnik Ulyanovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2021, no. 1, pp. 40–43. EDN: TCGJNX.Унянин А.Н., Семдянкин И.В. Моделирование параметров и температурного поля процесса фрезерования заготовок тонкостенных деталей с различными скоростями подач // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2021. № 1. С. 40–43. EDN: TCGJNX.Zhilyaev A.S., Kugultinov S.D. Mathematical simulation of thermal processes when milling aluminum alloy formed parts. Vestnik Koncerna VKO “Almaz – Antey”, 2019, no. 2, pp. 65–70. EDN: FKRVYF.Жиляев А.С., Кугультинов С.Д. Математическое моделирование тепловых процессов при фрезеровании сложнопрофильных деталей из алюминиевых сплавов // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019. № 2. С. 65–70. EDN: FKRVYF.Vorontsov A.L., Sultan-Zade N.M., Albagachiev A.Yu. Development of a new theory of cutting 9. Practical calculations of cutting parameters in turning. Russian Engineering Research, 2008, vol. 28, no. 9, pp. 878–888. DOI: 10.3103/S1068798X08090116.Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории резания. 9. Практические расчеты параметров резания при точении // Вестник машиностроения. 2008. № 9. С. 67–76. EDN: JVNSAD.Reznikov A.N., Reznikov L.A. Teplovye protsessy v tekhnologicheskikh sistemakh [Thermal processes in manufacturing systems]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1990. 288 p.Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.Unyanin A.N. Analytical research on the temperature field at milling with ultrasonic oscillations superposition. Vestnik RGATU im. P.A. Soloveva, 2017, no. 2, pp. 229–235. EDN: YPZFHX.Унянин А.Н. Аналитическое исследование температурного поля при фрезеровании с наложением ультразвуковых колебаний // Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева. 2017. № 2. С. 229–235. EDN: YPZFHX.