Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке

Введение. Высокоскоростная механическая обработка нержавеющей стали уже давно находится в центре внимания исследований. Из-за таких характеристик, как низкая теплопроводность и склонность к деформационному упрочнению, сталь AISI 304 трудно обрабатывать механически. Индикаторы обрабатываемости дают важную информацию об эффективности и результативности процесса обработки, позволяя производителям оптимизировать параметры обработки для повышения производительности и точности. Цель работы. Для обработки нержавеющей стали AISI 304 чаще всего используют твердосплавные инструменты с покрытием. Между тем в немногих исследованиях изучалось влияние предварительной и постобработки твердосплавных инструментов с покрытием при высокоскоростном точении этих сплавов. Кроме того, лишь небольшое количество исследований одновременно оптимизировали параметры резания при использовании инструментов с предварительной и последующей обработкой. Методы исследования. В настоящей работе проводится сравнительная оценка эффективности резцов с износостойким покрытием, а также с износостойким покрытием на пескоструйной основе при точении нержавеющей стали AISI 304. Использовали резцы с двумя типами покрытий: 1) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров PVD-AlTiN; 2) с покрытием AlTiN, нанесенным осаждением паров (PVD-AlTiN) с микропескоструйной обработкой в качестве последующей обработки (покрытием на пескоструйной основе); 3) с покрытием TiCN/Al2O3, нанесенным умеренно-температурным химическим осаждением из газовой фазы (MTCVD-TiCN/Al2O3). Для прогнозирования и оптимизации характеристик токарной обработки были разработаны математические модели, основанные на экспериментальных данных. Результаты и обсуждение. В этом исследовании было обнаружено, что инструменты с покрытием PVD-AlTiN имеют самую низкую силу резания и обеспечивают низкую шероховатость поверхности; за ними следуют инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке, и инструменты с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3. Однако существенных различий при обработке инструментами с износостойкими покрытиями и покрытиями, подвергшимися микропескоструйной обработке, не наблюдалось. Было обнаружено, что сила резания увеличивается с увеличением подачи и глубины резания, но уменьшается со скоростью резания. Однако этот эффект был существенным для инструментов с покрытием MTCVD. С другой стороны, более высокий срок службы характерен для инструментов с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3; на втором месте – инструменты с покрытием PVD-AlTiN и инструменты с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутые микропескоструйной обработке. Срок службы инструмента во многом зависит от скорости резания. Однако для инструментов с покрытием PVD-AlTiN этот эффект проявляется более заметно. Модели с коэффициентами корреляции выше 0,9 можно использовать для прогнозирования реакции при точении нержавеющей стали AISI 304. Оптимизационный анализ позволил выявить, что при точении нержавеющей стали AISI 304 инструментами с покрытием MTCVD-TiCN/Al2O3 и силой резания 18–27 Н минимальная шероховатость поверхности составляет 0,3–0,44 мкм, а срок службы инструмента выше 36–51 мин по сравнению с инструментами с покрытием PVD-AlTiN (С) и инструментами с покрытием PVD-AlTiN, подвергнутыми микропескоструйной обработке (CMB).

AISI 304 (12Х18Н10Т), сила резания, срок службы инструмента, резцы с износостойким покрытием, шероховатость поверхности, многокритериальная оптимизация