doi: 10.52899/24141437_2025_02_229
УДК: 621.793

Применение текстурирования поверхности для повышения ресурсных характеристик инструмента

Астафьева Н. А., Балановский А. Е. Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Астафьева Н.А., Балановский А.Е. Применение текстурирования поверхности для повышения ресурсных характеристик инструмента // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 2. С. 229–236. DOI: 10.52899/24141437_2025_02_229 EDN: WXEKS

Аннотация

Обоснование. Каждая операция механической обработки металлов сталкивается с трудностями, связанными с локализацией тепла в зоне резания и приводящими к различным проблемам, таким как износ инструмента, увеличение шероховатости поверхности и др. На сегодняшний день актуально искать экологически значимые и экономически выгодные решения, применяя технологии, позволяющие сократить или исключить использование смазочно-охлаждающих материалов. Текстурирование поверхности оказалось одним из многообещающих методов, позволяющих улучшить трибологические свойства рабочей поверхности инструментов. Микротекстуры могут иметь различные геометрические параметры и форму и, как правило, создаются либо на боковой поверхности, либо на передней поверхности режущего инструмента. Качество текстуры во многом зависит от используемых производственных процессов. Основными механизмами улучшения трибологических свойств являются улавливание стружки, сокращение длины контакта и улучшение смазывающей способности, что в конечном итоге помогает снизить силу резания, уменьшить износ инструмента и шероховатость поверхности обрабатываемого материала. Известно, что при сверлении режущее действие происходит внутри отверстия, минимизация эффекта трения на контактных границах инструмента и заготовки всегда является сложной задачей, поскольку доступность смазочно-охлаждающих жидкостей в зоне обработки затруднена восходящим движением стружки, скользящей по поверхности канавки. Эту проблему можно решить путем функционализации поверхностей сверлильного инструмента с помощью микротекстур. Цель работы. В настоящей работе для снижения трения скольжения используется сверлильный инструмент с микротекстурами на стороне канавки и кромки, полученными с применением лазерной обработки. Методы. Оценка влияния геометрических параметров (радиус, глубина, расположение) микротекстур на износ при трении скольжения проводилась на основе лабораторных и натурных испытаний. Выводы. Было обнаружено, что текстурированный инструмент более эффективен, чем нетекстурированный. Установлено, что основными механизмами, отвечающими за улучшение эксплуатационных характеристик сверлильных инструментов с микротекстурированными рабочими поверхностями, являются сокращение длины контакта, захват продуктов износа и образование эффекта микрослоя смазки в режиме резания. Результаты исследования будут полезны для дальнейшего развития данной темы. Ключевые слова:

Список литературы

1. Pimenov D.Y. et al. Resource saving by optimization and machining environments for sustainable manufacturing: A review and future prospects // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 166. P. 112660. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112660 EDN: HSRNGI
2. Zhang K. et al. Effect of microscale texture on cutting performance of WC/Co-based TiAlN coated tools under different lubrication conditions // Applied Surface Science. 2015. Vol. 326. P. 107–118.
3. Machado A.R. et al. State of the art of tool texturing in machining // Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 293. P. 117096. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117096 EDN: VOPMMO
4. Ranjan P., Hiremath S.S. Role of textured tool in improving machining performance: A review // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 43. P. 47–73. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.04.011 EDN: YXQDAM
5. Machado A.R. et al. State of the art of tool texturing in machining // Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 293. P. 117096. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117096 EDN: VOPMMO
6. Wu Z. et al. Tribological characteristics and advanced processing methods of textured surfaces: a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. P. 1241–1277. DOI: 10.1007/s00170-021-06954-2 EDN: QJDPUY
7. Sugihara T., Kobayashi R., Enomoto T. Direct observations of tribological behavior in cutting with textured cutting tools // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2021. Vol. 168. P. 103726. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2021.103726 EDN: NBIMSX
8. Özel T. et al. Structured and textured cutting tool surfaces for machining applications // CIRP Annals. 2021. Vol. 70. №. 2. P. 495–518. DOI: 10.1016/j.cirp.2021.05.006 EDN: TPKJCL
9. Sugihara T., Enomoto T. Performance of cutting tools with dimple textured surfaces: a comparative study of different texture patterns // Precision Engineering. 2017. Vol. 49. P. 52–60.
10. Волосова М.А. О выборе оптимального метода модификации поверхности режущего инструмента исходя из его служебного назначения // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 12. С. 12–16. EDN: PUUJFP
11. Верещака А.С., Верещака А.А. Функциональные покрытия для режущего инструмента / А.С. Верещака // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 26. С. 28–37. EDN: MQPADD
12. Fang Z., Obikawa T. Cooling performance of micro-texture at the tool flank face under high pressure jet coolant assistance // Precision Engineering. 2017. Vol. 49. P. 41–51.
13. Durairaj S. et al. An experimental study into the effect of microtextures on the performance of cutting tool // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 98. P. 1011–1030. DOI: 10.1007/s00170-018-2309-y EDN: YIBMYX
14. Fatima A., Mativenga P.T. On the comparative cutting performance of nature-inspired structured cutting tool in dry cutting of AISI/ SAE 4140 // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2017. Vol. 231, № 11. P. 1941–1948.
15. Григорьянц А.Г., Щиганов И.Н., Мисюров А.И. Технические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 664 с.
16. Бровер Г.И., Щербакова Е.Е. Влияние текстурных эффектов на работоспособность лазернооблученного инструмента. Безопасность техногенных и природных систем. 2023. Т. 7. № 2. С. 102–112. DOI: 10.23947/2541-9129-2023-7-2-102-112 EDN: DQRENQ
17. Кремлева Л.В., Малыгин В.И., Снегирева К.К. Режимы лазерного упрочнения дереворежущего инструмента из легированных сталей // Изв. высш. учебных заведений. Лесн. журн. 2016. № 5. С. 157–166. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.5.157 EDN: WNDDRV