Вплив режимів різання, типу покриття пластин і охолодження на сили різання при торцевому фінішному фрезеруванні високоміцного кулястого чавуну

Світлана Іванівна Радкевич; В’ячеслав Миколайович Рубан

doi:10.26642/ten-2026-1(97)-123-129

Автор(и)

Світлана Іванівна Радкевич Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-8791-1653
В’ячеслав Миколайович Рубан Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-9216-3506

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2026-1(97)-123-129

Ключові слова:

високоміцний чавун з кулястим графітом, EN-GJS-600-3, торцеве фінішне фрезерування, сили різання, твердосплавні пластини, PVD-покриття, CVD-покриття, охолодження, регресійна модель

Анотація

У статті наведено результати експериментального дослідження сил різання при торцевому фінішному фрезеруванні високоміцного чавуну з кулястим графітом EN-GJS-600-3 торцевою фрезою Sandvik Coromant R200-051Q22-12H з круглими твердосплавними різальними пластинами з PVD- та CVD- захисними покриттями з застосуваннях охолоджувальних рідин та без охолодженням. Обробку здійснювали за таких режимів: швидкість різання V = 100 і 150 м/хв, глибина різання t = 0,08 і 0,15 мм, а також подача на зуб Sz = 0,15 і 0,25 мм/зуб. Визначено складові сили різання Px, Py, Pz та результуючі сил різання Pрез. Досліджено вплив швидкості різання, глибини різання та подачі на зуб на силові характеристики процесу торцевого фрезерування високоміцного кулястого чавуну. Встановлено, що найбільший вплив на результуючі сили різання мають глибина різання та подача на зуб, збільшення яких сприяє підвищенню сил різання , тоді як підвищення швидкості різання в більшості випадків супроводжується зменшенням сил різання. Виявлено, що за однакових режимів різання пластини з PVD-покриттям забезпечують нижчі значення сил різання порівняно з пластинами з CVD-покриттям. Крім того для пластин із PVD-покриттям охолодження сприяє зниженню Pрез на 30–40 %, тоді як для пластин із CVD-покриттям у дослідженому діапазоні режимів значення сил різання зменшується в середньому на 10–15 %. Побудовано регресійні моделі для всіх варіантів обробки, адекватність яких підтверджено значеннями коефіцієнта детермінації R² = 0,98–0,99. Встановлено, що найменші значення Pрез досягаються за режимів V = 150 м/хв, t = 0,08 мм, Sz = 0,15 мм/зуб і не перевищують 207Н.

Посилання

Savković, B., Kovač, P., Gostimirović, M. et al. (2010), «Experimental study of nodular cast iron alloys during milling».

Ham, I., Hitomi, K. and Thuering, G.L. (1961), «Machinability of nodular cast irons. Part I: Tool forces and flank adhesion», Transactions of the ASME. Journal of Engineering for Industry, рр. 142–153.

Kumar, K.M., Arun, K., Sathishkumar, N. et al. (2021), «Experimental investigation on the machinability of nodular ductile iron with cubic boron nitride and tungsten carbide inserts», Materials Today: Proceedings, Vol. 39, Part 4, рр. 1386–1389, doi: 10.1016/j.matpr.2020.04.862.

Yanda, H., Ghani, J.A., Rizal, M. and Che Haron, C.H. (2015), «Performance of uncoated and coated carbide tools in turning FCD700 using FEM simulation», International Journal of Simulation Modelling, Vol. 14, No. 3, рр. 416–425, doi: 10.2507/IJSIMM14(3)4.286.

Yiğit, R., Çelik, E., Findik, F. and Koksal, S. (2008), «Tool life performance of multilayer hard coatings produced by HTCVD for machining of nodular cast iron», International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 26, Issue 6, рр. 514–524, doi: 10.1016/j.ijrmhm.2007.12.003.

Reis, A., Fernandes, G.H.N., Sousa, J.A.G. et al. (2024), «Tool life assessment of high strength cast iron alloys in dry face milling operations», Journal of Manufacturing Processes, Vol. 111, рр. 180–193.

Melnychuk, P.P., Balytska, N.O., Glembotska, L.Ye. et al. (2025), Finishne tortseve frezeruvannia vazhkoobrobliuvanykh zalizovuhletsevykh splaviv, monohrafiia, Derzhavnyi universytet «Zhytomyrska politekhnika», Zhytomyr, 240 p.

Vyhovskyi, H.M., Bushlia, V.M., Hromovyi, O.A. and Plysak, M.M. (2023), «Doslidzhennia vplyvu syl rizannia pry chystovomu tortsevomu frezeruvanni na protsesy formoutvorennia obrobliuvanykh poverkhon», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (92), рр. 53–59, doi: 10.26642/ten-2023-2(92)-53-59.

Hromovyi, O.A., Vyhovskyi, H.M., Bushlia, V.M. and Balytska, N.O. (2020), «Shliakhy udoskonalennia protsesu obrobky ploskykh poverkhon detalei frezeruvanniam», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (86), рр. 48–53, doi: 10.26642/ten-2020-2(86)-48-53.

Grzesik, W., Rech, J., Żak, K. and Claudin, C. (2009), «Machining performance of pearlitic–ferritic nodular cast iron with coated carbide and silicon nitride ceramic tools», International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 49, Issue 2, рр. 125–133, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2008.10.003.

Li, S., Lin, H., Zhang, T. et al. (2021), «High-Speed Machining of Malleable Cast Iron by Various Cutting Tools Coated by Physical Vapor Deposition», Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 34, doi: 10.1186/s10033-021-00561-8.

Radkevych, S.I., Glembotska, L.Ye., Melnychuk, P.P. and Kyrylovych, V.A. (2022), «Konstruktyvne rishennia tortsevykh frez zi zminnymy neperetochuvanymy plastynamy dlia obrobky ploskykh poverkhon detalei z chavuniv», Tekhnichna inzheneriia, No. 1 (89), рр. 45–54, doi: 10.26642/ten-2022-1(89)-45-54.

Antoniuk, V.S. (2025), «Analiz temperatur v zoni rizannia ta syl rizannia pry lezovii obrobtsi chavunu z vermykuliarnym hrafitom», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (96), рр. 19–23, doi: 10.26642/ten-2025-1(95)-19-23.

Derbaba, V.A., Patsera, S.T., Bohdanov, O.O. et al. (2023), «Doslidzhennia syl rizannia pid chas tochinnia vysokotverdykh chavuniv», Zbirnyk naukovykh prats NHU, No. 74, рр. 143–153, doi: 10.33271/crpnmu/74.143.

Zaloga, V.O., Honcharov, V.D., Honcharov, V.D. and Zaloga, O.O. (2013), Suchasni instrumentalni materialy u mashynobuduvanni, KNTU, Kirovohrad.

Список використаної літератури:

Experimental study of nodular cast iron alloys during milling / B.Savković, P.Kovač, M.Gostimirović and other. – 2010.

Ham I. Machinability of nodular cast irons. Part I: Tool forces and flank adhesion / I.Ham, K.Hitomi, G.L.Thuering // Transactions of the ASME. Journal of Engineering for Industry. – 1961. – P. 142–153.

Experimental investigation on the machinability of nodular ductile iron with cubic boron nitride and tungsten carbide inserts / K.M. Kumar, K.Arun, N.Sathishkumar and other // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 39, Part 4. – P. 1386–1389. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.862.

Performance of uncoated and coated carbide tools in turning FCD700 using FEM simulation / H.Yanda, J.A. Ghani, M.Rizal, C.H. Che Haron // International Journal of Simulation Modelling. – 2015. – Vol. 14, № 3. – P. 416–425. DOI: 10.2507/IJSIMM14(3)4.286.

Tool life performance of multilayer hard coatings produced by HTCVD for machining of nodular cast iron / R.Yiğit, E.Çelik, F.Findik, S.Koksal // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2008. – Vol. 26, Issue 6. – P. 514–524. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2007.12.003.

Tool life assessment of high strength cast iron alloys in dry face milling operations / A.Reis, G.H.N. Fernandes, J.A.G. Sousa and other // Journal of Manufacturing Processes. – 2024. – Vol. 111. – Р.180–193.

Фінішне торцеве фрезерування важкооброблюваних залізовуглецевих сплавів : монографія / П.П. Мельничук, Н.О. Балицька, Л.Є. Глембоцька та ін. – Житомир : Державний університет «Житомирська політехніка», 2025. – 240 с.

Дослідження впливу сил різання при чистовому торцевому фрезеруванні на процеси формоутворення оброблюваних поверхонь / Г.М. Виговський, В.М. Бушля, О.А. Громовий, М.М. Плисак // Технічна інженерія. – 2023. – № 2 (92). – С. 53–59. DOI: 10.26642/ten-2023-2(92)-53-59.

Шляхи удосконалення процесу обробки плоских поверхонь деталей фрезеруванням / О.А. Громовий, Г.М. Виговський, В.М. Бушля, Н.О. Балицька // Технічна інженерія. – 2020. – № 2 (86). – С. 48–53. DOI: 10.26642/ten-2020-2(86)-48-53.

Machining performance of pearlitic–ferritic nodular cast iron with coated carbide and silicon nitride ceramic tools / W.Grzesik, J.Rech, K.Żak, C.Claudin // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2009. – Vol. 49, Issue 2. – P. 125–133. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2008.10.003.

High-Speed Machining of Malleable Cast Iron by Various Cutting Tools Coated by Physical Vapor Deposition / S.Li, H.Lin, T.Zhang and other // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2021. – Vol. 34. DOI: 10.1186/s10033-021-00561-8.

Конструктивне рішення торцевих фрез зі змінними непереточуваними пластинами для обробки плоских поверхонь деталей з чавунів / С.І. Радкевич, Л.Є. Глембоцька, П.П. Мельничук, В.А. Кирилович // Технічна інженерія. – 2022. – № 1 (89). – С. 45–54. DOI: 10.26642/ten-2022-1(89)-45-54.

Антонюк В.С. Аналіз температур в зоні різання та сил різання при лезовій обробці чавуну з вермикулярним графітом / В.С. Антонюк // Технічна інженерія. – 2025. – № 2 (96). – С. 19–23. DOI: 10.26642/ten-2025-1(95)-19-23.

Дослідження сил різання під час точіння високотвердих чавунів / В.А. Дербаба, С.Т. Пацера, О.О. Богданов та ін. // Збірник наукових праць НГУ. – 2023. – № 74. – С. 143–153.

Suchasni instrumentální materialy u mashynobuduvanni / V.O. Zaloga, V.D. Goncharov, V.D. Goncharov, O.O. Zaloga. – Kirovohrad : KNTU, 2013.