Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия

В. В. Измайлов, профессор кафедры прикладной физики, докт. техн. наук.
М. В. Новоселова, доцент кафедры прикладной физики, канд. техн. наук.
К. А. Сахаров, аспирант кафедры технологии металлов и материаловедения
Л. Е. Афанасьева, доцент кафедры технологии металлов и материаловедения, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: ludmila.a@mail.ru

Проведено исследование лазерно-азотной резки образцов быстрорежущей стали газоразрядным СО₂-лазером. Получены экспериментальные резы заготовок стали Р6М5 толщиной h от 3,5 до 9,5 мм на различных режимах. Мощность лазерного излучения изменяли от 3,0 до 4,4 кВт, скорость резки — от 0,2 до 3,0 м/мин, давление вспомогательного газа азота — от 0,8 до 1,4 МПа. Изучено влияние параметров лазерной резки на шероховатость поверхности реза быстрорежущей стали. Приведены многофакторные математические модели процессов лазерной резки для разных марок сталей (литературный обзор). Критерием качества исследованных образцов выбран параметр шероховатости Rа (среднее арифметическое отклонение профиля) — статистически наиболее стабильный параметр шероховатости поверхности. В качестве характеристики процесса лазерной резки предложены комплексные параметры: энергетический параметр, содержащий мощность на единицу толщины листа, и скорость резки, и безразмерный параметр, включающий в себя кроме энергетического параметра, давление вспомогательного газа. Для аналитического описания зависимости характеристики шероховатости поверхности реза от технологических параметров лазерной резки использованы числовые модели, построенные на основании статистической обработки экспериментальных данных (корреляционный и регрессионный анализ). Приведены эмпирические формулы, связывающие значения безразмерной шероховатости Ra/h поверхности реза и комплексные параметры. Результаты сравнения экспериментальных и расчетных значений параметра шероховатости подтверждают адекватность предложенных математических моделей. Коэффициент корреляции расчетных и экспериментальных значений Ra/h составляет не менее 0,7 и соответствует высокой степени корреляции.

1. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. — М. : Металлургия, 1983. — 527 с.
2. Кремнев Л. С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов оптимального состава // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 11. С. 18–28.
3. Богодухов С. И., Козик Е. С., Свиденко Е. В. Упрочнение быстрорежущей стали Р6М5 // Черные металлы. 2022. № 11. С. 59–65.
4. Афанасьева Л. Е., Новоселова М. В., Измайлов В. В., Барчуков Д. А. Исследование триботехнических свойств поверхностей, полученных воздействием концентрированных потоков энергии. — Тверь: Тверской государственный технический университет. 2022. — 164 с.
5. Афанасьева Л. Е., Барабонова И. А., Раткевич Г. В., Новоселова М. В., Гречишкин Р. М. Микроморфология поверхности и абразивная износостойкость инструментальной стали после газолазерной резки // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 12. С. 46–53. DOI: 10.7868/S0207352816100036
6. Afanasieva L., Bolotov A., Abu-Abed F. High-speed steel technology substitution in mining machinery — an experimental study // Acta Monstanistica Slovaca. 2024. Vol. 29, Iss. 1. P. 50–61. DOI: 10.46544/AMS.v29i1.05
7. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной сварки, резки и размерной обработки. — М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. — 376 с.
8. Khatak P. Laser cutting technique: A literature review // Materials today: proceedings. 2022. Vol. 56. P. 2484–2489. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.08.250
9. Alsaadawy M., Dewidar M., Said A., Maher I., Shehabeldeen T. A. A comprehensive review of studying the influence of laser cutting parameters on surface and kerf quality of metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. Vol. 130, Iss. 3. P. 1039–1074. DOI: 10.1007/s00170-023-12768-1
10. ГОСТ 19265-73. Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия. — Введ. 01.01.1975.
11. ГОСТ Р ИСО 9013-2022. Резка термическая. Классификация резов. Геометрические характеристики изделий и допуски по качеству. — Введ. 01.09.2022.
12. Минаев И. В., Сергеев Н. Н., Тихонова И. В., Гвоздев А. Е., Хонелидзе Д. М., Голышев И. В. Влияние параметров лазерной резки на качество поверхности реза стальных листов // Известия Тульского государственного университета. Серия «Технические науки». 2014. № 3. С. 50–58.
13. Малий Д. В., Медведев П. Н. Влияние шероховатости и теплопроводности обрабатываемой стали на выбор параметров газолазерной резки // Инженерный вестник Дона. 2022. № 3 (87). С. 52–61.
14. Кутепов С.Н., Клементьев Д. С. Оптимизация параметров лазерной резки легированных сталей для получения качественных показателей поверхности реза // Фундаментальные основы механики. 2024. № 13. С. 71–74. DOI: 10.26160/2542-0127-2024-13-71–74
15. Минаев И. В., Гвоздев А. Е., Колмаков А. Г., Хейфец М. Л., Кутепов С. Н. Особенности лазерной резки в синтезе технологий изготовления и упрочнения деталей из сталей // Актуальные вопросы машиноведения. 2020. Т. 9. С. 254–260.
16. Zaied M., Bayraktar E., Katundi D., Boujelbene M., Miraoui I. Effect of laser cutting parameters on surface quality of low carbon steel (S235) // Journal of Achievements in Materials and manufacturing Engineering. 2012. Vol. 54, Iss. 1. P. 128–134.
17. Nguyen T. H., Nguyen D. T., Tran X. T. Effect of cutting parameter on surface roughness in laser-assisted turning of 9CrSi hardened steel // International Journal of Scientific Engineering and Science. 2019. Vol. 3, Iss. 8. P. 56–60.
18. Soori M., Jough F. K. G., Arezoo B. Residual stress and surface roughness minimization in laser cutting of 304L stainless steel // Scientia Iranica. 2024. DOI: 10.24200/SCI.2024.62207.8240
19. Radovanovic M., Dasic P. Research on surface roughness by laser cut // The Annals of University Dunarea de Jos of Galati Fasicule VII, Tribology. 2006. Vol. 84. P. 84–88.

20. Минаев И. В., Кутепов С. Н., Сергеев А. Н., Клементьев Д. С., Голышев И. В. Особенности газолазерной резки углеродистых сталей: монография. — Тула : Изд-во ТулГУ, 2024. — 170 с.
21. ГОСТ Р ИСО 4287-2014. Геометрические характеристики изделий (gps). Структура поверхности. Профильный метод. Термины, определения и параметры структуры поверхности. — Введ. 01.01.2016.
22. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения. — Введ. 01.01.1983.
23. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. — Введ. 01.01.1975.
24. Измайлов В. В., Новоселова М. В. Афанасьева Л. Е. Оптимизация энергетического режима лазерной резки биметаллического материала по критерию минимума шероховатости // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2025. № 3 (27). С. 42–48.
25. Уайтхауз Д. Метрология поверхностей. Принципы, промышленные методы и приборы. — Долгопрудный : Издательский Дом «Интеллект», 2009. — 472 с.