Особенности разработки технологий получения биметаллических полуфабрикатов инструментального назначения скоростным горячим выдавливанием

Наиболее актуальные вопросы развития техники включают в себя разработку технологических процессов, позволяющих при снижении себестоимости получать изделия с аналогичными или улучшенными эксплуатационными характеристиками. В этой связи весьма перспективны процессы пластического формоизменения металлов, в частности процессы скоростного горячего выдавливания, которые наряду с возможностью получать полуфабрикаты с минимальными припусками под механическую обработку также позволяют реализовать в том же технологическом процессе получение неразъемного биметаллического соединения разнородных сталей, что открывает новые возможности при производстве инструмента различного назначения. Целью данной работы являлась разработка лабораторных технологий получения различных типов биметаллических полуфабрикатов инструмента с возможностью экономии легированных сталей, применяемых в инструментальном хозяйстве, путем их замены (до 80–90 %) на конструкционные стали. По результатам проведенного аналитического обзора определено, что при разработке физико-математических моделей для скоростного горячего выдавливания удобно использовать метод верхней оценки, причем следует опираться на условие пластичности Губера–Мизеса и математический опыт термодинамики нестационарных процессов. Также определены критерии получения качественного биметаллического соединения путем деформационного воздействия при совместном пластическом течении. В результате экспериментальных исследований разработаны схемы деформирования и экспериментальная штамповая оснастка для реализации лабораторных технологий, установлены оптимальная геометрия составных заготовок и энергосиловые параметры, обеспечивающие как формообразование полуфабрикатов инструментального назначения, так и формирование биметаллического соединения разнородных сталей в их составе. Проведен качественный структурно-фазовый анализ с применением методик исследования микроструктуры и микротвердости полученных скоростным горячим выдавливанием биметаллических полуфабрикатов как в зоне биметаллического соединения, так и в общем объеме образцов. Полученные результаты продемонстрировали высокий потенциал для внедрения разработанных лабораторных технологий в промышленное производство.

1. Кудин, М. В. Анализ процесса скоростного ударного выдавливания полостей формообразующих деталей штамповой оснастки / М. В. Кудин, И. В. Качанов, С. А. Ленкевич // Металлургия: респ. межведом. сб. науч. тр.: в 2 ч. / редкол.: В. И. Тимошпольский (гл. ред) [и др.]. Минск: БНТУ, 2013. Вып. 34, ч. 1. С. 201–209.

2. Качанов, И. В. Оптимизация режима нагружения при скоростном ударном выдавливании биметаллических плоскоступенчатых стержневых изделий / И. В. Качанов, В. В. Власов // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Сер. фiзiка-тэхнiчных навук. 2018. Т. 63, № 1. С. 43–52. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-1-43-52.

3. Быков, К. Ю. Силовой режим скоростного комбинированного выдавливания плоских биметаллических дорожных резцов / К. Ю. Быков, И. В. Качанов, И. М. Шаталов // Наука и техника. 2021. № 4. С. 287–295. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-4-287-295.

4. Сварочные процессы и оборудование: учеб. пособие / В. А. Ленивкин, Д. В. Кисилев, В. А. Софьяников, А. И. Никашин. Ростов н/Д.: Изд. центр ДГТУ, 2015. 178 с.

5. Качанов, И. В. Ресурсосберегающая технология получения биметаллических формообразующих деталей «вставка пуансона» скоростным горячим выдавливанием / И. В. Качанов, М. В. Кудин, С. А. Ленкевич // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр.: в 3 кн. / Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2014. Кн. 2: Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки. С. 160–169.

6. Качанов, И. В. Ресурсосберегающая технология скоростного горячего выдавливания биметаллического стержневого инструмента / И. В. Качанов, В. Н. Шарий, В. В. Власов // Наука и техника. 2016. № 1. С. 3–8.

7. Компьютерное моделирование ресурсосберегающей технологии скоростного горячего выдавливания биметаллического инструмента / И. В. Качанов, В. В. Власов, С. А. Ленкевич, А. А. Рубченя // Тенденции интеграции образования, науки и бизнеса: сб. материалов Белорусско-Литовской биржи деловых контактов, 27–28 нояб. 2014 г. Минск: БНТУ, 2014. С. 61–63.

8. Качанов, И. В. Компьютерное моделирование в Deform-3D для анализа пластического течения при скоростном горячем выдавливании биметаллических формообразующих деталей штамповой оснастки / И. В. Качанов, М. В. Кудин, С. А. Ленкевич // Наука и техника. 2015. № 1. С. 20–25.

9. Качанов, И. В. Моделирование процесса скоростного выдавливания биметаллических резцов для дорожных машин в среде программы DEFORM-3D / И. В. Качанов, И. М. Шаталов, А. А. Рубченя // Наука и техника. 2018. № 3. С. 198–203. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-198-203.

10. Быков, К. Ю. Влияние размеров исходной металлической вставки на геометрические параметры биметаллического соединения при выдавливании дорожных резцов / К. Ю. Быков, И. В. Качанов, С. А. Ленкевич // Теоретическая и прикладная механика: междунар. науч.-техн. сб. Минск: БНТУ, 2022. Вып. 37. С. 144–152.

11. Акустическая методика регистрации начальной скорости деформирования при высокоскоростной штамповке стержневых изделий / К. Ю. Быков, И. В. Качанов, С. А. Ленкевич, В. В. Власов // Наука и техника. 2023. № 1. С. 20–26. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-1-20-26.

12. Влияние начальной скорости деформирования на качество биметаллических резцов, полученных скоростным комбинированным выдавливанием / К. Ю. Быков И. В. Качанов, С. А. Ленкевич, И. М. Шаталов // Инновационные технологии, автоматизация и мехатроника в машино- и приборостроении: материалы ХII Междунар. науч.-практ. конф. (Минск, 13 марта 2024 г.): в рамках выставки «Автоматизация, электроника – 2024» / редкол.: А. Р. Околов (гл. ред.) [и др.]; сост. А. Н. Дербан. Минск: БНТУ, 2024. С. 29–30. URL: https://rep.bntu.by/handle/data/142305.