№ 2 (164) (2025)

Актуальность проведенного исследования обусловлена необходимостью решения проблемы импортозамещения материалов в автомобилестроении. В статье приведены результаты металловедческих исследований по выбору аналога зарубежной стали для изготовления детали подвески гоночного автомобиля класса «Формула Восток». Комплекс исследований включал химический и металлографический анализ, прочностные испытания на растяжение и измерение твердости. Для определения допустимых нагрузок, возникающих в элементах направляющего аппарата подвески, применен метод анализа напряжено-деформированного состояния нагруженного узла с построением 3D-модели. В качестве заменителя итальянской омологированной стали для изготовления элемента направляющего аппарата подвески определена наиболее близкая по химическому составу отечественная сталь 20Х. Различия в свойствах оригинальной стали и стали-заменителя связаны с особенностями их микроструктуры: более высокий уровень упрочнения оригинальной стали обусловлен меньшим размером зерна. Проведение термической обработки в виде закалки и высокого отпуска (улучшение) позволяет получить в стали 20Х прочность и твердость наиболее близкие к оригиналу, при более высокой пластичности.

Высокопрочные материалы обрабатывают давлением в изотермических условиях с нагревом в оснастке на гидропрессовом оборудовании. При этом наряду с деформационным упрочнением материал заготовки проявляет вязкие свойства, т. е. является вязко-пластичным. Этот фактор необходимо учитывать при разработке технологии обработки давлением, т. к. силовые режимы штамповки и предельные возможности формоизменения существенно зависят от скорости операции. Рассмотрена осадка с нагревом кольцевой заготовки в условиях вязкопластичности. Предложены соотношения для расчета силового и деформационного режимов осадки кольцевой заготовки при схеме осевой симметрии. Для расчета силового режима использован энергетический метод баланса мощностей внутренних и внешних сил. На контактных поверхностях инструмента и кольцевой заготовки принят закон трения Кулона. Расчет мощностей внутренних сил производился в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скоростей перемещений в соответствии с выбранным кинематически возможным полем скоростей, включая поверхности трения. Оптимизация поля скоростей проводилась по принципу минимума давления операции. Оценка повреждаемости материала заготовки выполнена по энергетическому и деформационному критериям разрушения. Представлены расчетные результаты силы осадки и повреждаемости материала для высокопрочных сплавов алюминия и титана. Показано, что при изотермической осадке кольцевой заготовки сила уменьшается при низких скоростях операции. Повреждаемость ряда материалов, поведение которых описывается энергетической теорией разрушения, снижается при уменьшении скорости операции. Для материалов, подчиняющихся деформационной теории разрушения, скорость деформирования не оказывает влияния на повреждаемость, которая определяется только степенью деформации.

Внедренные продукты износа абразивного инструмента на поверхности ответственных изделий из титановых сплавов являются критическим дефектом, способным значимо снижать срок службы узла из-за интенсивного абразивного износа контактирующих поверхностей и образования усталостных трещин. На примере резания единичным зерном показано, что в результате микроскалывания абразивного материала уменьшается перенос металла на контактирующие поверхности зерна и происходит внедрение продуктов износа в обрабатываемую поверхность. При шлифовании инструментами из сверхтвердых материалов возможность контроля и управления данным процессом методом рентгеноспектрального анализа ограничена в результате значительной погрешности определения малых концентраций легких элементов. С целью измерения параметров переноса продуктов износа абразивного материала, предложен способ, основанный на анализе изображений шлифованных поверхностей, полученных в обратно-рассеянных электронах. На основании результатов элементного анализа определен состав продуктов износа и погрешности измерения параметров переноса при шлифовании кругами из карбида кремния и кубическим нитридом бора (КНБ), а именно числа и площади внедренных частиц. Доля внедренных кристаллов абразивных материалов для кругов из карбида кремния – 80 % и для кругов из КНБ – 70 %, в том числе 20 % кристаллы корунда (наполнитель).

Рассмотрены проблемные вопросы, связанные с разработкой, обрабатываемостью и областью применения новых высокопрочных керамических материалов. Эти материалы обладают высокой твердостью, соизмеримой с твердостью абразивных материалов. Поэтому изготовление изделий их таких материалов по традиционным технологиям затруднительна, а в ряде случаях просто невозможна. Для решения этой проблемы нами предложена модернизация станка модели PP600F с реализацией комбинированной электроалмазной обработки высокопрочных керамических материалов алмазными кругами на металлической связке. Модернизация предусматривает разработку специальных узлов и конструкций токосъемника, катода для правки круга, схемы источника технологического тока и конструктивных решений автоматического управления током правки. На основе результатов исследования установлены рациональные режимы резания, гарантирующие качество изделий из высокопрочных композиционных материалов. Эксперименты выполнены по стандартным методикам с использованием оптической и электронной микроскопии. Поставленные задачи решены с учетом исследования удельного расхода алмазных кругов на металлической связке, сил, мощности, температуры резания, дефектов на поверхности шлифовального круга и обрабатываемого изделия. Показано решение управления режущей способностью шлифовального круга и условия их работы в режиме самозатачивания. На основе стабилизации мощности резания установлен режим самозатачивания алмазных кругов на металлической связке и режимы шлифования: vкр = 35 м/с; Sпр = 0,5…1,5 м/мин; Sпоп = 0,02…0,05 мм/дв.ход; iпр = 0,2…0,6 А/см2; iтр = 4…6 А/см2. На примере шлифования диборида циркония алмазным кругом АС6 с зернистость 125/100 на этих режимах гарантирует отсутствие микро, макротрещин, шероховатость обработанной поверхности в пределах 0,2…0,4 мкм.