Штамп для горячей штамповки поковок и способ его изготовления

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением ,в частности, к устройству и способу изготовления штампов для горячей штамповки, и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения - повышение стойкости инструмента. Волокна размещают в обойме на эталонной детали со стороны их торцов. Волокна в местах закруглений поверхностей гравюры выполнены с площадью поперечного сечения, составляющей 20 - 50% от площади поперечного сечения волокон остальных участков гравюры. Волокна плакированы по боковой поверхности материалом с коэффициентом температуропроводности, в 10 - 30 раз превышающим этот коэффициент для материала волокон. Площадь поперечного сечения плакирующего материала составляет 1 - 15% от площади поперечного сечения материала волокон. При взрыве кольцевого заряда создают деформирующий импульс, тем самым оформляя рабочую поверхность инструмента. Между волокнами размещают плакирующий материал. Толщину его слоя выбирают из заданного соотношения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 21 J l3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4256611/25-27 (22) 23.04.87 (46) 23.05.89. Бюл. № 19 (72) В. Д. Арефьев, А. В. Пакало, А. В. Скащенков, Е. Д. Горохов и С. А. Шестаков (53) 621.073 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 904816, кл. В 21 J 13/02, 1981, (54) ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройству и способу изготовления штампов для горячей штамповки, и м. б. использовано в машиностроении. Цель изобретения — повышение стойкости инструмента. Волокна размещают в обойме на эталонной детали со

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано на машиностроительных предприятиях при изготовлении заготовок для деталей методом горячей штамповки.

Целью изобретения является повышение стойкости инструмента.

На фиг. 1 представлена нижняя часть штампа, общий вид; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 2 (фрагмент рабочей поверхности штампа); на фиг. 4 — комплектная заготовка в сборе перед деформированием взрывом.

Штамп (фиг. 1 и 2) состоит из корпуса 1, в который помещен вкладыш 2 с ручьями 3, выполненными с наружными 4 и внутренними 5 радиусами закруглений. Вкладыш размещен в обойме 6. Рабочая поверхность ручья выполнена из соединенных волокон 7, ÄÄSQÄÄ 1480950 А1 стороны их торцов. Волокна в местах закруглений поверхностей гравюры выполнены с площадью поперечного сечения, составляющей 20 — 50% от площади поперечного сечения волокон остальных участков гравюры.

Волокна плакированы по боковой поверхности материалом с коэффициентом температуропроводности, в 10 — 30 раз превышающим этот коэффициент для материала волокон. Площадь поперечного сечения плакирующего материала составляет 1 — 15% от площади поперечного сечения материала волокон. При взрыве кольцевого заряда создают деформирующий импульс, тем самым оформляя рабочую поверхность инструмента.

Между волокнами разм-щают плакирующий материал. Толщину его слоя выбирают из заданного соотношения. 2 с. и 1 з.. п. ф-лы, 4 ил. которые плакированы высокотемпературопроводным материалом 8 (фиг. 3). В корпусе 1 может быть выполнена полость 9 для подвода охладителя.

Штамп работает следующим образом.

Деформируемая горячая заготовка (не показана) помещается в полость ручья, где осуществляют ее деформирование второй половинкой штампа. В процессе деформирования осуществляется теплопередача от нагретой до ковочной температуры заготовки к рабочей поверхности ручья. От разогреваемой таким образом рабочей поверхности тепло за счет теплопроводности распространяется в объеме всего вкладыша, причем большая часть тепла передается в тепло вкладыша плакирующим материалом, так как его температуропроводность значительно выше температуропроводности основного

1480950

55 материала волокон. Быстрое распространение тепла в объеме вкладыша позволяет исключить местный перегрев металла волокон, повысив тем самым его износостойкость, практически исключив появление разгарных трещин. Для большей интенсивности отвода тепла корпус штампа может быть снабжен камерой для охладителя, который осуществляет отбор тепла от вкладыша. В случае, если материал волокон некоррозионностойкий по отношению к охладителю, целесообразно осуществлять контакт охладителя только с плакирующим материалом, выбрав его предварительно коррозионностойким. Охладитель может быть циркулирующий (вода, воздух, сжиженный газ и др.) .

Охладитель может быть заключен в замкнутый объем, т. е. быть нециркулирующим. В этом случае волокна могут быть выполнены полыми с наличием в .полостях охладителя, который испаряется, отбирая тепло со стороны рабочего торца волокна, и конденсируется с его противоположной стороны. Выполненные таким образом волокна являются тепловыми трубками и обладают способностью интенсивного переноса тепла от одного торца к другому, но изготовленные из достаточно прочного материала осуществляют также работу деформирования.

Волокна, расположенные на радиусах закруглений полости ручья (как наружных, так и внутренних) выполнены с площадью поперечного сечения, составляющей 20—

50О4 площади поперечного сечения волокон остальных участков рабочей поверхности, расположенных за пределами радиусов закруглений. Это позволяет как бы создать на наиболее изнашиваемых участках штампа мелкозернистую структуру металла. Более мелкие волокна предотвращают местный перегрев, более равномерно передают тепло от рабочей поверхности. Для определения данного интервала соотношения площадей волокон выполнены специальные эксперименты. Данные экспериментов показали, что при соотношении площадей менее

20Я стойкость штампа на указанных участках рабочей поверхности (радиусах закруглений) резко снижается, что по-видимому объясняется невозможностью равнопрочной сварки волокон между собой. При соотношении площадей более 50 г„ не обеспечивается равномерный износ рабочей поверхности штампа, участки на радиусах закруглений полостей изнашиваются примерно в

1,5 раза быстрее, чем участки, расположенные за, пределами радиусов закруглений.

Боковая поверхность волокон плакирована материалом с коэффициентом температуропроводности; превышающим в 10—

30 раз коэффициент температуропроводности материала волокон. При отношении коэффициентов менее 10 не обеспечивается равномерный износ ручья штампа, штамп выходит из строя по износу и появлению разгарных трещин на наружных и внутренних радиусах закругления полости ручья. При отношении коэффициентов более 30 не наблюдается повышение стойкости штампа, однако использование в этом случае дорогостоящих плакирующих материалов резко повышает стоимость штампа и увеличивает затраты на инструмент.

Площадь поперечного сечения плакирующего материала составляет 1 — 15О площади поперечного сечения материала волокон.

Исследования в лабораторных условиях показали, что при отношении площадей менее 1О не обеспечивается равномерный износ штампа, штамп выходит из строя по износу и появлению разгарных трещин на радиусах закруглений ручья. Это объясняется тем, что плакирующий материал из-за его малого поперечного сечения не обеспечивает теплоотвод от рабочей поверхности ручья.

При отношении площадей более 15 б резко снижается стойкость всей рабочей поверхности ручья, что связано со сравнительно низкими прочностными свойствами теплопроводных материалов.

Для получения равномерного износа рабочей поверхности ручьев с глубокой полостью, а также штампов, работающих в условиях повышенных температур (труднодеформирующие металлы и сплавы, изотермическая штамповка) волокна, расположенные на участках, подверженных максимальному износу (наружные и внутренние радиусы закругления полости), выполняют из материала, имеющего твердость, превышающую в 1,3 — 2,0 раза твердость материала остальных участков рабочей поверхности. Это может быть материал того же химсостава, только прошедший термообработку в стадии волокна на более высокую твердость, или же материал более дорогостоящий, другого химсостава с повышенной твердостью.

При твердости материала волокон на радиусах, превышающей твердость материала волокон остальных участков менее, чем в 1,3 раза, не обеспечивается равномерный износ ручьев штампов, работающих в тяжелых условиях, в первую очередь выходят из строя радиусы закруглений из-за трещин, износа и потери размеров. При твердости материала волокон на радиусах, превышающей более, чем в 2 раза, твердость материала волокон на остальных участках рабочей поверхности, происходит выкрашивание рабочей поверхности на радиусах закруглений, стойкость штампов падает.

В качестве плакирующего материала может быть использован плакирующий материал с коэффициентом трения, составляющим 0,15...0,8 коэффициента трения материала волокон. Это может быть, например, 1480950

55 композит меди с графитом. В этом случае плакируюший материал служит как бы источником смазки, обеспечивая тем самым меньший износ рабочей поверхности ручья штампа. При коэффициенте трения плакирующего материала, составляюшем менее 0,15 коэффициента трения материала волокон, не обеспечивается равномерный износ всей рабочей поверхности ручья штампа. При коэффициенте трения, превышающем 0,8 величины коэффициента трения, наблюдается растрескивание по рабочей поверхности, что связано с потерей прочностных свойств плакируюшего материала. При этом центры зарождения трещин наблюдаются в плакируюшем материале.

Шта м п из готавл ивают совместным деформированием пучка волокон до получения волокнистой заготовки. При этом перед деформированием пучка волокон устанавливают в обойме 10 (фиг. 4) эталонную деталь 11. На фиг. 4 показан вариант размешения эталонной детали в средней части обоймы, при этом формируются сразу обе половинки штампа. Эталонная деталь повторяет по своей конфигурации готовую поковку с небольшим припуском под чистовую механическую обработку (шлифовку). Волокна с плакирующим мятериалои (в качестве волокон может быть использована, например, биметаллическая стальная проводка, плакированная медью) располагают торцами к поверхности эталонной детали, при этом волокна располагают соосно обойме. реформирование осуществляют импульсным нагружением обоймы энергией взрыва внешнего кольцевого заряда 12 взрывчатого вещества. Торцы волокон, расположенных параллельно продольной оси обоймы, образуют рабочую полость ручья между двумя вкладышами 13 и 14 (фиг. 4) . Со стороны нерабочих торцов волокна могут быть подпрессованы прокладками 15 из сыпучего материала, например, песка. На верхний торец обоймы устанавливают конус-генератор

l6 плоской ударной волны. По наружной поверхности обоймы располагают заряд !2 взрывчатого вещества с толщиной стенки

Н ., которое инициируют с помощью электродетонатора 17. Под действием давления от передаваемой стенкам обоймы энергии взрыва происходит опрессовка обоймы к ее оси. Волокна уплотняются и свариваются между собой по поверхностям контакта, на которых предварительно нанесен плакируюший материал с необходимыми свойствами.

В зависимости от толшины слоя заряда при сварке волокон могут иметь место следующие случаи: волокна свгривяются с образованием между ними во всем объеме вкладышей каналов (капилляров), по которым можно давать пОд давлением смазочноохлаждаюшую жидкость; волокна сварива- ются с образованием каналов в части объема вкладышей; волокна свариваются без образования каналов во всем обьемс вкладышей.

Толщину слоя взрывчатого ве11(ества Н выбирают из соотношения, установленного экспериментально:

Н,1К Г1РКП «

Н.. = (0,5...3,5)

Г1: КП : где Ho — толщи на стенки обоймы;

П11,П:.,П . П. — плотность соответственно материала обоймы, взрывчатого вещества. плакирующего материала и материала волокна.

Для осуществления сварки с образованием каналов во всем объеме вкладышей величину коэффициента (в скобках) выбирают равной 0,5...1,5. При значениях этого коэффициента менее 0,5 часть волокон в объеме вкладыша не сваривается по поверхностям контакта, что резко снижает стойкость рабочей поверхности ручья штампа. Для осуществления случая сварки, указанного в п. 2 формулы изобретения, коэффициент выбирают равным 1,6...2,2.,Для ос шествления случая сварки с использованием пллкпруюн.его материала с коэффициентом трения, составляюшим 0,15...0,8 коэффициента трения материала волокон, коэффициент выбирают равным 2,3...3,5. При коэффициенте, равном 3,5, происходит гарантированное сваривание волокон по всему объему вкладыша, поэтому выбирать величину коэффициента более 3,5 нецелесообразно, так кяк это не увеличивает пол.:-:.11тельный эффект, но приводит к перерасходу взрывчато1.о вещества.

После опрессовки (сварки) осуществляют разрезку обоймы по плоскости р l r с»а рабочей полости. Компенсацию ширины реза осу1цествляют размерами эталонной дета I II.

Пример. В качестве обоймы использую|. стальную трубу из стали 5;хНЧ длиной

190 мм, наружным диаметром 66 мм и толщиной стенки 8 мм. В середннс высAT!, Обой MbI размсшак>т эталоннуIA;ie .Tаль. В кл цстве волокон для участков рабочей поверхности, расположенных нл радиусах злкруl лений полости ручья, 11спольлхloT пр11волокх из стали 25Х5ФМС диаметром 0.8 мм плакируюшим слоем мсдп тол!Ilиной 0,05 мм.

Для остальных хчястков р яооч1 11 1 lовс рхности используют проволокх из сг.1ли 5. х(-(.Ч диаметром 1,15 мм с плакиру1он1и м слое м меди толщиной 0,08 мм. В качсстве взрывчатого вешества используют аммонит

¹ 6ЖВ с толщиной слоя заряда, равной

80 мм. После опрессовкн осуц1ествляют разрезку корпуса с извлечением эт.1.!AIIIIAII детали и изготовлением двуx парных вкладышейй, котор ые используют дл>т I I IT!1 и и О вки нагретых заготовок на прессах.. 1ля исключения приварки эталонной д T i ll торцам волокон наносят Hë ее в11всрхнж1ь слой смязк!l или тон кх к) эляс111 11;х !A !! (1A1480950 кладку. Эталонную деталь можно использовать многократно.

Формула изобретения

1. Штамп для горячей штамповки поковок, содержаший деформирующие элементы .с полостями гравюр ручьев, выполненные в виде блоков волокон, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента, волокна в блоках размещены параллельно продольной оси штампа, при этом волокна, размещенные в местах закруглений поверхностей гравюры, выполнены с площадью поперечного сечения, составляющей 20 — 50% от площади поперечного сечения волокон остальных участков гравюры, волокна плакированы по боковой поверхности материалом с коэффициентом температуропроводности, в 10 — 30 раз превышающим коэффициент температуропроводности материала волокон, плошадь поперечного сечения плакируюшего материала составляет 1—

15% от плошади поперечного сечения материала волокон.

2. Штамп по п. 1, отличающийся тем, что волокна в местах закруглений поверхностей где

Нв.в

20 Но

ПО,П",П П тол шина слоя внешнего кольцевого заряда взрывчатого вещества; тол шина стенки обойм ы; плотность соответственно материала обоймы, взрывчатого вешества, плакируюшего материала и материала во локна. гравюры выполнены с твердостью, превышаюшей твердость волокон остальных участков гравюры в 1,3 — 2,0 раза.

3. Способ изготовления штампа для горячей штамповки поковок, заключаюшийся в совместном деформировании волокон в обойме и последуюшей механической обработке заготовки, отличающийся тем, что волокна деформируют вместе с эталонной деталью, размещенной со стороны торцов волокон, деформирование осуществляют импульсным нагружением, создаваемым при взрыве внешнего кольцевого заряда, толщина слоя взрывчатого вешества которого выбирается из соотношения

Не.в = (0,5...3,5)

П. П.

1480950

1480950

Составитель В. Бешеков

Редактор С. Г1екарь Техред И. Верес Корректор Э. Лончакова

Заказ 2572/9 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Г1роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101