Способ горячей штамповки изделий сложной формы из порошков на основе железа

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. В способе изготавливают сухарь бурового ключа трапецеидального сечения с профилем рабочих граней в виде зубьев у меньшего основания сечения с углом зуба 90°. Формуют заготовку 2 плотностью 80% от энергетической прямоугольной формы шириной, равной меньшему основанию трапецеидального сечения матрицы, выполненной по форме изделия, и расчетной высотой из условия заданной массы изделия . Нагретую до 1100°С заготовку устанавливают в матрице 3, и прикладывают пуансоном 1 усилие со стороны большего основания штампуемого изделия. 2 ил. 1 табл.

((9) (!!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 22 F 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К 4ВТО Р С KO МУ С В ИДЕТ ЕЛ Ь СТВУ (21) 4837599/02 (22) 11.06.90 (46) 07,08.92. Бюл. М 29 (71) Научно-производственное объединение

"Темп " (72) Г,Н,Моргун, В.А.Яковлев, Б.Б.Невоструев, В)А.Семенов, Т.Н.Прошкина, Н.Н.Канунников, B,Е,Водяскин и В.А.Стрижков (56) Дорофеев Ю. Г, и Устименко B.È.Ïoðoùковая металлургия — отрасль прогрессивная. — Ростов-на-Дону, Ростовское книжное издательство, 1982, с, 125-130. (54) СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ИЗ ПОРОШКОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

2 (57) Изобретение относится к порошковой металлургии. 8 способе изготавливают сухарь бурового ключа трапецеидального сечения с профилем рабочих граней в виде зубьев у меньшего основания сечения с углом зуба 90 . Формуют заготовку 2 плотностью 80% от энергетической прямоугольной. формы шириной, равной меньшему основа- . нию трапецеидального сечения. матрицы, выполненной по форме иэделия, и расчетной высотой из условия заданной массы изделия. Нагретую до 1100 С заготовку устанавливают в матрице 3, и прикладывают пуансоном 1 усилие со стороны большего основания штампуемого изделия. 2 ил. 1 табл.

1752509

20

30

40

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии горячей штамповки изделий из пористых заготовок.

Деталь "сухарь" бурового ключа по существующей технологии . изготавливается резкой и фрезеровкой заготовки из стали

12XH3A TY 26-02-1039-87 (технические условия на ключ типа КТГУ-М для насосно-компрессорных труб) с последующей цементацией и термической обработкой.

Работоспособность таких деталей оценивается на специальном стенде по отсутствию проворачивания ключа после нагружения

3,5 т в течение 10 мин, а также количеством 15 циклов работы без скольжения.

Однако сухари, изготовленные по существующей технологии, отличаются нестабильностью эксплуатационных свойств, в некоторых случаях проворачивание может наступить после одного рабочего цикла, что обуславливает замену ключа, простой буровых установок и, как следствие, снижение нефтеотдачи скважин..

Использование методов порошковой металлургии для такого рода деталей сдерживается следующими факторами: традиционными методами порошковой металлургии (прессованием-спеканием-калибровкой) возможно получение деталей с относительной плотностью 80-92%, которая снижает прочностные. характеристики, к тому же, для защиты от коррозии перед нанесением покрытия требуются меры по закрытию пор (пропитка водоотталкивающими составами).

Для повышения физико-механических характеристик порошковых материалов применяют методы горячей штамповки, с помощью которых возможно полное устранение пор. Наряду с такими технологическими параметрами, как температура и давление обработки важное значение имеет выбор оптимальной пористой заготовки с учетом ее последующего формоизменения в 45 процессе горячей штамповки и получения равноплотной конечной детаЛи.

Известны способы формообразования деталей горячей штамповкой йористых заготовок, при которых для уплотнения материала в зонах затрудненной деформации необходимо изменять схему напряженнодеформируемого состояния эа счет придания холоднопрессованной заготовке такой формы, чтобы при уплотнении в этих зонах обеспечивалось интенсивное течение материала;

Наиболее близким к предлагаемому является формообразование деталей "шестерня". в ходе которого получают коническую пористую заготовку меньшего диаметра беэ эубеьв, помещают ее в матрицу и раздают до наружного диаметра, формуя эуб. При такой схеме деформации наряду с осадкой первоначально происходит заполнение материалом периферийных зон изделия и в последнюю очередь основания, Плотность периферийных зон (зубьев) при этом достигает теоретического значения (например, 7,87 г/см для железа), а ступицы (основания) 98-99 от теоретического значения, что отвечает остаточной пористости 1-2 $.

Цель изобретения - снижение усилия горячей штамповки и повышение износостойкости иэделий.

Поставленная цель достигается тем, что сформованную пористую заготовку без зубьев размещают в матрице и прикладывают усилие. затем. пористую заготовку с относительной плотностью 80-85 прямоугольного сечения размещают в матрице таким образом, чтобы ее ширина соот- ветствовала меньшему основанию трапецеидального сечения матрицы, а уси-. лие прикладывают со стороны большего основания изделия, что обеспечивает первоочередное заполнение материалом меньшего основания изделия с оформлением рабочих граней, исключает потери тепла при пбмещении заготовки в матрицу и позволяет снизить усилйе штамповки за счет исключения торможения по наклонным боковым плоскостям.

На фиг.1 и 2 показана схема способа горячей штамповки иэделия "сухарь" бурового ключа трапецеидального сечения с профилем рабочих граней в виде зубьев у меньшего основания сечения.

Значения относительной плоскости заготовок выбраны с учетом уплотняемости железных порошков при традиционно применяемых давлениях прессования 4-7 тс/см . Уменьшение плотности заготовок приводит к окислению при переносе их в штамп в процессе горячей штамповки. Повышение плотности заготовок ведет к росту усилия штамповки. Выбор прямоугольной формы сечения заготовок сделан с учетом простоты конструкции формующего инструмента и легкости осуществления прессования в автоматическом режиме в отличие от заготовки. повторяющей форму готового изделия, когда столкнуть заготовку питателем пресса без дополнительных устройств не представляется возможным, к тому же при нагреве такой заготовки возможно обезуглероживание рабочих граней вследствие большой протяженности поверхности.

1752509

Шир ина изготовленных заготовок, мм

Относительная плотность заготовки, Давление штамповки тс/см

Вариант

Характеристика детали

78 .

6,0

10,5-10,8

10,5-10,8

6,2

10,5-10,8

10.5-10,8

10,5-10,8

4

83

6,5

7,0

8,0

80-85

10.4

80-85

10.9

9,0

Приложение усилия со стороны меньшего основания изделия не позволяет достичь качественного оформления рабочих граней из-за образования застойный "мер-. твых" эон с остаточной пористостью 1-2 и 5 наличия разрывов.

Пример. Изготавливали деталь(фиг.2) с геометрическими размерами; Н = 7,3+0,2 мм, h = 3-0.6 мм, ширина большего оснбвания b = 12 мм, длина! -42 мм, угол наклона 10 боковых граней трапеции у 8О, угол между а рабочими гранями в виде зубьев 90О, расчетная ширина меньшего основания трапецеидального сечения матрицы с учетом 15 допусков 10;5-10,8 мм. Принимая ширину пористой заготовки 2 равной ширине меньшего основания трапецеидального сечения матрицы, задавались относительной плотность заготовки 80 (6,24 г/смз . а также, 20 зная вес детали (23 г), рассчитывали высоту пористой заготовки

23

24х4,15х1, 5 1, 085см(82мм) где 41,5 мм длина заготовки с учетом двустороннего зазора на расширение при нагреве, Прессовали пористые заготовки весом 23 г, шириной 10,5 мм (1 0,8 мм), высотой 8,5 мм(8,2 мм) из материала Fe-С. 25

После нагрева в защитной среде до t<1100 С пористые заготовки помещали в матрицу 3 с шириной меньшего основания сечения матрицы, равной 10,5(10,8) мм, прикладывали пуансоном 1 усилие 30 тс со стороны большего основания изделия.

Полученная деталь после цементации, закалки и отпуска имела твердость 58—

60HRC.

Другие варианты реализации способа приведены в таблице., Формула изобретения

Способ горячей штамповки изделий сложной формы из порошков на основе железа, преимущественно сухаря бурового ключа трапецеидального сечения с профилем рабочих граней в виде зубьев у меньшего основания, включающий формование порошковой заготовки простой формы, размещение ее в матрице. выполненной по форме изделия, и горячую штамповку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения усилия горячей штамповки и повышения износостойкости изделий, заготовку формуют относительной плотностью 80-85 прямоугольного сечения с шириной, равной меньшему основанию трапецеидального сечения матрицы, а усилие штамповки прикладывают со стороны большего основания изделия.

Заниженные значения плотности готовых деталей (7.35 гlсм ), твердость 40HRCy изза окисления заготовки

Формование рабочих граней качественное(фиг. 1а)

Твердость 60HRC>

Твердость 60HRCa

Рост усилия штамповки до

40 тс, значительный облой по периметру детали

Горячая штамповка не имеет смысла из-за неустойчивого положения в матрице за счет выступающего " гребня" формующего пуансона

Некачественное формование рабочих граней из-за торможения перемещения материала по наклонным плоскостям (фиг,2б). Твердость 245-50НВСз. Рост усилия штамповки

1752509 га..as% л юслалъ

Составитель Г.Загорская

Техред M.Óopãåíòàë

Корректор З.Салко

Редактор Н.Лазаренко

Производственно-.издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изооретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5