Способ упрочнения штампов

 

Б.M. Готлиб, И.П. Гординов, И.А. Добычин, В.В. Старших и А.К. Зайнулин .- 1 (72) Авторы мзобретенвя

Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта (7! ) Заяввтедь (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ШТАМПОВ

4

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению инструмента для объемной штамповки крупногабаритных изделий из титановых сплавов и высокопрочных сталей..

Известен способ упрочнения изделий путем тренировки циклическими нагрузками при напряжении ниже предела усталости с последующим отдыхом t1) .

Однако известный способ упрочнения не обеспечивает необходимой конструктивной жесткости штампов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ упроч нения штампов, включающий нагрев до

350-450 С и приложение циклических нагрузок величиной на 15-253, превышающей рабочую (21.

Однако при таком способе упрочнения крупногабаритных штампов при рабочих нагрузках близких к предель"

2 нйм, наблюдается пластическая деформа ция гравюры штампа, приводящая к искажению размеров штампуемых изделий.

При циклическом же нагружении в об" ласти упругости не произойдет упрочнения штампа (так как для упрочнениФ штампа необходимы упругопластические деформации). Кроме того, в процессе эксплуатации штампа, усилия деформирования изменяются в широких преде" лах даже при штамповке однородных изделий (в связи с изменением условий смазки, нагрева и т.д.) могут превывать 15-253 от средних рабочих нагру35

Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости штампов и точности изготовления изделий.

Для достижения поставленной цели в способе упрочнения штампов, включающем нагрев до температуры ниже А и циклическое нагружение при этой температуре, предварительно на рабочей поверхности выполняют компенса3 92 ционные уклоны, а циклическое нагружение осуществляют при интенсивности напряжений 15-25 кгс/мм и длительностью 5-15 с с проведением корректировки гравюры штампа между циклами нагружения.

При этом циклическое нагружение до корректировки гравюры штампа производят при 450-50 0 С 12-15 циклов, а после корректировки гравюры штампа производят нагружение в процессе. о эксплуатации штампа при 350-450 С.

Предварительное нагружение штампа проводят специально изготовленной . заготовкой, плотно прилегающей к рабочей поверхности штампа и нагретой до 700-800 С.

Для отвода тепла от штампа в процессе его эксплуатации (с целью поддержания температуры штампа в пределах 350-450 С) опорные поверхности штампа и опорной плиты профилируют, увеличивая площадь контакта, а на поверхность раздела кладут тонкий пластичный лист металла с хорошей теплопроводностью, например, тонкий лист технической меди.

На чертеже показан штамп, разрез общий вид.

Штамп 1 имеет профилированную рабочую поверхность с углом конусности У и опирается на подштамповую плиту 2, опорная поверхность штампа 1 и подштамповой плиты 2 профилирована и между ними положен тонкий лист из теплопроводного материала 3, выталкиватель 4 также имеет профилированную рабочую поверхность с углом конусности У.

Угол конусности компенсационного уклона определяю по формуле у = arc1g з. (1) а где а - радиус гравюры штампа;

3o — разность между упругими перемещениями в центральной точке штампа на границе гравюры штампа;

- пластическая составляющая перемещения в центральной точке при однократном нагружении;

Ьз - пластическая составляющая суммарного перемещения в центральной точке при циклическом нагружении.

После тренировки компенсационные уклоны принимают значения, необхо6042 4 димые для компенсации только упругих деформаций при рабочих нагружениях штампа, так как после тренировки штамп работает в упругой области. Если гравюра штампа имеет сложную форму, то углы конусности компенсационных уклонов определяют для ряда простых по форме областей, на которые разбивают гравюру штампа и по ним строят конфигурацию профиля гравюры штампа.

$ о

В известном способе создание компенсационных уклонов гравюры штампа не предусмотрено.

Тренировку штампа осуществляют при 450-500 С. Этот диапазон температур выбирают из тех соображений, что при температурах ниже 450 С штамп при интенсивности напряжений 8 60 кгс/мм находится в упругом сор стоянии и не происходит его упроч1$

S$ Действующие напряжения 6ф, 6Iи б р находят расчетным путем симости от усилий нагружения. в завинение. При температурах же выше

500 С и при 6I, ) 25 кгс/мм" наблю.дается явление кратковременной ползучести, в результате которой уровень

2$ накопленных в процессе тренировки штампа остаточных напряжений снижается и не происходит упрочнения штампа (при рабочих нагружениях штамп находится в упруго-пластическом созе стоянии). В известном способе диапазон температур упрочнения составляет 350о

450 С, что не соответствует рабочим температурам крупногабаритных штампов, нагревающимся в процессе штампов$$ ки до 500 С.

Из опытов по циклическому деформированию штамповых сталей (типа

5XHM) при 450-500 С следует, что упрочнение наступает после 10-15 цик4Ю лов нагружения при величине интенсив.— ности напряжений 5 j = 15-25 Kl clмм и при длительности каждого нагружения 5-15 с. Эти условия малоцикловой деформации наиболее полным образок

4$ моделируют условия штамповки в крупногабаритных штампах. Увеличение длительности нагружения выше 15 с приводит к кратковременной ползучести, которая снижает уровень остаточных на$О пряжений. Величину интенсивности напряжений определяют по формуле (, - г) +Юг- в) +(бв-бг) +86,„

5 926о

В отличие от известного способа, где циклическая нагрузка при упрочне-. нии штампа на 15-251 превышает рабочую, предлагается тренировку (упрочнение) штампа осуществлять при на- 5 грузке соответствующей интенсивности напряжений в объеме штамп 6i -- 1525 кгс/мм, что соответствует действительным интенсивностям напряжений в объеме штампа в процессе работы штампа.

Заготовку для тренировки штампа, имеющую конфигурацию готового изделия, но с компенсационными уклонами, изготовляют из жаропрочных сплавов, например, из ЖС6-К или ХН77ТЮР. B тех случаях, когда не удается сделать заготовку монолитной, ее изготовляют из составных частей. Температура заготовки должна быть не ме- 26 о нее 700-800 С, поскольку при наличии подстывания штампа с поверхности и величины термосопротивления на поверхности контакта при тренировке температура рабочей поверхности ,штампа не превышает 500 С.

После тренировки штампа размеры гравюры корректируют согласно полученной расчетной конфигурации. При этом происходит перераспределение зо остаточных напряжений на рабочей поверхности ввиду снятия части металла.

Поэтому после первой тренировки штаппа проводят вторую тренировку в процессе рабочих нагружений. При этом после каждой штамповки проверяют про" филь гравюры и конфигурацию получаемого изделия. В случае необходимости проводят вторую коррекцию штампа после 5- 10 снятых штамповок. 40

Вместе с гравюрой штампа обрабатывают и опорную поверхность штампа

1, делают ее волнистой, таким образом, чтобы в проекции на плоскость разреза получалась синусоидальная 4 кривая. Таким же образом обрабатывают и опорную поверхность на опорной плите 2. Затем на поверхность раздела кладут тонкий лист 3 технической меди или алюминия, т.е. металла с хоро- е шей пластичностью и теплопроводностью. Через такую поверхность при работе штампа в процессе штамповки тепло легче отводится от штампа.

Предлагаемым способом был изготов- лен штамп для осадки дисков из стали

Х15Н5Д2Т радиусом 300 мм. При расчете штампа были использованы кривые де42 6 формирования штамповой стали 5ХНИ.

Для нагрузки с удельным давлением

20 кгс/мм упругая составляющая на границе штампа равнялась 1,46 мм, а в середине, в центральной точке

2,184 мм. Разность между ними Ь

1=2,184 — 1,46 =. 0,784 мм, пластическая составляющая в центральной точке л

= 0,156 мм, суммарное пластическое перемещение в центральной точке 6„а -=

= 0,22 мм. Исходя из этих данных, расчитали угол компенсационного уклона

0,784 + 0,156 + 0,22

300

= а,оо367.

1,16

После профилирования гравюры на карусельном станке была обработана и опорная поверхность, на которую нанесли

"волны" с амплитудой в 75 мм и периодом 150 мм. таким же образом была выполнена и опорная поверхность на опорной плите.

Из отливки стали ХН77ТЮР была изготовлена заготовка для тренировки шта 1па. Затем штамп поместили в печь на прогрев, где он нагревался до 500 С в течение 12 ч. Заготовку нагревали до 800 С. ТренирОвку проводили на прессе усилием 30 тыс. тс.

Всего было осуществлено 12 циклов нагружения при интенсивности напря- . жений А = 18 кгс/мм с длительЕ ностью каждого нагружения 10 с. После тренировки штампа гравюру штампа корректировали до номинальных размеров.

В процессе первых шести рабочих, нагружений штампа контролировали геометрию гравюры штампа, размеры которой несколько изменились, но оста" лись в пределах допуска. В процессе штамповки температура штампа изменялась от 400 до 500 С в процессе непрерывной штамповки десяти дисков.

В штампах обычной конструкции при таких условиях удавалось отштамповать только 6-7 штамповок. После десяти штамповок рабочая поверхность штампа охлаждалась до 400 С и процесс штамповки продолжался.

В результате предварительной тренировки (упрочнения) штампа удалось снизить толщину штамповки (полотна диска). на 20 мм, стойкость штампа повысилась до 220 штамповок вместо

175 по известному способу, пластиФормула изобретения

ВНИИПИ Заказ 2892/10 Тираж 587 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 9260 ческая деформация гравюры штампа после снятия 50 штамповок (дисков) из стали Х15Н5Д2Т составила всего 1 мм.

Предлагаемый способ упрочнения штампов выгоден при производстве S крупногабаритных штамповок, типа лонжеронов, дисков и т.д., где не проходят иные способы упрочнения. Тренировка и правильно выбранный угол компенсационного уклона при профили- iO ровке позволяют снизить вес получаемых изделий за счет снижения пуска на последующую механическую обработку.

Способ упрочнения штампов, включающий нагрев до температуры ниже Ае 2о и циклическое нагружение ври этой температуре, о т л и ч а,ю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости штампов и точ42 8 ности изготовления изделий, предварительно.на рабочей поверхности выполняют компенсационные уклоны, а циклическое нагружение производят при интенсивности напряжений 15-25 кгс/мм

4 и длительностью 5-15 с с проведением корректировки гравюры штампа между циклами нагружения. !

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что циклическое нагружение до корректировки гравюры производят при 450-500 С 12-15 циклов.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что циклическое на.гружение после корректировки гравюры производят в процессе эксплуатации штампа при 350-450 С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

NÃ 4433920, кл. С 21 0 7/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N 574477, кл. С 21 D 9/22, 1975.