CC BY
47
Experimental possibility for decreasing of deformation loads during upsetting by using special ram with fillets is shown. The equal von Mises stresses in standard ram and special ram with fillets during impact loading were obtained by simulation in AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL 2008. The possibility ofproviding of equal strength of standard ram and ram with fillets offorging hammers was obtained.
Key words: efficiency of impact, upset process, hammer, drop forging.
Lavrinenko Vladislav Yurievich, doctor of technical sciences, professor, vlavrinen-ko a bmstii.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,
Shagaleyev Ruslan Rinatovich, student, vlavrinenkoa bmstu. ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University
УДК 621.071
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ И ПРЕСС-ФОРМ ИЗ ТЕПЛОСТОЙКИХ
СТАЛЕЙ
В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, Ю.А. Титов, О.И. Морозов
Представлен разработанный способ повышения стойкости рабочих поверхностей деталей штампов и пресс-форм из теплостойких сталей за счет напыления износостойкого покрытия ионно-плазменным методом на рабочую поверхность инструмента, подвергнутую холодному пластическому деформированию (механической активации).
Ключевые слова: стойкость, поверхность, деталь, штамп, пресс-форма, покрытие, стали, ионно-плазменный метод.
Ульяновский государственный технический университет имеет приоритетные технологические разработки в области повышения стойкости рабочих деталей штампов за счет нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность. Применение износостойких покрытий на рабочие поверхности штампового инструмента позволит значительно повысить стойкость, увеличить ресурс рабочих деталей штампов листовой штамповки и пресс-форм.
Сотрудники кафедр «Материаловедение и обработка металлов давлением» и «Металлорежущие станки и инструменты» проводят исследовательские и прикладные работы по установлению рациональных режимов нанесения износостойких покрытий методом ионно-плазменного напыления на рабочий инструмент. В настоящее время выполнен предварительный анализ номенклатуры тяжелонагруженных деталей штампового инструмента, используемой для изготовления изделий номенклатуры АО «УКБП».
Разработанный способ может быть использован при повышении работоспособности рабочих поверхностей штампов листовой, холодной объемной и горячей штамповки из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости, к примеру 5ХНМ и 4Х5МФС, а также пресс-форм из стали 4Х5МФС.
Анализ научно-технической информации позволил выделить основные направления повышения стойкости штампов и пресс-форм.
1. Способ термической обработки штампов из полутеплостойких сталей повышенной вязкости, а также способ термической обработки штампов и пресс-форм из теплостойких сталей повышенной вязкости [1]. Изготовление штампов и пресс-форм из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости заключается в следующем.
Нагревают инструмент до температуры закалки, выдерживают при этой температуре, охлаждают штампы и пресс-формы простой формы, мелкие - в масле, а сложной формы - габаритные - на воздухе. Практикуют охлаждение в горячих средах с температурой 350...250 °С, а затем на воздухе.
После закалки выполняют отпуск на требуемую техническими условиями твердость.
Недостатками способа являются: при охлаждении штампов на воздухе значения предела текучести получают невысокие, поэтому стойкость инструмента низкая, а с учетом сложности формы штампов технология их изготовления является затратной. При охлаждении штампов при закалке на масло получают удовлетворительный комплекс механических свойств, но данная технология распространяется только на штампы простой формы, что резко ограничивает область их применения.
2. Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием [2], заключающийся в том, что заготовке сообщают крутящий момент и обкатывают поверхность детали цилиндрическим роликом с приложением постоянной радиальной силы и тормозного момента.
3. Способ упрочнения детали поверхностным пластическим деформированием [3], включающим сообщение заготовке крутящего момента и обкатку ее цилиндрическим роликом, к которому в процессе обкатки прикладывают постоянную радиальную силу и тормозной момент, причем приложение к ролику тормозного момента осуществляют с увеличением тангенциального переноса металла заготовки, а заготовку предварительно покрывают «смесью» глицерина со шламом от абразивной обработки, а ролику сообщают дополнительно продольную подачу и возвратно-поступательное движение.
Недостатками данных способов является снижение качества поверхности заготовки из-за проскальзывания ролика относительно поверхности заготовки, недостаточные износостойкость, прочность и долговечность заготовки, а также наличие некруглости и эксцентриситета заготовки из-за биения.
4. Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-дуговым методом наносят покрытие из нитрида титана (ПК) или карбонитрида титана (ИСК) [4]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытия, обладающие хорошей адгезией к инструментальному материалу, имеют относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений либо имеют высокую микротвердость, но недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие легко подвергается абразивному износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.
Наиболее эффективным способом того же назначения по совокупности признаков является способ, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана и циркония Т17гК и верхнего слоя нитрида титана, циркония и хрома тгСгК [5].
Целью представленного способа при использовании механической активации являются повышение стойкости рабочих деталей штампа, расширение его технологических возможностей при обеспечении высокого качества штампуемых изделий.
Технология заключается в том, что рабочие поверхности штампов перед ионно-плазменным напылением подвергают механической активации, заключающейся в холодной пластической деформации, при которой наблюдается снижение теплопроводности штампа и, как следствие, уменьшение зоны температурного воздействия на подложку, снижение разупрочнения металла подложки и, как следствие, снижение износа рабочих частей штампа, повышение твердости системы «покрытие - подложка» и качества штампуемых деталей.
Однократное обкатывание при различных давлениях роликов формирует в поверхностном слое изделия сжимающие напряжения, что повышает адгезионную связь между покрытием и инструментальным материалом (подложкой). Формирование в подложке высоких сжимающих напряжений снижает интенсивность процессов трещинообразования и способствует торможению трещин в материале покрытия [6].
Сущность разработанного способа состоит в том, что снижение теплопроводности и разупрочнения металла поверхностного слоя штампа происходит за счет процесса механической активации металлопроката при прикладывании силового воздействия и холодной пластической деформации [7]. При этом обеспечивается резкое снижение теплопроводности металла за счет его упрочнения [8].
Наблюдаемый эффект обусловлен искажением кристаллической решетки металла, повышением плотности дислокаций при пластическом деформировании.
Разработанный способ повышения стойкости рабочих поверхностей деталей штампов и пресс-форм из теплостойких сталей осуществляется по следующим этапам:
1) производят холодное пластическое деформирование обрабатываемой поверхности металлопроката любым традиционным способом (валками, ударным воздействием между бойками и др.). На этом этапе формируется благоприятная текстура (макро-, микро-), происходят активация и механический наклеп (деформационное упрочнение) в области рабочей зоны, что позволяет снизить теплопроводность металла, уменьшить температурное воздействие на металл за счет создания локализованной (местной) зоны температурного воздействия в поверхностном слое и уменьшить разупрочнение металла.
2. Нанесение на упрочненную рабочую поверхность износостойкого многослойного покрытия методом ионно-плазменного напыления.
Список литературы
1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975.
492 с.
2. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: справочник. М.: Машиностроение, 1987, 129 с.
3. Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием: пат. 2514253(13) РФ. Опубл. 27.04.2014. Бюл. № 12.
4. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск.: УлГТУ, 1998. 122с.
5. Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента: пат. 2297473 РФ. Опубл. 20.04.2007. Бюл. №11.
6. Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А., Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента. СтарыйОскол.: ТНТ, 2001. 378 с.
7. Man H.C., Duan J., Yue T.M. Dynamic characteristics of gas jets from subsonic nozzles for high pressure gas laser cutting // Optics & laser technolo-gy.1998. vol. 30. P. 497 - 509.
8. Арзамасов В.Б., Черепахин А.А. Материаловедение: учебник. М.: Экзамен, 2009. 350 с.
Табаков Владимир Петрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, vnkoko-rin@ mail.rH, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет,
Кокорин Валерий Николаевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет,
Титов Юрий Алексеевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет,
Морозов Олег Игоревич, ассист., [email protected], Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет
INCREASING THE STABILITY OF THE WORKING SURFACES OF STAPS AND PRESS-FORMS FROM HEA T-RESISTANT STEELS
V.P. Tabakov, V.N. Kokorin, Yu.A. Titov, O.I. Morozov
The article presents the developed method of increasing the durability of the working surfaces of parts of dies and molds from heat-resistant steels by spraying a wear-resistant coating with an ion-plasma method on the working surface of a tool subjected to cold plastic deformation (mechanical activation).
Key words: durability, surface, part, die, mold, coating, steel, ion-plasma
method.
Tabakov Vladimir Petrovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, vnkokorin@,mail. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University,
Kokorin Valeriy Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, vnkokorin@,mail. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University,
Titov Yuri Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, vnkokorin@,mail. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University,
Morozov Oleg Igorevich, assistant, olmorozov-rabota@yandex. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University
