ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ

 

План

1.     Разновидности термообработки

2.     Виды химико-термической обработки

3.     Наплавка

 

1.     Разновидности термообработки

 

При изготовлении штампов используют объемную и поверхностную

закалки. Поверхностная (индукционная) закалка, по сравнению с объемной, обладает целым рядом преимуществ: высокой производительностью, получению более высоких механических свойств закаленных поверхностей,  практически полным отсутствием окисления и обезуглероживания поверхности, незначительным короблением детали, образованием в поверхностных слоях значительных сжимающих напряжений, которые повышают усталостную прочность деталей и т.д.

Недостатком высокочастотной закалки является необходимость изготовления индукторов для каждой детали, поэтому этот способ эффективен в условиях крупносерийного и массового производств. С целью получения высоких механических и эксплуатационных свойств деталей рекомендуется применять предварительную нормализацию или улучшение, а также обеспечивать достаточную толщину и прочность переходной зоны, включающей зоны неполной закалки и отпуска.

Наиболее эффективна дополнительная закалка с нагрева ТВЧ в том случае, когда требуется очень высокая прочность и износостойкость поверхностного слоя при достаточной прочности основы штампа. Штамп после обычной термической обработки на твердость 36-42 HRC подвергают дополнительной закалке в участках гравюры, наиболее подверженных износу. Эти участки нагревают с помощью индукторов, а закалка обеспечивается за счет интенсивного отвода теплоты в тело штампа. Отпуск после такой закалки производят только в том случае, если в процессе эксплуатации происходит отслаивание закаленного поверхностного слоя. Повышение твердости отдельных участков штампа вызывает понижение сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому дополнительную закалку следует применять только для тех штампов, выход которых из строя связан лишь с пластической деформацией или истиранием.

Нагрев ТВЧ может быть использован не только для закалки, но и для местного отпуска закаленных обычным способом штампов. Наиболее рациональным является способ местного отпуска при непрерывном нагреве.

На рис.15.1 приведена оснастка, с помощью которой осуществляется местный отпуск штампа.

 

Рис.15.1 Подготовка штампа к проведению     

местного отпуска с помощью нагрева ТВЧ      

 

 

 В индукторе 4 размещают штамповую вставку или вкладыш 3 с зазором 5-10 мм. Затем на гравюру штампового вкладыша устанавливают холодильник 1, представляющий собой систему разветвленных в углублениях гравюры медных трубок, по которым циркулирует вода. Свободное пространство между трубками и гравюрой засыпают металлическим песком 2 с целью обеспечения тепло отвода от гравюры к холодильнику. Боковую поверхность и основание штампа нагревают до температуры ниже критической точки Ас1. В результате такого отпуска тело штампа раз упрочняется и приобретает высокое сопротивление хрупкому разрушению, а поверхностный слой, примыкающий к гравюре, остается закаленным, сохраняя высокую твердость.

Местный отпуск можно осуществлять также при циклическом нагреве, т.е. последовательных включениях тока в индукторе. Местный отпуск в режиме термоциклирования обеспечивает более высокий уровень твердости в центре вкладыша и вблизи гравюры, чем при непрерывном нагреве.

Применение рациональных режимов местного отпуска позволяет в 4-6 раз повысить стойкость штампов.

 

2.     Виды химико-термической обработки

 

 Стойкость деформирующего инструмента в значительной мере определяется структурой и свойствами его поверхностных слоев, испытывающих наиболее интенсивное температурно-силовое воздействие в процессе эксплуатации. Поэтому химико-термическая обработка, сообщающая поверхностным слоям ряд специфических свойств, является одним из эффективных способов повышения сроков службы деформирующего инструмента. Для диффузионного упрочнения инструмента применяют как традиционные (цементация, азотирование, нитроцементация), так и более новые (хромирование, борирование, комплексное насыщение) методы химоко-термической обработки.

Цементация – это процесс насыщения углеродом поверхностных слоев деталей, изготовленных из низкоуглеродистых сталей. Деталь, прошедшая цементацию, хорошо принимает закалку, после чего она обладает высокой поверхностной твердостью и износостойкостью при вязкой сердцевине. Из деталей штампов чаще всего цементации подвергаются направляющие втулки и колонки.

Цементируют детали в газовой или жидкой среде, или в твердом карбюризаторе. Детали штампов чаще цементируют в твердом карбюризаторе, состоящем из древесного угля (90%) и углекислого бария (10%). Детали загружают в печь, температура которой поднимается до 900-9200С. Длительность процесса зависит от заданной глубины цементации и может быть подсчитана по средней скорости цементации, равной 0,15-0,25 мм/час.

Азотирование (нитрирование). При нагревании легированной стали в среде, отдающей азот, в результате химического соединения азота с легирующими элементами в поверхностном слое детали образуются нитриды, благодаря которым поверхность становится тверже, но, в тоже время, и хрупче. Если деталь азотировать при температуре 500-5500С, то твердость ее поверхности достигает 70 HRC, а толщина нитрированного слоя будет зависеть от длительности процесса.

Полученная большая поверхностная твердость и значительное сопротивление истиранию и появлению разгарных трещин сохраняются у рабочей полости штампа при нагреве ее до температуры не свыше 400-4500С, поэтому для изделий, металл которых требует для штамповки высокого нагрева, азотированные штампы применять не следует.

Цианирование и нитроцементация. Диффузионное насыщение стальных изделий одновременно углеродом и азотом в газовой среде называют нитроцементацией, а в расплаве, содержащем цианистые соли цианированием. Различают высокотемпературный и низкотемпературный процессы нироцементации и цианирования. При высокотемпературных процессах содержание азота в диффузионном слое невелико. Максимальное насыщение поверхностного слоя стали достигается при различных температурах в зависимости от науглероживающей способности среды. Азот, диффундируя в сталь вместе с углеродом, оказывает существенное влияние на степень насыщения поверхностного слоя углеродом на глубину диффузии углерода. Обычно процесс насыщения имеет две различные по кинетике стадии. На первой стадии сталь насыщается азотом и углеродом одновременно. На второй стадии при продолжающемся насыщении углеродом происходит десорбция азота, т.е. переход части адсорбированных атомов азота с поверхности металла в газовую среду. С повышением температуры увеличивается содержание углерода и уменьшается содержание азота в диффузионном слое. Низкотемпературное цианирование и нитроцементацию проводят при температурах 500-5800С. Процесс азотирования при этих температурах протекает более интенсивно, чем процесс цементации. Углерод проникает на глубину, не превышающую нескольких микрон; в слое этой глубины образуется тонкая карбонитридная зона. Поверхностная твердость, теплостойкость и разгаростойкость цианированного слоя почти одинаковы с азотированием. Поэтому низкотемпературное цианирование более эффективно, чем азотирование для инструментов, работающих в условиях ударного нагружения. Его целесообразно применять для штампов холодной штамповки, вытяжных и обрезных штампов, вальцев и накатных инструментов, изготовляемых из сталей типа Х6ВФ, Х12М и др.; для штампов горячего деформирования, изготовляемых из сталей типа 4Х5МФС, 4Х4ВМФС и др. Как правило, цианирование инструмента производят после закалки и отпуска.

Борирование – процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев деталей бором при нагревании в борсодержащей среде. Из всех видов химико-термической обработки борирование позволяет получить наиболее высокую микро твердость поверхности изделия.

Борирование можно осуществлять различными способами: в порошках, в газовой и жидкой среде. При борировании в порошках в качестве насыщенной среды можно использовать порошки различных борсодержащих веществ: аморфного бора, карбида бора, ферробора, ферроборала, никельбора и их смеси. Высокая стоимость борсодержащих порошков и низкая производительность ограничивает применение этого способа, также как и способа в газовой среде из-за взрывоопасности газовой смеси.

Наиболее распространено жидкостное электролизное борирование. Его производят в расплавленной буре или в смеси буры с поваренной солью. Активные атомы бора при электролизном борировании образуются при пропускании через расплав буры электрического постоянного тока. Насыщаемые бором детали подключают в цепь электролиза в качестве катода; анодом обычно служат графитовые стержни. Электролизное борирование осуществляют при температурах 900-9800С. Продолжительность выдержки 2-5 час. Борирование целесообразно применять для штампов, работающих при повышенном износе без ударных нагрузок и имеющих относительно простую конфигурацию. Обычно это стали для холодного и горячего деформирования марок ХВГ, 9ХС, Х6ВФ, 7Х3, 5ХНМ и 4Х5МФС.

После борирования изделие подвергают термообработке.

Хромирование. Хромирование рабочих поверхностей матриц формоизменяющих штампов не только повышает износостойкость их, но и способствует снижению контактного трения, благодаря чему улучшаются условия пластической деформации. Азотирование и хромирование обеспечивают высокую твердость деталей штампов, однако при азотировании в поверхностном слое матрицы образуется качественно новый сплав, а при хромировании на поверхность матрицы наращивается слой другого металла.

Электролитическое хромирование применяют для формоизменяющих штампов холодной и горячей штамповки, детали которых подвергаются интенсивному износу. При правильном использовании этого метода и при тщательно выполненной технологии хромирования стойкость деталей штампов повышается в 3-4 раза, но малейшее отклонение от технологичнеского процесса влечет за собой полную неудачу и, в первую очередь, отслоение от рабочей поверхности матрицы хромированной пленки.

Твердость хромированного слоя можно получить различную, Она зависит от температуры ванны, плотности тока и состава электролита. Уменьшение плотности тока понижает твердость хромированного покрытия. Оптимальная  твердость хромированного слоя составляет 62-63 HRC. Повышение твердости рабочей поверхности до 70 HRC увеличивает хрупкость, а понижение ее значительно уменьшает износостойкость штампа. Хромовое покрытие не должен брать напильник и оно должно быть блестящим.

 

 

 

3.     Наплавка

 

 Наплавка является одним из наиболее эффективных методов восстановления штампов. При правильно выбранном составе наплавленного металла этот метод позволяет не только восстановить инструмент, но и повышать его промежуточную стойкость. Наибольшее распространение получила ручная электродуговая наплавка. Металл, наплавленный электродами 1 группы, имеет низкое содержание углерода и легирующих элементов, поэтому его твердость после наплавки невелика. Основные области применения этих электродов – восстановление малонагруженных молотовых и высадочных штампов.

Металл, наплавленный электродами 2 группы, имеет повышенное содержание углерода и хрома. Твердость после наплавки превышает 50 HRC, поэтому наплавленные штампы отжигают. После обработки резанием производят закалку с отпуском. Электроды второй группы применяют для восстановления средненагруженных крупных молотовых и прессовых штампов.

Электроды третьей группы обеспечивают получение высоколегированного наплавленного слоя металла с повышенным содержанием хрома. Основное назначение – наплавка режущих кромок обрезных штампов. Твердость штампов после наплавки высокая и их следует отжигать. После обработки резанием эти штампы подвергают закалке и отпуску. Наплавленный металл имеет повышенную стойкость при нагреве.

Электроды 4 группы применяют лишь для наплавки участков штампов, работающих с повышенным износом и без ударных нагрузок. Наплавку производят не более чем на 1-2 слоя. Наплавленный металл не поддается отжигу, поэтому его можно обрабатывать только абразивным инструментом или электрофизическими методами.

Электроды 5 группы применяют для изготовления наплавленных штампов горячего деформирования широкой номенклатуры в тех случаях, когда преследуют цель повышения их стойкости. Электроды с повышенным содержанием вольфрама близки по составу к стали марки 3Х2В8Ф или марки Р18. Технологический процесс изготовления наплавленных штампов состоит из подготовки заготовок, их подогрева до температуры 300-6000С, наплавки и замедленного охлаждения. Затем производят отжиг, обработку резанием и закалку с отпуском.

Электроды 6 группы обеспечивают получение наплавленного металла с интерметаллидным упрочнением и очень высокой теплостойкостью. Рекомендуемая технология изготовления штампов при применении электродов 6 группы: наплавка, обработка резанием или шлифованием и отпуск. Применяют электроды 6 группы для наплавки штампов объемной штамповки и выдавливания жаропрочных сталей и сплавов.

В настоящее время широкое распространение получает плазменная металлизация. Для ее осуществления чаще всего используют порошки сплавов на основе никеля с содержанием углерода до 1%, дополнительно легированных бором, хромом, кремнием и алюминием. Непосредственно после напыления плотность слоя и прочность сцепления с основным металлом недостаточны. Поэтому производят последующее оплавление напыленного слоя кислородно – ацетиленовым пламенем или в печах. После наплавления инструмент подвергают закалке и отпуску. Такую технологию целесообразно применять для инструментов высокоскоростной штамповки, горячего прессования, вальцовки и т.п. Стойкость увеличивается в 2-3 раза.  


ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

 

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ШАМПОВ

нужное подчеркнуть

 

1. Когда необходима дополнительная закалка?

 

а) наиболее эффективна дополнительная закалка с нагрева ТВЧ в том случае, когда требуется очень высокая прочность и износостойкость поверхностного слоя при достаточной прочности основы штампа.

 

дополнительная закалка необходима для повышения прочности и износостойкости штампа, если после основной закалки не была достигнута требуемая твердость

 

дополнительная закалка необходима после длительной работы штампа, когда изза повышенной температуры штамповки происходит отпуск поверхностных слоев

 

2. В чем сущность процесса азотирования деталей?

 

а) Азотирование (нитрирование). При нагревании легированной стали в среде, отдающей азот, в результате химического соединения азота с легирующими элементами в поверхностном слое детали образуются нитриды, благодаря которым поверхность становится тверже, но, в тоже время, и хрупче.

 

b) Азотирование (нитрирование). При нагревании стали в среде, отдающей азот, в результате химического соединения азота с в поверхностном слое детали образуются нитриды, благодаря которым поверхность становится тверже, но, в тоже время, и хрупче.

 

с) Азотирование– это процесс насыщения углеродом поверхностных слоев деталей, изготовленных из низкоуглеродистых сталей. Деталь, прошедшая азотирование, хорошо принимает закалку, после чего она обладает высокой поверхностной твердостью и износостойкостью при вязкой сердцевине.

 

3. Что такое пламенная металлизация?

 

а) Для  осуществления пламенной металлизации чаще всего используют порошки сплавов на основе никеля с содержанием углерода до 1%, дополнительно легированных бором, хромом, кремнием и алюминием. Непосредственно после напыления плотность слоя и прочность сцепления с основным металлом недостаточны. Поэтому производят последующее оплавление напыленного слоя кислородно – ацетиленовым пламенем или в печах. После наплавления инструмент подвергают закалке и отпуску. Такую технологию целесообразно применять для инструментов высокоскоростной штамповки, горячего прессования, вальцовки и т.п. Стойкость увеличивается в 2-3 раза.  

 

b) Для  осуществления пламенной металлизации чаще всего используют порошки сплавов на основе никеля с содержанием углерода до 1%, дополнительно легированных бором, хромом, кремнием и алюминием. Непосредственно после напыления плотность слоя и прочность сцепления с основным металлом недостаточны. Поэтому производят последующее оплавление напыленного слоя кислородно – ацетиленовым пламенем или в печах. Такую технологию целесообразно применять для инструментов высокоскоростной штамповки, горячего прессования, вальцовки и т.п. Стойкость увеличивается в 2-3 раза.  

 

с) пламенная металлизация – это плазменное напыление твердосплавных или других металлов на изношенную поверхность штампа с помощью специальных плазменных установок.

 

4. Каким образом производится наплавка поверхности штампа?

 

а) Технологический процесс изготовления наплавленных штампов состоит из подготовки заготовок, их подогрева до температуры 300-6000С, наплавки и замедленного охлаждения. Затем производят отжиг, обработку резанием и закалку с отпуском.

 

b) Технологический процесс изготовления наплавленных штампов состоит из подготовки заготовок, наплавки и замедленного охлаждения. Затем производят отжиг, обработку резанием и закалку с отпуском

 

с) Технологический процесс изготовления наплавленных штампов состоит из подготовки заготовок, наплавки и замедленного охлаждения.

 

 

Hosted by uCoz