Файл: Хомяк, Б. С. Износостойкость кузнечно-прессового инструмента и штампов и методы ее исследования [обзор].pdf

Немаловажное значение в изучении динамики износа и вопросов стойкости инструмента занимают графики износа. Эти графики в значительной мере отображают изменения, происходящие с инст­ рументом в процессе его эксплуатации, когда замеры выполняются после отработки 20, 40, 60, 80 и 100% стойкости штампа. В результате анализа кривых износа можно получить обоснован­ ные данные о критерии износа инструмента и штампов, изготовлен­ ных из разных материалов, а также провести сопоставимый анализ

Рис. 25. Графики зависимости износа цилиндрической поверхности отрезного ножа из стали У10А (HRC 59) от числа резов прутков

и 26 представлены графики износа отрезных ножей холодновыса­ дочных гаечных автоматов типа А-411 при отрезании заготовок

71

гаек М8 из стали 10 диаметром 9,9 мм, а на рис. 27 — график мак­ симального износа шестигранных матриц для высадки гаек Мб.

Рис. 26. Графики зависимости износа цилиндрической поверхности отрез­

Метод фиксированных шлифов. Для изучения износа штампов и инструмента применяется метод фиксированных шлифов [45], осно­ ванный на измерении расстояния между точками, заранее нанесен­ ными на плоскости разъема штампов и инструмента. На поверхно­ сти разъема выполняют шлифы, на которых на месте зоны износа наносят отпечатки микротвердости от края шлифа в глубь штампа на расстоянии, превышающем величину допустимого износа,. Отпе­ чатки наносятся на микротвердомере ПМТ-3. Диагонали отпечат­ ков и расстояния между их центрами измеряются на микроскопе МИИ-4 с точностью до 0,005 мм.

72

Метод фиксированных шлифов позволяет проследить за теми изменениями, которые происходят в материале штампов и инстру­ мента на различных этапах износа.

Если в процессе штамповки главным фактором .износа рабочей поверхности будет пластическая деформация металла'по всему се­ чению штампа, (т. е. металл как бы «присядет»), то это вызовет

И,мкм

Рис. 27. Графики износа рабочих граней шестигранных матриц для высадки гаек Мб из стали 10 в зависимости от расстоя­ ния от рабочего торца вдоль грани:

сле 80 тыс. штампоударов)

смещение фйксированных точек относительно друг друга и относи­ тельно исходной поверхности. Следовательно, расстояния между точками должны уменьшиться, а расстояния между точками и ба­ зовой поверхностью увеличиться.

Если же износ рабочей поверхности будет происходить глав­ ным образом за счет истирания, то расстояния между точками, а также расстояния от точки до исходной поверхности должны остать­ ся без изменения. Например, применение метода фиксированных шлифов при изучении износа холодновысадочных шестигранных гаечных матриц из стали У10А позволил сделать вывод, что глав­ ным фактором износа является истирание рабочей поверхности. В холодновысадочных гаечных секторных шестигранных матрицах, армированных твердым сплавом ВК20К, фиксирование проводили также по отдельным крупным зернам.

73

Применение метода фиксированных шлифов позволило прове­ рить характер износа в различные периоды работы матриц. Для этого секторные вставки выпрессовывали, шлифы промывали спир­ том и без дополнительного полирования и травления исследовали на микроскопах с увеличением Х1350.

Сравнение фиксированных шлифов сектора матрицы из спла­ ва ВК20К. в оптическом микроскопе с увеличением Х1350 обнару­ жило после выполнения 200 тыс. штампоударов на поверхности зерен карбида вольфрама ясно выраженные полосы скольжения. В отдельных зернах карбида вольфрама обнаружены трещины и взаимное смещение частей зерен с максимальным сдвигом до 0,25— 0,5 мкм. Относительное смещение зерен WC может составить 1— 3 мкм

На рис. 28 показан фиксированный участок шлифа до и после износа. Сравнение этих шлифов позволило сделать весьма интерес­ ные и важные выводы. После износа зерна карбида вольфрама 3, 18 и 20 полностью удаляются. Зерна 1, 2, 4, 6, 11, 21 имеют различ­ но ориентированные линии скольжения как проходящие через все зерно, так и находящиеся в центральной части и не доходящие до границ зерен. Часть зерна 1 удалена при износе, зерна 2, 5, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 19, 21 значительно деформировались с искажением кон­ тура на шлифе, на них появились трещины и сколы. Одновременно произошло значительное взаимное смещение зерен 1 и 2, 4, 8; 19 и 21, 22; 11 и 12; 23 и 24, 25\ 4 и 5, 6, 7; 15 и 14, 16, 17. При этом в отдельных случаях, например, в зернах 23 и 24 взаимное смещение сопровождалось поворотом на определенный угол одного зерна от­ носительно другого. Взаимное смещение зерен 4 и 7; 21 и 22 приве­ ло к нарушению связей между ними.

Пластическая деформация и взаимное смещение зерен карби­ дов вольфрама, обнаруженные на поверхности фиксированных шли­

фов при износе, позволяют без применения других методов иссле­ дования сделать вывод о пластической деформации и кобальтовой составляющей твердого сплава, находящейся в контакте с карбид­ ным скелетом.

Метод фиксированных шлифов применялся также при прове­ дении усталостных испытаний твердосплавных образцов на штампе, установленном на испытательной машине ГРМ-1. Испыта­ ния проводились с пульсирующей нагрузкой (с частотой

600 циклов!мин).

Износ холодновысадочного инструмента определяется трением металла штампуемой заготовки о рабочую поверхность инструмен­ та, которая одновременно подвергается ударно-циклической на­ грузке.

Усталостные испытания проводили для выявления влияния од­ них циклических нагрузок без трения заготовки о рабочую поверх­ ность грани на состояние рабочей поверхности инструмента. В ка­ честве среды, передающей на грани образцов усилия, использова­ ли стальные заготовки. Размеры, натяг при запрессовке и конструк-

74

ция образца соответствовали этим же показателям при высадке гаек МШ. Усилие на пуансоне составляло 25 тс, а удельные давле­ ния на рабочей поверхности граней были равны 100 кгс/мм2.

Анализ фиксированных микрошлифов образцов твердого сплава ВК.20К до усталостных испытаний и после 1 млн. циклов показал, что циклические нагрузки приводят к пластической деформации зе­ рен карбида вольфрама и кобальта в поверхностном слое твердо­ сплавных образцов.

Метод искусственных баз. Этот метод может быть использован при исследовании износа прессовых штампов и инструмента. Он за­ ключается в том, что на исследуемой поверхности износа каким-ли­ бо способом, например, высверливанием, выполняются отпечатки в виде пирамиды, конуса или другой формы глубиной, превышающей допуск на износ. Величина линейного износа определяется по изме­ нению размеров углублений отпечатка. При износе поверхности по­ ложение дна остается неизменным, поэтому оно является искусст­ венной базой, от которой ведется измерение расстояния до поверх­ ности.

Размеры лунок на поверхности штампа фотографируются и из­ меряются с помощью инструментального микроскопа УЙМ-21. Раз­ меры лунок по глубине определяются по слепкам из протакрила на

характере износа в определен­ ном заранее отмеченном месте поверхности штампа. При этом изучение износа может быть выполнено в функции времени рабо­ ты штампа.

Применение металлографических микроскопов для изучения по­ верхности износа. Металлографические исследования имеют важное значение при изучении износа штампов и инструмента, изготовлен­ ных из штамповых сталей, твердых сплавов и других материалов. Их применяют для исследования шлифов и измерения микротвер­ дости на участках вблизи зон износа, а также изучения микрорель­ ефа поверхности трения. Ценную информацию с поверхности инст-

76

правления резания алмазным инструментом: темные полосы— углубления, -светлые — выступающие ребра. Каких-либо дефектов, трещин обнаружено не было. Высокое качество поверхности твер­ досплавного инструмента после алмазной обработки — один из факторов, обеспечивающих его большую стойкость. На рис. 30, в представлена микрофотография поверхности износа грани сектор­ ной вставки из твердого сплава ВК20 после выполнения 3 млн. штампоударов, на которой виден характерный износ с образовани­ ем локализованных участков-питтингов (черные зоны — углубления, светлые — выступающие участки).

На рис. 30, г представлена микрофотография поверхности изно­ са грани секторной вставки из твердого сплава ВК20К после выпол­ нения 200 тыс. штампоударов. В связи с тем, что крупнозернистый сплав ВК20К имеет зерна карбида вольфрама размером до 25— 30 мкм, изучение на металлографическом микроскопе поверхности его износа позволяет получить дополнительную информацию — на рисунке четко видны частично оголенные и разрушенные крупные зерна карбида вольфрама. Износ террасообразный — наблюдаются крупные и мелкие террасы на поверхности зерен карбида воль­ фрама.

Электронномикроскопические исследования поверхности инстру­ мента и штампов после обработки и износа. Высокая степень уве­ личения и разрешающей способности электронного микроскопа при возможности получения электронномикроскопических снимков с большой глубиной резкости позволяет выявить такие детали поверх­

ности, которые нельзя рассмотреть под обычным микроскопом. При­ менение электронного микроскопа более подробно выясняет меха­ низм образования исходной поверхности и ее разрушение при из­ носе.

Автором обзора при исследовании поверхностей прессового ин­ струмента—холодновысадочного (отрезных ножей и втулок, выса­ дочных матриц и пуансонов), пробивного и вырубного после обра­ ботки и износа— использовались электронные микроскопы ЭМ-5, УЭМВ-100В (СССР), BS-242 фирмы Tesla (ЧССР). Выполнялись многочисленные электронномикроскопические снимки, а также объ­ екты изучались визуально в электронном микроскопе.

реплики аморфны, химически инертны, обладают большой прозрач­ ностью для электронов, прочны и устойчивы к воздействию элек­ тронного луча. *

Перед проведением исследований поверхности образцов тща­ тельно промывали спиртом. Реплики снимали непосредственно с ис­ ходных и изношенных поверхностей не менее двух раз, так как пер­ вая реплика служила для удаления загрязнений с исследуемой поверхности.

78

При выполнении одноступенчатых реплик с образцов снимали лаковоколлодиевые оттиски. При этом иЬпользовали, например, та­ кой лак— 1,0%-ный раствор в амилацетате очищенной от эмуль­ сии рентгеновской пленки. На исследуемую поверхность наносили

«

тонкий слой лака, образующий тончайшую пленку (до 600 А). За­ тем на высохшую пленку наносился небольшой слой 10%-ного вод­ ного раствора желатина. Лаковая пленка с высохшим желатином легко снимается с поверхности образца. Лаковый отпечаток от­ деляется от желатина путем растворения последнего в теплой дис­ тиллированной воде при тщательном промывании. Сушили промы­ тый лаковый отпечаток на медной сетке с размером ячеек 40X Х40 мкм. Полученная пленка с определенной точностью повторяет рельеф поверхности инструмента.

а 6 В

Рис. 31. Одноступенчатый (а), двухступенчатый (6) способы по­ лучения реплик и схема оттенения реплик под углом а (а)

При выполнении двухступенчатых реплик угольную реплику по­

лучали с пластического отпечатка поверхности образцов на пленке нитроклетчатки. На полученный пластический отпечаток слой угля толщиной 50 мкм наносили под прямым углом. Для обеспечения более четкого-отличия выступающих частей рельефа от углублений и получения большей контрастности и рельефности применяли OT- тенение реплик хромом. Напыление производили в вакууме при раз­ ряжений 10~5—10-6 мм рт. ст. на контактную сторону отпечатка. При этом, чем грубее структура изучаемой поверхности, тем под меньшим углом проводили напыление. Угол напыления берется в пределах 15—45° (считая между нормалью к поверхности отпечат­ ка и направлением к испарителю).

При исследовании большой поверхности после напыления и от­ тенения на оттиск со стороны угольного слоя наносили слой пара­ фина. Нитроцеллюлозную пленку растворяли в ацетоне, а парафин в толуоле. После тщательной промывки и сушки, реплику исследо­

вали на электронном микроскопе.

Лучшие результаты дали двухступенчатые угольные реплики с хромовым оттенением. Приведенные в обзоре электронномикроскопические снимки выполнены с двухступенчатых угольных реплик. Съемку проводили при увеличении Х2000 и Х3500. В отдельных случаях полученные снимки были увеличены в 1,5 и 3 раза фотогра­

79