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

штамповке твердые сплавы применяют значительно меньше, чем при холодной штамповке.

Железотитановые твердые сплавы. В США, ФРГ, Японии,

Венгрии для армирования прессовых штампов применяют твердые железотитановые сплавы на базе карбида титана с использовани­ ем в качестве ~связки среднелегированной стали, содержащей 0,7% С. Сплавы не содержат WC и Со, в них 30—70% TiC, осталь­ ное сталь (0,7% С; 2—3% Сг; 2—3% Мо) [46].

Изготовляют эти сплавы спеканием из порошков мелких зерен карбида титана и легированной стали. После отжига они имеют твердость HRC 38—42, что позволяет подвергать их механиче­ ской обработке. После механической обработки сплавы подверга­ ют термообработке—-закаливают на твердость до HRC 65—72. Термообработанный сплав имеет высокую износостойкость. Его с успехом применяют при изготовлении пуансонов и матриц для хо­ лодного выдавливания контактов из меди, алюминиевых тюбиков и баночек для косметики, пуансонов и матриц вытяжных, выруб­ ных, формовочных штампов при обработке различных сталей, в том числе и таких труднодеформируемых, как нержавеющие.

Износостойкость железотитановых сплавов равна, а в отдель­ ных случаях превосходит износостойкость твердых сплавов воль­ фрамокобальтовой группы. После азотирования поверхности штам­ пов на глубину 0,08—0,10 мм их твердость повышается до HRC 72.

Более высокая твердость (HRC 72) и износостойкость железо­ титановых сплавов по сравнению с вольфрамокобальтовыми объ-

25

ясняются тем, что твердость карбида титана и мартенситной основы соответственно 3200 и 900 кгс/мм2, а кобальта 100 кгс/мм2, Некоторое применение для армирования штампов находят кар­ бидохромовые твердые сплавы, состоящие обычно из карбидов хрома и никеля и получаемые методом порошковой металлургии. Их применение сдерживается небольшой прочностью при изгибе.

Твердосплавный и стальной инструмент. Обычно в штампах стремятся комбинировать твердосплавный и стальной инструмент. Например, на Московском тубном заводе для выдавливания алю­ миниевых туб (емкостей для расфасовки парфюмерной, химиче­ ской, пищевой и технической продукции пастообразного вида) на специальных прессах-автоматах горизонтального типа раньше применяли стальной инструмент, стойкость которого составляла: матрицы — 48 тыс., 'матричного кольца — 24 тыс., пуансона — 15 тыс. и иглы — 6 тыс. изделий. Институт сверхтвердых материа­

ВК20 [38] (рис. 7). Теперь стойкость твердосплавной матрицы и матричного кольца составляют около 1 млн. изделий. При этом чистота наружной поверхности туб повысилась на один-два класса.

Рис. 7. Инструмент для холодного выдавливания туб:

10 — корпус; в — твердосплавное матричное кольцо; / / — корпус; 13 — вставка

Алюминиевые сплавы. Для изготовления матриц вытяжных и гибочных штампов применяют алюминиевые бронзы, имеющие твердость НВ до 440, низкий коэффициент трения. Их изготовля­

26

ют цельными или вставки из алюминиевой бронзы запрессовывают в стальные обоймы. Возможна также наплавка алюминиевой бронзы на матрицы. Стойкость вытяжных матриц из алюминиевой бронзы между перешлифовками составляет 20 тыс. деталей, а об­ щая стойкость превышает 200 тыс. деталей.

Алюминиево-цинковый сплав АЦ-13. Из дешевого алюминиево­ цинкового сплава АЦ-13, имеющего хорошие литейные свойства и низкий коэффициент трения по большинству металлов, изготав­ ливают литые матрицы вырубных штампов. Их применяют в се­ рийном и мелкосерийном производстве. Матрицы из сплава АЦ-13 в процессе вырубки самозатачиваются за счет срезания вдавлен­ ного внутрь края рабочего отверстия более твердым пуансоном.

Пластмассы и другие материалы. Пластмассы достаточно ши­ роко применяются для изготовления вытяжных, формовочных, гибочных штампов для прессов и молотов. Обычно применяют полиэфирные, кремнийорганические, фенольные и эпоксидные пластмассы. Для изготовления штампов применяют также и стек­ лопластики.

Пластмассовые штампы на 30—60% дешевле и значительно легче металлических, технология их изготовления относительно проста.

В пластмассовых штампах изготовляют листовые детали из нержавеющей стали, латуни, оцинкованной стали, алюминия тол­ щиной обычно до 0,5—1,5 мм. В отдельных случаях штампуют детали и большей толщины (например, из алюминия толщиной до 5—7 мм).

Стойкость штампов из эпоксидных смол повышают армирова­ нием их различными волокнами: стальными, алюминиевыми, стеклянными, а также металлизацией рабочих поверхностей на­ пылением. Напыленный слой порист и хорошо удерживает смазку. Пластмассовые штампы имеют стойкость до 200 тыс. изделий до восстановления. В ряде случаев штампы из эпоксидных смол можно применять без смазки. Пластмассы применяют также для крепле­ ния отдельных частей штампов (например, пуансонов в пуансонодержателях).

Для рабочих частей штампов применяется также прессованная твердая древесина с фенолформальдегидной пропиткой.

На заводах Италии для предотвращения появления царапин на наружной поверхности декоративных деталей из никелированных листовых заготовок при V-образной гибке применяют матрицы из нейлона, изготовленные путем обычной механической обработки [13]. Матрицы имеют хорошую стойкость, смазка не применяется.

применяют массивные литые и кованые штампы. Для более крупных деталей применяют штампы из бетона, железобетона, пластмасс. Известен опыт применения крупного штампа (для формовки полу­ сферической формы диаметром 3000 мм из алюминия толщиной 19 мм) из стекловолокна и смол, установленного на сварной метал­

27

лической раме со спиральными пружинными и деревянными амор­ тизаторами под вытяжным стальным кольцом.

Известен также опыт применения железобетонных матриц со слоистой облицовкой эпоксидной смолой Епокса АП-1 при взрыв­ ной формовке несимметричных деталей кабины грузового автомо­ биля.

Матрицы для штамповки взрывом можно также изготовлять из алебастра, дерева или использовать комбинации различных мате­ риалов.

На заводе Aerojet General Согр. (США) для взрывной формов­ ки крупногабаритных изделий применяют штампы из льда, которые не разрушаются под действием ударных нагрузок. При этом ис­ пользуют специальные холодильные машины, которые поддержи­ вают штампы в замороженном состоянии независимо от окружаю­ щей температуры.

В судостроении и вагоностроении для вытяжки и формовки крупногабаритных деталей применяют бетонно-металлические

штампы [21].

Иногда для вытяжки малых серий деталей применяют штампы из мелкозернистых твердых чугунов.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА И ШТАМПОВ

Износостойкость и усталостная прочность штампов определяют­ ся физико-механическим состоянием их тонкого наружного слоя. Конечные характеристики обработанных поверхностей формируются не только на финишных операциях. Их эксплуатационные свойства характеризуются химическим составом, структурой тончайших на­ ружных слоев металла, микротвердостью, микро- и макрогеометри­ ей, напряженным состоянием, поверхностной энергией и др. На ко­ нечные характеристики поверхности инструмента воздействует весь комплекс выполняемых операций (сказывается технологическая на­ следственность) [50]. Поэтому важно весь технологический цикл изготовления штампа выполнять на высоком техническом уровне.

В последние годы для изготовления штампов начали применять станки с программным управлением, а также технологические про­ цессы, при которых используются ЭВМ, что обеспечивает значи­ тельное повышение точности изготовления штампов и качества их рабочей поверхности и что способствует повышению их стойкости. Широко применяются для изготовления инструмента и штампов методы обработки давлением.

Выдавливание. Выдавливание совместно с обработкой резани­ ем, термической обработкой, полированием после термической об­ работки и т. д. широко применяется на отечественных заводах и за рубежом для изготовления штампов, в том числе и для получения гравюр весьма сложной формы. Применяется выдавливание без по­

28

догрева (холодное) и с подогревом до 150—250°С, полугорячее

(600—700°С) и горячее (850—1000°С).

При изготовлении штампов и инструмента резанием волокна заготовки перерезаются, что приводит к созданию концентраторов напряжений, усугубляющихся последующей термической обработ­ кой, а пластическая деформация волокон заготовки при выдавлива­ нии обеспечивает стойкость штампов, в 1,5—3 раза превышающую стойкость штампов, рабочая поверхность которых получена реза­ нием.

На зарубежных заводах с целью повышения эффективности процессов выдавливания применяют выдавливание в условиях ви­ бронагружения, что позволяет уменьшить величину необходимых технологических усилий, выдавливание с наложением ультразвуко­ вых колебаний, обеспечивающее снижение усилия на 30—35% и существенно уменьшающее интенсивность наклепообразования. Имеется также отечественный и зарубежный опыт использования энергии взрыва для выдавливания вхолодную и вгорячую штампов.

Стойкость штампов, изготовленных выдавливанием взрывом, значительно превышает стойкость штампов, изготовленных выдав­ ливанием на гидравлических прессах и обработанных резанием.

Имеется также опыт получения пуансонов холодновысадочных 1 аечных автоматов методом осадки цилиндрической заготовки в за­ крытой матрице. При необходимости посадочная часть инструмента может быть выполнена за две осадки.

Литые штампы. В последние годы стали широко применять ли­ тые штампы и вставки к ним вместо кованых. На ГАЗе, ЗИЛе, заводе «Большевик» и других молотовые штампы и вставки для КГШП и ГКМ изготовляют литьем из сталей 5ХНВ и 5ХНТ [1]. При изготовлении стальных литых штампов применяется как литье в формы, так и литье по выплавляемым восковым моделям.

Литьем получают прессовые и молотовые штампы, холодновы­ рубные штампы, штампы для высокоскоростной формовки, матри­ цы и пуансоны для холодной высадки, матрицы и пуансоны для го­ ризонтально-ковочных машин, штампы холодной объемной штам­ повки, штампы для горячего выдавливания.

Применение литых штампов позволяет выдерживать жесткие допуски, уменьшить объем или вовсе устранить необходимость ме­ ханической обработки, значительно снизить ее трудоемкость, уве­ личить долговечность штампов.

Для окончательной обработки литых штампов широко приме­ няется электроэрозионная обработка, что позволяет применять ли­ тые штампы из материалов, имеющих разный химический состав и любую твердость в термообработанном состоянии. Толщина снимае­ мого слоя составляет 0,75—1,0 мм.

Отмечена хорошая шлифуемость литых штампов без образова­ ния шлифовочных-трещин.

29