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

Проковка заготовок штампов и упрочняющая обработка. Для улучшения структуры и обрабатываемости заготовок штампов реко­ мендуется их проковка.

Проковка заготовок обеспечивает измельчение карбидной фазы и более равномерное ее распределение. При этом карбидная неод­ нородность снижается на 2—4 карбидных балла.

На основе проведенных исследований автор обзора рекомендует температурные интервалы проковки заготовок цельных и корпусов сборных штампов ниже, чем обычно применяют для ковки сталь­ ных заготовок из тех же сталей при получении необходимых форморазмеров. Например, для заготовок цельных матриц из стали У10А целесообразны следующие режимы проковки: температура начала ковки — 950—1000° С, окончания — 790—810° С.

Выбор схемы проковки заготовок зависит от назначения штам-* пов. Для холодновысадочных матриц рекомендуется трехкратная осадка с последующими вытяжками и четвертая осадка до получе­ ния необходимого размера заготовки и продольного расположения волокон.

Проковка мало эффективна для заготовок диаметром менее 60 мм, которые имеют, как правило, удовлетворительную струк­ туру.

По данным исследований, проковка повышает износостойкость и усталостную прочность штампов из сталей У10А, Х12М, Х12Ф1, Р18 и других, а также увеличивает срок сохранения стабильной величины натяга между корпусом и вставкой сборных штампов при штамповке изделий благодаря повышению усталостной прочности корпусов из сталей ЗОХГСА, 40Х и др.

Улучшение свойств штамповых сталей, обеспечивающих увели­ чение стойкости, достигается проведением упрочняющих видов об­ работки. Так, согласно данным работы [33], т.ермомеханическая об­ работка (ТМО) сталей типа Х4В2М1Ф1 обеспечивает повышение прочности до 450—500 кгс/мм2, предела текучести при сжатии до 275—340 кгс/мм2 и предела ограниченной выносливости на 20— 25%. Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) сталей Х12Ф1, Х6ВФ увеличивает прочность при изгибе до 440 и 530 кгс/мм2, ударную вязкость до 5 и 7 кгс • м/см2 соответственно, а также предел текучести при сжатии.

Термическая обработка инструмента и штампов. При выборе режимов термообработки инструментальных сталей необходимо учитывать, что штамп во время работы разогревается и может про­ исходить нежелательный самоотпуск рабочей поверхности штампов при деформации.

Для повышения стойкости штампов необходимо точно соблю­ дать время нагрева и выдержки при термообработке, что обеспечи­ вается автоматизацией этих процессов.

Обычно при изготовлении стальных штампов стремятся полу­ чить максимальную их твердость после закалки. Для штампов

30

сложной конфигурации с целью предупреждения образования за­ калочных трещин рекомендуется применять ступенчатую закалку.

После шлифования штампов необходим отпуск для снятия растя­ гивающих напряжений, которые могут вызвать появление мельчай­ ших трещин, переходящих при эксплуатации в макротрещины, и привести к выходу штампа из строя.

После шлифования трудношлифуемых сталей карбидного клас­ са (особенно плоского) для снятия внутренних напряжений реко­ мендуется не позднее чем через два часа производить отпуск при 150—-170°С в течение 2—2,5 час. Если температура отпуска штампов более 450°, то отпуск после шлифования следует производить при температуре 300—450° С. Если при пооперационном шлифовании перерывы между операциями превышают один час, следует произ­ водить отпуск при 120—140° С в течение одного часа (47]. Низко­ температурные отпускные печи или масляные ванны целесообраз­ но устанавливать непосредственно возле шлифовальных станков.

Прессовые штампы из малодеформирующихся при термообра­ ботке сталей рекомендуется шлифовать до термической обработки, а после нее производить только полирование рабочих поверхно­ стей. Такая обработка обеспечивает высокую стойкость штампов за счет исключения вторичной закалки и вторичного отпуска при шлифовании после термообработки.

Для уменьшения напряжений в пуансонах для обратного холод­ ного выдавливания стали рекомендуется через 5—10 тыс. штампоударов нагревать их на 20—50° С ниже температуры отпуска.

Закалка штамповых сталей в масле с применением ультразвука значительно повышает механические свойства стали, при этом не наблюдается брак по трещинам и короблению.

Эффективно применение индукционного нагрева для местной термообработки штампов горячей штамповки. Например, готовые Штампы можно подвергать вторичной закалке на установке ТВЧ на повышенную твердость. При местной вторичной закалке на уста­ новке ТВЧ до твердости НДС 58—63 вкладышей для штамповки конических шестерен с зубом, изготовленным из стали ЗХ2В8, полу­ чено повышение стойкости в 3—4 раза, прессовых штампов, изго­ товленных из сталей 5ХНВ, 5ХТСВФ и 5ХНМ с дополнительной закалкой и отпуском до НДС 50—52, — на 50—60% [1]- При нагре­ ве поверхности штампов т.в.ч. в поверхностном слое образуются остаточные напряжения сжатия.

Представляет интерес не нашедший широкого применения ме­

в воде, масле или на воздухе.

Химико-термическая обработка. Повысить поверхностную твер­ дость, износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стой­ кость, окалиностойкость и увеличить стойкость штампов и инст­ румента можно также химико-термической обработкой. С целью упрочнения поверхности применяют цементацию, азотирование, бо-

31

рирование, цианирование либо наносят на поверхность детали слой из более твердого металла (например, хромирование).

Цементация. Насыщение поверхностного слоя углеродом при це­ ментации обеспечивает получение высокой поверхностной твердо­ сти, износостойкости и усталостной прочности инструмента и штампов.

Цементации целесообразно подвергать холодновысадочный ин­ струмент из высоколегированных сталей марок Х12М, 9X18, 1X13— 4X13, Х17, ШХ15. Некоторые отечественные заводы цементируют пуансоны, матрицы и другой инструмент из стали ШХ15.

Вработе (60] рекомендуется шестигранные матрицы для холод­ ной штамповки гаек изготавливать из цементируемой стали 2365 (состав, %: С—0,3; Si—0,3; Мп—0,3; Сг—2,8; Мо—2,8; V—0,52).

Цементированный поверхностный слой имеет чрезвычайно высокую износостойкость, а сердцевина — высокую прочность и вязкость. Кроме того, сталь 2365 хорошо выдавливается в холодном состоя­ нии. Глубина цементированного слоя 0,8—1 мм. Стойкость цемен­ тированных матриц из стали 2365 при высадке гаек под ключ раз­ мером 16 мм, составила 480 тыс. гаек при твердости сердцевины матрицы HRC 49.

Вданном случае применение цементированных гаечных шести­ гранных матриц более эффективно, чем применение сборных матриц

со вставками из быстрорежущей стали, которые имеют стойкость на 20% выше, но значительно дороже и более трудоемки в изготов­ лении.

Азотирование. Поверхностное насыщение стали азотом приме­ няется для повышения износостойкости штампов горячего дефор­ мирования и штампов холодной объемной штамповки. Азотирова­ ние повышает твердость, красностойкость и износостойкость штамповых сталей, а также приводит к образованию на поверхности остаточных напряжений сжатия. Азотированная поверхность сохра­ няет свою твердость после нагрева до 500—650° С. Стойкость азо­ тированных штампов повышается в 1,5—2,5 раза.

Лучшая износостойкость при высокой твердости (HV 1340) обес­ печивается при толщине азотированного слоя: 0,015—0,02 мм для быстрорежущих сталей Р18; Р12; 0,065—0,075 мм для высокохро­ мистых сталей Х12М; 0,12—0,23 мм для хромовольфрамовых ста­ лей ЗХ2В8Ф, 4Х5В2ФС. Рекомендуемые режимы азотирования: 520° С, 1 час (или 560° С, 20 мин) для быстрорежущих сталей; 520—540°С, 6 час для высокохромистых сталей; 520—540° С, 6 час (или 540—560° С, 4 час) для хромовольфрамовых сталей [12]. При азотировании всех инструментальных сталей на поверхности соз­ дается слой, содержащий двухфазную смесь: твердый раствор по­ вышенной травимости и светлые нитриды [12].

Проводились испытания усталостной прочности стали ЗХ2В8Ф на образцах диаметром 7,5 мм без надреза в условиях изгиба при вращении с циклом 10~7 оборотов [11]. Азотирование обеспечивает значительное повышение усталостной прочности, которая в два

32

раза выше (85 кгс/мм2) , чем у неазотированной стали (46 кгс/мм2) (рис. 8).

По данным работы [67], фирма Fiat (Италия) подвергает азоти­ рованию более 500 типов штампов горячей штамповки. В качестве

няется возникновением на поверхности борированной стали боридного слоя, состоящего из нескольких слоев: в порядке удаления от поверхности — FeB, FeB + Fe2B; Fe2B и борный цементит соста­ ва РезВо.вСо.г- За боридным слоем находится переходная зона, в ко­ торую оттеснен углерод из слоя боридов, за ним следует исходная