CC BY
37
УДК 621.787.4
А.П. Моргунов, А.В. Удодова, А.А. Федоров
Омский государственный технический университет, г. Омск
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПУАНСОНОВ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Холодная листовая штамповка является одним из распространенных видов обработки металлов давлением. В настоящее время большое внимание уделяется проблеме прочности пуансонов листовой штамповки, от которой во многом зависит качество продукции, снижение себестоимости и повышение производительности.Существуют различные технологические способы повышения долговечности и износостойкости штампов для листовой штамповки.
Известные методы повышения износостойкости пуансонов условно можно разделить на шесть основных классов упрочнения [1]:
1 - с образованием пленки на поверхности;
2 - с изменением химического состава поверхностного слоя;
3 - с изменением структуры поверхностного слоя;
4 - с изменением энергетического запаса поверхностного слоя;
5 - с изменением шероховатости поверхностного слоя;
6 - с изменением структур по всему объему металла.
Первый класс - с образованием пленки на поверхности нашел достаточно широкое применение в практике. К недостаткам способа можно отнести достаточно длительное воздействие высокой температуры на обрабатываемый материал, контакт с кислородом. Это вызывает возникновение большой зоны термического влияния и возможные процессы обезуг-лероживания[2, 3].Так же в процессе эксплуатации возможно отслоение покрытии или выкрашивание инструмента из-за его высокой поверхностной твердости. Кроме этого, как правило, для осуществления этих методов требуется сложная дорогостоящая аппаратура, что часто затрудняет процесс упрочнения металла этими методами.
276
К недостаткам способа следует отнести то, что этот способ не всегда пригоден для получения покрытий большой толщины, длительность и сложность метода, а также хрупкость и недостаточную износостойкость, полученного слоя, что делает невозможным применение его для упрочнения пуансонов для листовой штамповки.
Кроме этого, как правило, для осуществления этих методов требуется сложная дорогостоящая аппаратура, что часто затрудняет процесс упрочнения металла этими методами.
Однако для получения износостойких слоев на штамповой оснастке выгоден, так как может быть осуществим способами не требующими дорогостоящего оборудования, различными материалами электродов. Кроме того полученной толщины слоя достаточно для упрочнения, т.к. проводится на уже термообработанных образцах и не требует последующей термообработки и шлифовки.
Ко второму классу (с изменением химического состава поверхностного слоя) относят методы диффузионного насыщения: поверхности металла атомами металлов и неметаллов. Как правило, такое насыщение проводят методами химико-термической обработки, которая не требует сложного дорогостоящего оборудования и достаточно проста в применении. Кроме этого, химико-термическая обработка позволяет в ряде случаев получить комплекс свойств необходимых для повышения срока службы инструмента в конкретных условиях эксплуатации. К методу диффузионного насыщения относят нитрооксидирование, азотирование, хромирование, цементацию, цианирование, борирование и т.д. [4].
Недостатком способа является разрушение поверхностного слоя в местах резкого изменения контура режущих кромок инструмента и низкое сопротивление ударным нагрузкам, в связи с чем целесообразность применения способа для штампов повышенной стойкости требует оценки в каждом конкретном случае.
Третий классу (с изменением структуры поверхностного слоя) позволяет создавать на поверхности металла тонкие износостойкие слои повышенной прочности, после этих процессов не нужно применять окончательную механическую обработку, что дает возможность довольствоваться: слоями небольшой толщины. Недостатком такого способа также является использование дорогостоящей аппаратуры. Метод механической обработки для пуансонов листовой штамповки, как правило, не применяется.
К четвертому классу (с изменением энергетического запаса поверхностного слоя) относится метод обработки в магнитном поле - электроферромагнитная обработка, обработка в импульсном магнитном поле [5]. Метод можно применять как для повышения стойкости режущего инструмента - резцов, сверел, плашек, так и для матриц и пуансонов штампов холодной листовой штамповки. Сложность заключается в расчете значения остаточной индукции: и напряженности, необходимых для намагничивания инструмента.
Пятый класс (с изменением шероховатости поверхностного слоя) применяется в основном для режущего инструмента, применяемого на станках - резцы, сверла, метчики, плашки и т.д. Остаточные напряжения сжатия, полученные режущим инструментом в результате обкатки, затрудняют отрыв частиц инструмента и уменьшает износ. Однако существует возможность образования шлифовочных трещин на поверхности инструмента при неправильно выбранном режиме обработки. Стойкость инструмента увеличивается в 1,3 - 2 раза [6].
К шестому классу (с изменением структур по всему объему металла) относится термическая обработка. Термообработка при положительных температурах изменяет прочностные характеристики по всему сечению пуансона, что не всегда приемлемо.
После рассмотрения различных классов упрочнения был сделан вывод о приемлемости для повышения износостойкости и упрочнения пуансонов листовой штамповки в современных условиях пятого класса -с изменением структур по всему объему металла, т.к. эти спо-
277
собы упрочнения позволяют получить твердые, износостойкие поверхностные слои на пуансонах различного назначения.
Для упрочнения пуансонов штампов листовой штамповки одним из наиболее рациональных и перспективных методов является метод пластического деформирования (накатка, обкатка, раскатка), т.к. он обеспечивает высокую износостойкость и твердость инструмента, высокую производительность, возможность применения несложного оборудования и применим для пуансонов различной конфигурации.
На кафедре «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета проводился эксперимент по упрочнению пуансона для холодной листовой штамповки. Для эксперимента использовалась лабораторная установка - универсальный токарно-винтовой станок ФТ-11. На образцы, изготовленные из стали У8А, наносили смесь глицерина с шламом от абразивной обработки. Схема процесса представлена на рисунке 1. В трехкулачковый патрон 1 устанавливалась оправка 2, на которую с помощью гайки 5 закреплены обрабатываемые образцы 4. Для обкатывания использовали специальный ролик 3 из твердого сплава ВК8 с радиусом от 3 мм до 5 мм. Ролик 3 может свободно вращаться на оси 6, статическое усилие прижима регулируется заранее оттарированной пружиной 7. Приспособление с рабочим инструментом закреплялось в резцедержателе станка. Усилие сжатия пружины контролировали по шкале, нанесенной на планке 8. Перед началом обработки на поверхность наносили приготовленную «смесь» глицерина с шламом. Суппортом создавалось усилие и включалась установка. Во время работы инструмент помимо продольной подачи получал дополнительное возвратно-поступательные движения в продольном направлении.
Рис. 1. Схема обкатывания
Предлагаемый способ упрочнения пуансонов штампов листовой штамповки является одним из наиболее перспективных. Положительные стороны предлагаемого способа заключаются в том, что он обеспечивает высокую твердость, износостойкость, долговечность и возможность применения несложного оборудования с минимальными затратами на осуществление данного способа.
278
Библиографический список
1. Хасуи, А.Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки. - М.: Машиностроение, 1985. - 239с.
2. Рогов, В.А. Основы высокихтехнологий /В.А. Рогов, Л. А. Ушомирская, А. Д. Чудаков. - М.: Вузовская книга, 2001. - 247с.
3. Тюрин, Ю.Н. Электролитно-плазменное упрочнение деталей буровых станков / Ю.Н. Тюрин // Сварщик. - 1998.- №4. - С. 6-10.
4. Дубинин, Г.Н.Прогрессивные методы химико-термической обработки / Г.Н. Дубинин, Я.Д. Коган. - М.: Машиностроение, 1979.- 183с.
5. Самсонов,В.Г. Электроискровое легированиеметаллических поверхностей /
В. Г. Самсонов, А. Д.Верхотуров. - Киев :Наукова думка, 1976. - 220 с.
6. Косилова, А.Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. /Ю. А. Абрамов,
В. Н. Андреев, Б. И. Горбунов. - М.: Машиностроение, 1985. - Т. 2 / под ред. А. Г. Косило-вой. -1985. -495 с.
