Способ комбинированного изготовления и упрочнения рабочих поверхностей штампов

Киселёв Евгений Степанович, доктор тех-иических паук, профессор кафедры «Техно-логия машиностроения» Ульяновского государственного технического университета.

Степчева Зоя Валерьевна, аспирантка кафедры «Технология машиностроения» Ульяновского государственного техни ческого университета, занимается исследованиями методов повышения эффективности ультразвукового алмазного выглалсивания.

УДК 621.777

В. Н. КОКОРИН, Ю. А. ТИТОВ, А. Ю. ТИТОВ

СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ШТАМПОВ

Рассматриваются вопросы повышения стойкости штамповой оснастки с использованием электромеханической обработки (ЭМО).

Ключевые слова: штамповая оснастка, повышение стойкости деталей штампа.

Повышенные требования к качеству прессового инструмента обусловливают необходимость применения новых методов повышения стойкости рабочих деталей штампов, основанных на регламентации структурно-фазовых характеристик в объёме и поверхностном слое прессового инструмента.

Поверхностная ЭМО с использованием тока промышленной частоты (50 Гц) позволяет существенно повысить стойкость широкого круга ответственных деталей штампов.

В зависимости от служебного назначения штампа и условий его эксплуатации ЭМО используется для закалки, отделочно-упроч-няющей обработки и восстановления различных деталей.

Основное назначение электромеханической закалки (рис. 1) — повышение износостойкости и усталостной прочности деталей; ликвидация коробления, обезуглероживания и окисления поверхностного слоя.

Обработке подвергаются детали из сталей 20, 35, 40Х, 45, 55ПП, 60Г2С, 9ХС, У7...У13А, ХВГ, 7ХНМ, ШХ15 и др. Глубина закалки определяется техническими требованиями и может составлять 0,5...4 мм при микротвёрдости поверхностного слоя НУ 6000...8000 МПа (.ИКС 52...68). Припуск под последующую окончательную обработку шлифованием или точением назначается в пределах 0,05...0,2 мм.

© В. Н. Кокорин, Ю. А. Титов, А. Ю. Титов, 2007

Рис. 1. Принципиальная схема ЭМО:1 - инструмент; 2 - обрабатываемая поверхность; 3 - кабель токо-подводящий; 4 - установка ЭМО

Область применения электромеханической закалки: закалка посадочных мест валов и отверстий под подшипники качения или скольжения; участков валов под ступицы шкивов и зубчатых колес; закалка тонкостенных, маложёстких деталей из высококачественных сталей (втулки, стаканы, детали типа трубы) в единичном и мелкосерийном (ремонтном) производстве.

Отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка поверхностей позволяет в единой технологической схеме производить поверхностную закалку и окончательную обработку (Яа = = 1,25...0,63 мкм), а также формировать текстуру волокон металла, вытянутую вдоль профиля опасного сечения. Наибольшее применение этот вид ЭМО получил при обработке (рис. 2) гладких цилиндрических поверхностей галтелей, канавок, выточек валов и осей.

Рис. 2. Принципиальная схема отделочно-упрочняющей обработки гладких цилиндрических

поверхностей

Одновременное термическое и силовое воздействие инструмента на поверхность позволяет получать уникальные свойства:

- поверхностная твёрдость составляет НУ 4000...7800 МПа (ИКС 42...64) при сохранении вязкой сердцевины;

- отсутствуют окисление, обезуглероживание и коробление деталей;

- волокна металла вытягиваются вдоль профиля основания резьбы;

- глубина деформированного слоя 0,02...0,08 мм, а глубина слоя с повышенной твёрдостью 0,04...0,2 мм;

- микрогеометрия поверхности не только уменьшается по высоте, но и приобретает плоскую форму вершин и скруглённые микровпадины;

- структура поверхностного слоя троостито-сорбитная, мелкодисперсная.

При отделочно-упрочняющей электромеханической обработке гладких цилиндрических соединений (см. рис. 2) происходит упрочнение тонких поверхностей слоев материала заготовки на глубине 0,04...0,3 мм с обеспечением На = = 0,63...1,25 мкм. Отмечается изменение микрогеометрии ранее обработанной поверхности, но форма детали остается без изменения. Заготовка, обрабатываемая этим способом, не должна иметь отклонений от овальности и других отклонений геометрической формы, выходящих за пределы технических требований чертежа. Применение метода наиболее целесообразно в тех случаях, когда необходимо значительно повысить износостойкость и срок службы детали.

К особенностям отделочно-упрочняющей обработки следует отнести: наличие двух основных источников теплоты, создаваемых электрическим током и трением; локальный нагрев, сопровождающийся действием значительных давлений; весьма кратковременный термический цикл (нагрев, вытяжка, охлаждение), измеряемый долями секунды; высокая скорость охлаж-

дения (2600 °С/с). Сила тока и вторичное напряжение регулируются в зависимости от площади контакта, исходной шероховатости поверхности и требований к качеству поверхностного слоя.

Известен способ [2] изготовления и упрочнения рабочих поверхностей штампов за счёт холодного объёмного пластического деформирования, заключающийся во вдавливании в обрабатываемую заготовку жёсткого тела (мастер -пуансона), повторяющего форму и разъём рабочих поверхностей штампа.

Однако этот способ характеризуется высокими удельными усилиями, что обусловливает необходимость применения высокоэнергоёмкого прессового оборудования, а также применения последующей термической обработки для снятия остаточных напряжений.

Широко используется способ изготовления и последующего упрочнения рабочих поверхностей штампов за счёт обработки резанием заготовки в холодном состоянии по копиру с последующей объёмной закалкой в закалочных ваннах. Этот способ характеризуется высокой трудоёмкостью, низким качеством закаливаемых поверхностей из-за коробления деталей, что вызывает необходимость использования дополнительных доделочных операций; при этом наблюдается обезуглероживание и окисление закаливаемых поверхностей, требуются значительные материальные затраты на утилизацию закалочного масла.

Для расширения технологических возможностей процесса изготовления и упрочнения рабочих поверхностей штампов, снижения трудоёмкости, повышения эксплуатационного ресурса и улучшения качества деталей предлагается способ электромеханической обработки (рис. 3) рабочих поверхностей штампа 1. Обработка про-

380/220 В 50 Гц

Рис. 3. Схема электромеханической обработки штампа по копиру: 1 - штамп; 2 - ролик; 3 -державка; 4 - копир; 5 - мастер-модель штампа

изводится по копиру 4 в холодном состоянии, а закалка выполняется токопроводящим медным либо латунным инструментом 2 (роликом), выполняющим, наряду с вращательным, поступательное движение, повторяющее путь и траекторию копира 4 по мастер-модели штампа 5.

Упрочняющая обработка может производиться как роликом, так и пластиной (в этом случае вращение инструмента исключается).

Предлагаемый способ изготовления и упрочнения рабочих поверхностей штампов позволяет повысить их стойкость в 2 - 3 раза, снизить трудоёмкость до 30 %, повысить качество рабочих поверхностей штампа, существенно снизить материальные затраты,

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аскинази, Б. М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической об-

работкой / Б. М. Аскинази. - М. : Машиностроение, 1989.-200 с.

2. Хомяк, Б. С. Пути повышения износостойкости прессового инструмент / Б. С. Хомяк. - М. : ВНИИТЭМР, 1986.-68 с.

Кокорин Валерий Николаевичу кандидат технических наук, зав. кафедрой М и ОМД УлГТУ. Имеет работы в области упрочнения деталей штампов.

Титов Юрий Алексеевичу кандидат технических наук, доцент кафедры М и ОМД УлГТУ'. Имеет работы в области проектирования технологической оснастки горячей штамповки. Титов Антон Юрьевич, студент машиностроительного факультета УлГТУ.