Повышение надежности оснастки и инструмента штампового оборудования

УДК 621.723

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОСНАСТКИ И ИНСТРУМЕНТА ШТАМПОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.Н. Романенко,

А. А. Калинин, Е.А. Филатов, И. А. Макарова, И.В. Ворначева

Описаны причины износа рабочих поверхностей оснастки и инструмента. Приведены методы улучшения поверхностного слоя и упрочнения инструмента, обзор по материалам рабочих частей, оказывающим влияние на ресурс эксплуатации инструмента. Показана актуальность проведения работ, направленных на снижение трудоемкости изготовления и увеличения стойкости инструмента и оснастки штампо-вого оборудования.

Ключевые слова: инструмент, износ, прочность, покрытия.

В условиях производства металлических и пластмассовых деталей методам штамповки, литья под давлением и резания роль применяемого инструмента, его стойкости особенно возрастает. От эксплуатационных качеств инструмента и оснастки зависят надежность функционирования оборудования и стабильное производственного процесса, а также качество самих деталей. К важны эксплуатационным показателям инструмента и оснастки относятся точность размере твердость рабочих частей и шероховатость рабочих поверхностей.

Известно, что выход из строя рабочих поверхностей инструмента в большинстве случаев связан с износом и разрушением поверхностных слоев. Основными причинам разрушения служат:

- неравномерные свойства поверхностного слоя из-за неоднородности физико-химических свойств исходного материала и последующей химико-термической обработки, следствием чего является механическое и молекулярное взаимодействие контактирующих поверхностей, которое включает внедрение и сцепление отдельны участков и образование адгезионной связи поверхностей;

- наличие выступов и впадин микрорельефа даже после полировки, неравномерность наклепа, образующегося в ходе абразивной обработки, остаточные напряжения как растяжения, так и сжатия;

- повышение температуры и химические реакции в зоне контакта во врем обработки;

- недостаточная жесткость оборудования, приводящая к ускоренному износу из дополнительных напряжений и трения рабочих частей;

- нарушение технологических режимов эксплуатации и хранения оснастки.

На сегодняшний день для увеличения стойкости оснастки и инструмента применяются следующие типы мероприятий:

- улучшение структуры, чистоты и эксплуатационных свойств инструментальных сталей для рабочих частей;

- увеличение точности и жесткости прессов, литейных машин и станков;

- применение смазочно-охлаждающих жидкостей;

- применение методов инженерии поверхностного слоя, в том числе методов поверхностного упрочнения и нанесения покрытий различными способами и типами.

Перечисленные методики имеют преимущества и недостатки, делающие их эффективными или неприменимыми для разных видов оснастки и инструмента.

Ведущая роль в обеспечении прочности и эксплуатационных характеристик изделия принадлежит свойствам поверхности инструмента. Наиболее эффективно противостоит износу поверхность с высокой твердостью. Получение поверхности с высокими функциональными параметрами, как правило, требует комбинированного энергетического и физико-химического воздействия.

В общем виде упрочнение поверхностного слоя достигается на глубину до 3 мм, как правило, путем изменения структуры материала и замены растягивающих напряжений сжимающими. Существует масса методов улучшения поверхностного слоя, которые можно условно разделить:

- нанесение покрытий или упрочнение в специальных условиях, например, в специальных камерах или печах, под вакуумом или в среде специального газа. Например, аэротермоакустическая обработка (звуковая обработка в поле газа);

- нанесение покрытий или упрочнение поверхностного слоя при атмосферно] давлении на открытом воздухе (газоплазменное напыление или плазменно-дуговая наплавка, ультразвуковая обработка для термически необработанных изделий);

- химико-термическая обработка (азотирование, нитроцементация и

т. п.).

Их применение позволяет повысить стойкость инструмента в (1,5.. .3) раза и более при следующих условиях:

- если слой, созданный обработкой, прочно связан с основным металлом и имеет большие значения твердости, теплостойкости или стойкости против коррозии, лучшие антифрикционные свойства, чем нижние слои;

- учитываются характер износа, переточки и сечение инструмента;

-учитывается вид действующих нагрузок (статические, динамические и т.д.).

Например, метод финишного плазменного упрочнения позволяет улучшить параметр шероховатости Яа в 2,3 раза, уменьшается в 1,6 раза, другие параметры шероховатости тоже принимают меньшие значения.

Указанные типы обработки целесообразны для инструмента, полностью или частично сохраняющего улучшенный слой после переточки и имеющего низкий ресурс работы (резьбовые, червячные фрезы, долбяки, протяжки, фасонные резцы, метчики, сверла, зенкеры, длинные пуансоны, рабочие части пресс-форм, гибочных и выдавливавших штампов). Некоторые авторы [1] считают, что не следует применять традиционную химико-термическую обработку для повышения твердости инструмента небольшого диаметра (до 5 мм) или с очень тонкой кромкой, чтобы не вызвать излишней хрупкости.

Необходимо учитывать, что любой метод поверхностного упрочнения может дать положительные результаты только при стабильном качестве и подготовке (очистке) поверхности. Кроме того, состояние поверхности инструмента зависит не только от физико-механических свойств материала, но и технологии изготовления, особенно от финишной операции, формирующей поверхностный слой.

С точки зрения экономической эффективности практически все методы улучшения поверхностного слоя инструмента, не относящиеся к химико-термической обработке, РУО, СУО-покрытиям, аэротермоакустиче-ской обработке и т.п. (то есть с применением закладки партий в специальные печи или камеры), не обладают достаточной производительностью. Они требуют полуручной обработки каждого изделия на специальной установке. Предполагается, что в перспективе ручной труд может быть заменен применением ЭВМ. Кроме того, эти методы характеризуются выделением вредных веществ и требуют организации вытяжек и другого специального оборудования. Поэтому они не нашли широкого применения за рубежом, за исключением газоплазменного напыления (нанесения слоя толщиной (1.2) мм из порошкового материала при нагреве детали не более 150 °С), применяемого для нанесения защитных порошковых покрытий на объемные металлоконструкции (мосты, опоры и т.п.).

Продолжают уверенно чувствовать себя на рынке покрытия типа РУО, СУО. К современным покрытиям этих типов предъявляются следующие требования:

- низкий коэффициент трения - в пределах (0,15.0,35);

- высокая термостойкость - (900... 1200) °С;

- высокая стойкость к окислению - (800.1000) °С;

- химическая устойчивость к инструментальному материалу;

- высокая твердость;

- высокая вязкость;

- низкая теплопроводность - (0,3 .0,5) Вт/(м-К);

- высокая стойкость к абразивному износу. РУО-покрытие наносится при температурах до 550 °С, что обусловливает его применение для упрочнения быстрорежущего инструмента. Суть его состоит в нанесении

116

слоя или слоев физическим осаждением. СУБ-покрытие наносится химическим осаждением при температурах до 1100 °С и так называемым холодным нанесением при температуре до 800 °С.

Другим важным параметром, оказывающим влияние на ресурс эксплуатации инструмента, является материал рабочих частей, поскольку в процессе эксплуатации все рабочие части испытывают значительные нагрузки. В настоящее время в России применяют следующие инструментальные материалы. Материалом для пуансонов и матриц служат хромосо-держащие стали НЯС (55...64) и твердые сплавы марок ВК8 и ВК15 (ГОСТ 3882-65). При этом рабочие температуры составляют не более (150300) °С. Для горячего формообразования применяются стали 4Х5МФС, 4Х2ГМ, НЯС (40...55), рабочие части нагреваются до (300.400) °С, а поверхностные слои периодически испытывают воздействие горячего металла. Пресс-формы для пластмассовых изделий изготавливают из сталей 40X13, 40Х5МФ, 12ХНЗА и др. с рабочими температурами (120.180) °С. Для режущего инструмента используют быстрорежущие стали (Р18, Р6М5, Р9Ф5 и др.), ИЯС (62.68) и твердые сплавы (ВК6, БЯ8, Т14К8, ТТ20К9, В14М7К25 и др).

Основными причинами выхода стальных матриц из строя являются разрушение, износ, выкрашивание и смятие рабочих поверхностей. Подавляющее большинство штамповой оснастки в России изготавливается из инструментальных сталей. Это связано с тем, что изготовление оснастки из твердого сплава более трудоемко отличается большей себестоимостью и требует специальных условий эксплуатации. Кроме того, высокий ресурс, достигнуть которого позволяет применение твердого сплава, не всегда востребован потребителем из-за небольших партий изготавливаемы: деталей. В ближайшее время такое положение в инструментальном производстве сохранится, поэтому актуальность совершенствования инструментальных сталей весьма высока.

Наилучшие результаты после химико-термической обработки достигаются у сталей, которые не имеют дефектов поверхности, отличаются высокой чистотой и однородностью структуры. Высокая степень чистоты стали является условием хорошей полируемости поверхности. Такая чистота присуща сталям, которые подвергаются переплавке (рафинирование, электрошлаковый переплав) один или несколько раз Переплавка также улучшает и механические свойства.

Максимальной устойчивостью к истиранию отличаются стали, полученные методом порошковой металлургии (твердые металлы). Они содержат большую долю карбидов, которые относительно равномерно распределены в кристаллической решетка сталей различного химического состава, то есть лишены карбидной и элементной неоднородности. В зависимости от марки и производителя в стали может содержаться до 50 % карбида титана. Такое высокое содержание карбида придает стали высокую

износостойкость, поэтому ее можно применять для обработки материалов вызывающих сильный износ. При термообработке такие сплавы обладают чрезвычайно низкой деформацией. Также хорошие результаты по улучшению структуры стали дает: кузнечная обработка (ковка) либо прокатка в поперечном и продольном направлениях.

Как правило, наибольшей чистотой и однородностью структуры, а также специальными свойствами обладают стали зарубежного производства.

В европейских странах многие изделия из инструментальных сталей обрабатываются в вакуумных печах, оборудованных устройствами мониторинга, что позволяет не только создать необходимые режимы обработки, улучшить механические свойства при объемном упрочнении, но и получить качество поверхности, сравнимое с качеством более глубоких слоев (например, обезуглероживание поверхности практически не происходит).

Термическая обработка в вакуумных печах с конвекционным нагревом садки позволяет:

- сократить время обработки;

- обеспечить равномерный нагрев, что уменьшает уровень термических напряжений и трещин и сводит деформации к минимуму;

- снизить экологическую нагрузку на окружающую среду; улучшить условия труда;

- улучшить эксплуатационные характеристики за счет более качественного поверхностного слоя и качественной термообработки.

Кроме качества изготовления, на ресурс работы оснастки влияет и правильность эксплуатации. При длительной работе прессового оборудования подвижные части становятся менее жесткими, наиболее жестким элементом в системе становится штамп, а колонки, втулки и, что особенно важно, рабочие части испытывают увеличенные нагрузки. Это также приводит к ускоренному износу.

Основным способом повышения жесткости прессов является установка специальных элементов на направляющих для повышения жесткости и точности.

Отсутствие смазки при штамповке, прессовании, литье или резании особенно негативно отражается на ресурсе работы и приводит к преждевременному образованию выкрашиваний или разгарных трещин. Для холодной и горячей штамповки появились различные смазки, позволяющие увеличить ресурс работы. Для нанесения составов применяются специальные автоматические разбрызгиватели и другие устройства, позволяющие снизить время цикла и добиться постоянных параметров смазывания. Безусловно, негативное влияние оказывает и низкое качество обрабатываемого материала. Это выражается, прежде всего, в уменьшении срока эксплуатации из-за ненормативных физических свойств. Одним из следствий при-

менения низкокачественных материалов являются ускоренное загрязнение и необходимость частой очистки и технического обслуживания. Чистота инструмента и форм оказывает большое влияние как на качество изготавливаемой продукции, так и на срок эксплуатации пресс-форм и деревообрабатывающего инструмента. Необходимость удерживать эксплуатационные затраты на низком уровне, в том числе на персонал и очистку, обусловила развитие новых процессов удаления загрязнении. Можно назвать следующие процессы: струйная обработка гранулами, накатноструйная обработка, гидроабразивная, ультразвуковая и термическая очистка. Для увеличения стойкости оснастки и инструмента необходимым является выяснение причин и факторов, оказывающих негативное влияние на функционирование оснастки. Для выяснения причин отказов инструмента необходимо регулярно собирать статистические данные о ресурсе работы до переточки и характере дефектов инструмента. На основании таких статистических данных можно классифицировать отказы по причинам их возникновения и разработать мероприятия по устранению этих причин. Для штампов и прессформ такие статистические данные обычно фиксируют в паспорте. Именно поэтому важно не только аккуратно вести паспорта оснастки, но и регулярно проводить анализ статистических данных, собранных этим способом. Постоянный анализ позволяет вести процесс совершенствования оснастки и инструмента, их ресурса, а значит, в итоге снизить себестоимость продукции. На этапе анализа этот способ не требует специального обучения или оборудования, зато дает возможность поставить вопрос перед персоналом об инициативах по улучшению.

Например, вырубные штампы регулярно попадают в ремонт из-за поломки крайнего пуансона. При рассмотрении эксплуатации выяснено, что крайний пуансон из-за недостаточной ширины материала рубит только половиной кромки, а вторая половина не работает. При этом силы, действующие на пуансон со стороны заготовки и штампа, распределены неравномерно по длине кромки и частично направлены под углом к траектории движения пуансона, что вызывает смешение пуансона. Это и приводит к поломке или преждевременному износу инструмента. В качестве мер по улучшению процесса рекомендуется либо увеличить ширину материала, либо развернуть вырубку на некоторый угол.

При анализе условий работы конкретной единицы оснастки без учета статистических данных необходимо знать рабочую температуру, напряжение на рабочей поверхности и во всем объеме штампа скорость перемещения обрабатываемого металла вдоль гравюры и др. Ситуация усугубляется тогда, когда осваивается новый технологический процесс, связанный со сложной конфигурацией детали. Некоторые из указанных параметров можно оценить посредством ручного расчета, что требует высокой квалификации, а отдельные параметры - только интуитивно, для чего необходим богатый опыт. Возможен вариант применения специального ком-

пьютерного моделирования с использованием программ, ориентированных на расчеты процессов деформации металла, которые позволяют учитывать процессы теплообмена штампа с обрабатываемым металлом и окружающей средой, оценивать его напряженное состояние и возможность разрушения.

Работа российских предприятий характеризуется высокой степенью износа оборудования и изготовлением основной гаммы оснастки из инструментальных материалов невысокого качества. В ближайшее время в силу большой инертности процесса постоянного совершенствования на предприятиях такое положение в производстве сохранится. Поэтому работы, направленные на снижение трудоемкости изготовления и увеличения стойкости инструмента, являются актуальными [1-5].

Полученные результаты могут быть использованы при разработке ресурсосберегающих процессов и технологий обработки промышленных материалов с использованием новых наноконструкционных смазок и покрытий [7-29].

Работа подготовлена в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России № 11.6682.2017/8.9.

Список литературы

1. Гадалов В.Н., Петренко В.Р., Ляхов А.В. Химико-термическая и электрофизическая обработка сплавов и покрытий. М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2017. 388 с.

2. Горелик М.Е. Защита инструмента - назревшая необходимость // Двигатель. 2009. №2. (62) С. 101-107.

3.Повышение ресурса работы штампов, пресс-форм и экструзион-ного инструмента за счет нанесения композиционных РУБ-покрытий [Электронный ресурс]. URL: http:/termoplast-instrumen.ruprom.net/a1829-povyshenie-resursa-raboty.html.

4. Изучение процессов износа штамповой оснастки / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, Н.А. Кореневский, Т.Н. Розина // Известия ЮЗГУ. 2014. №3(54). С. 98-105.

5. Гадалов В.Н., Розина Т.Н., Абакумов А.В. Применение импульсного лазерного облучения для повышения стойкости штампового оборудования // Прогрессивные технологии и процессы. Курск: ЗАО «Университетская книга» 2015. Т.1. С. 221-223.

6. Износ и повышение стойкости штампов / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, Д.Н. Романенко, Т.Н. Розина // Новые решения в области упрочняющих технологий. Курск: ЗАО «Университетская книга», 2016. Т.1. С. 46-48.

7. Механические свойства конструкционных и инструментальных сталей в состоянии предпревращения при термомеханическом воздействии

/ А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, О.В. Кузовлева, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 39-42.

8. Закономерности проявления сверхпластичности сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП / А.Е. Гвоздев, А.В. Афанаскин, Е.А. Гвоздев // Металловедение и термическая обработка материалов. 2002. № 6. С. 32-36.

9. Гвоздев А.Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. 176 с.

10. On friction of metallic materials with consideration for superplastici-ty phenomenon / A. Breki, A. Gvozdev, A. Kolmakov, N. Starikov, D. Provoto-rov, N. Sergeyev, D. Khonelidze // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 126-129.

11. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A. Gvozdev, N. Sergeyev, I. Minayev, A. Kolmakov, I. Tikhonova, A. Sergeyev, D. Provotorov, D. Khonelidze, D. Maliy, I. Golyshev // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 148-152.

12. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO) FT polyimide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A. Breki, A. Didenko, V. Kudryavtsev, E. Vasilyeva, O. Tolochko, A. Kolmakov, A. Gvozdev, D. Provotorov, N. Starikov, Yu. Fadin // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. №1. P. 32-36.

13. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparticle filler / A. Breki, A. Didenko, V. Kudryavtsev, E. Vasilyeva, O. Tolochko, A. Gvozdev, N. Sergeyev, D. Provotorov, N. Starikov, Yu. Fadin, A. Kolmakov // Inorganic materials: Applied Research. 2017. T. 8. № 1.P. 56-59.

14. Гвоздев А.Е. Ресурсосберегающая технология термомеханической обработки быстрорежущей вольфрамомолибденовой сталиР6М5 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. №12 (606). С. 27-30.

15. Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев .Пластическая дилатансия и деформационная повреждаемость металлов и сплавов. Тула: Изд-во ТулГУ,

2014. 114 с.

16. Зависимость показателей сверхпластичности труднодеформи-руемых сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП от схемы напряженного состояния / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.Н. Боголюбова // Деформация и разрушение материалов. 2015. №11. С. 42-46.

17. Основы строительного дела и ремонтно-отделочных работ: учебное пособие / А.Н. Сергеев, Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Е. Гвоздев, А.В. Сергеева, С.Н. Кутепов. Тула: Издательство ТулГУ,

2015. 198 с.

18. Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса: учебное пособие / Ю.С. Дорохин, А.Н. Сергеев, М.В. Ушаков, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, П.Н. Медведев, Д.В. Малий. Тула: Издательство ТулГУ, 2015. 160 с.

19. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.

20. Организация и планирование деятельности предприятий сервиса: учебное пособие / Ю.С. Дорохин, А.Н. Сергеев, К.С. Дорохина, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, П.Н. Медведев, А.В. Сергеева, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 380 с.

21. Эксплуатационные материалы: учебное пособие / Н.Н. Серге-ев,А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе, С.Н. Кутепов, П.Н. Медведев, Ю.С. Дорохин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 160 с.

22. Технологические процессы в сервисе: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Ю.С. Дорохин, П.Н. Медведев, А.В. Сергеева. Тула: Издательство ТулГУ, 2016. 248 с.

23. Журавлев Г.М., Гвоздев А.Е. Обработка сталей и сплавов в интервале температур фазовых превращений: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 320 с.

24. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография/ О.В. Кузовлева, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, Н.Н. Сергеев, А. Д. Бреки, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, А. А. Калинин, Д.В. Малий, Ю.Е. Титова, С.Е. Александров, Н.А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016 245 с.

25. Особенности протекания процессов разупрочнения при горячей деформации алюминия, меди и их сплавов / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.Н. Боголюбова, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д. А. Провоторов // Материаловедение. 2014. № 76. С. 48-55.

26. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. №1. С. 1521.

27. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д. А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. №9. С. 3-7.

28. О фрикционном взаимодействии металлических материалов с учетом явления сверхпластичности / А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе // Материаловедение. 2016. № 8. С. 21-25.

29. Э.С. Макаров, А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев. Теория пластичности дилатирующих сред: монография/ под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 337 с.

Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., проф., ((асЫоу-УЫ@,уапёвх. ги, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., проф., gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., starikov_taii@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Романенко Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доц., Romanenko-kstu46@yandex.ru, Россия, Москва, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов,

Калинин Антон Алексеевич, инженер, antony-ak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Филатов Евгений Алексеевич, асп., Don_filius@,mail. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Макарова Ирина Александровна, асп., makarova.mia@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Ворначева Ирина Валерьевна, ассист., vornairina2008@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-западный государственный университет

INCREASE OF RELIABILITY OF TOOLING AND INSTRUMENT OF THE STAMPING EQUIPMENT

V.N. Gadalov, A.E. Gvozdev, N.E. Starikov, D.N. Romanenko, A.A. Kalinin, E.A. Filatov, I.A. Makarova, I. V. Vornacheva

The reasons of wear of working surfaces of tooling and tools are described. Methods for improving the surface layer and hardening of the tool, a review of the materials of the working parts that affect the service life of the tool are given. The relevance of the work aimed at reducing the labor intensity of manufacturing and increasing the tool life and tooling of die equipment is shown.

Key words: tool, wear, strength, coating.

Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, professor, Gadalov- VN@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Gvozdev Alexander Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University named after. L.N. Tolstoy,

Starikov Nikolai Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, stari-kov_taii@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Romanenko Dmitry Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, Romanen-ko-kstu46@yandex.ru, Russia, Moscow, Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials,

Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Filatov Evgeny Alekseevich, postgraduate, Don_filius@,mail. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Makarova Irina Aleksandrovna, postgraduate, makarova. miaayandex. ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Vornacheva Irina Valer'yevna, asistant, vornairina2008@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University

УДК 620.075.4

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДОЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ ДИФФУЗИОННЫМ БОРИРОВАНИЕМ. ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ; СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ БОРИРОВАНИЯ

В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.Н. Романенко, Е.А. Филатов, И.А. Макарова, Е.А. Ельников

Показано, что одним из эффективных способов повышения работоспособности стальных изделий, позволяющих повысить их эксплуатационные свойства, является борирование. Отмечено, что наиболее часто борирование применяют для повышения износостойкости и коррозионной стойкости в растворах кислот металлов и сплавов. Высокая твердость борированных слоев (микротвердость 18...20) ГПа сохраняется при нагреве до 800 0С. В условиях атмосферной коррозии и коррозии в природных и промышленных водах борированные стали недостаточно стойки.

Борированию можно подвергать практически все конструкционные и инструментальные стали. Борированные детали можно применять в особо жестких условиях эксплуатации: трения скольжения без смазки, абразивного изнашивания, изнашивания в вакууме, при повышенных и высоких температурах, в агрессивных средах. На практике упрочнения деталей металлургического оборудования наибольшее распространение получили электролизное борирование (крупные серии деталей) и борирование из порошков, паст или обмазок (мелкие серии и единичные детали). Крупногабаритные детали, особенно при необходимости их местного борирования, целесообразно

насыщать из обмазок (паст). Электролизное борирование осуществляет при 0 2 (900.980) С в течение (2.5) ч при плотности тока J ~ (0,08.0,25) А/см ; при этом

получают слой глубиной (0,16.0,28) мм, обладающий высокой твердостью, плотностью и износостойкостью. Процесс борирования проводят в расплавленной буре или в смеси буры с поваренной солью. Борируемые детали служат катодами, а в качестве анодов используют графитовые стержни.

Ключевые слова: диффузионное борирование, бура, тигель технология, электролиз, структура, фазовый состав, боридный слой, внутреннее напряжение, обмазка (паста).

Для борирования используют специальные установки (рис.1), в состав которых входят: печь-ванна, система питания током и система автоматического контроля и регулирования температуры. Печи-ванны для

124