Методы восстановления изношенных элементов штампов

УДК 621.7:621.8

Э. Р. Галимов, И. А. Абдуллин, А. В. Беляев, Л. В. Сироткина

МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ШТАМПОВ

Ключевые слова: штампы, стали, сварка, износостойкость.

Проведен анализ условий работы деталей штампа. Установлено, что радиусы закругления матрицы штампа подвержены износу. Предложены и апробированы методы восстановления штампов.

Keywords: stamps, steel, welding, wear resistance.

There are analyzed the working conditions of parts of the stamp. There established that the radius of curvature of the die of the matrix are subject to wear. There are proposed and tested recovery techniques stamps.

Введение

В настоящее время при производстве разнообразных деталей широко применяется обработка металлов давлением (ОМД) [1]. Для изменения формы и размеров заготовок используют специальный инструмент - штампы, состоящие из матрицы и пуансона, которые в процессе работы подвержены нагрузкам.

Экспериментальная часть

Объектом исследования является гибочный штамп для производства детали «Кронштейн», изготовленной из стали 08кп. Проведенный анализ условий работы и напряженно-деформированного состояния деталей штампа показал, что в процессе гибки наибольшие усилия воспринимают радиусы закругления матрицы штампа, которые из-за трения подвержены износу. Для улучшения качества деталей требуется, чтобы рабочие части штампов (матрица и пуансон) обладали высокими значениями физико-механических показателей таких, как теплопроводность, твердость, устойчивость к вибрации; хорошо противостояли большому давлению, сопротивлялись трению рабочих поверхностей.

В качестве методов восстановления элементов штампов предложены и апробированы следующие методы:

1. Напайка твердосплавной вольфрамокобальтовой пластины ВК8 по ГОСТ 3883-74 (табл. 1).

2. Наплавка электродом ОЗИ-З, Э-90Х4М4ВФ (табл. 2).

3. Лазерная восстановительная наплавка порошковым материалом.

Таблица 1 - Свойства отечественного спеченного сплава ВК8, применяемого в современной промышленности

WC, % Co, % Прочность на изгиб, МПА Твердость, HRA Плотность, г/см3

92 8 1700 87,5 14,8

при увеличениях 100^500 крат на микроскопе с цифровой камерой«Ахю Cam ИЯ»в исходном, тер-мообработанном, азотированном состояниях, а также после восстановительной напайки и наплавки. На поверенном приборе выполнена серия замеров твердости HRC и статистическая обработка данных на ЭВМ с программным обеспечением GIMP, J Micro Vision, MFR Drom и MSOffice 2013.Проведен анализ технологических процессов термической обработки, азотирования, пайки, лазерной наплавки и наплавки электродом применительно к образцам из сталей У10А и Х12М.

Таблица 2 - Химический состав наплавленного металла электрода ОЗИ-З, в %

C Mn Si Mo Cr V W S P

0,8 0,5 0,4 4,0 3,6 1,0 1,4 0,014 0,022

Рис. 1 - Внешний вид образцов и микроструктуры сталей в исходном состоянии

Для изучения эффективности предлагаемых методов были изготовлены заготовки размером 18x30x170 мм (рис. 1) из сталей У10А и Х12М.

С использованием стандартных методик исследования [2] получены микроструктуры образцов

В процессе исследования микроструктур и анализа свойств различных участков, в том числе, зон термического влияния, установлено, что наиболее эффективным методом восстановления с точки зрения оптимальности структуры и равнопрочности основному металлу является наплавка сварочным

электродом ОЗИ-3 (рис. 2), последующие термическая [3] и механическая обработки.

Также, одним из перспективных методов восстановления следует считать лазерную наплавку порошковым материалом, обеспечивающую требуемые свойства шва, напайку твердосплавной пластины (рис. 3) и другие методы [4, 5].

Рис. 2 - Внешний вид образцов и микроструктуры различных зоны соединения для сталей после наплавки сварочным электродом ОЗИ-З

В случае повышенных требований к износостойкости частей штампа наиболее эффективным вариантом является замена материала матрицы и пуансона на Х12М в связи с тем, что хромистая сталь обладает повышенной прокаливаемостью, теплостойкостью, а также твердостью HRC.

При разработке режимов восстановления напайкой путем изменения площади паяемой поверхности можно также добиться равновероятного разрушения по основному металлу или шву.

Сталь Х12М Сталь У10А Рис. З - Внешний вид и микроструктуры образцов после напайки твердосплавной пластины ВК8

Заключение

Проведен анализ методов восстановления деталей штампов на предмет получения прочных износостойких поверхностей. Наиболее эффективным методом является наплавка сварочным электродом и лазерная восстановительная наплавка порошковым материалом.

Внедрение предложенных методов будет способствовать повышению износостойкости элементов гибочных штампов, а также улучшению технико-экономических показателей в производстве деталей методами ОМД.

Литература

1. Г.П. Фетисов, Материаловедение и технология металлов, Высшая школа, Москва, 2001.640 с.

2. Х. Вашуль, Практическая металлография. Методы изготовления образцов, Металлургия, Москва, 1988. 320 с.

3. Патент Российской Федерации 2452780 (2012).

4. Ф.И. Муратаев, А.В. Горбунов, И.А. Абдуллин, М.А. Клабуков, Вестник Казанского технологического университета, 16, 2, 45-47 (2013).

5. С.С. Филимонов, А.В. Медведев, С.Я. Алибеков, А.В. Маряшев, Р.С. Сальманов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 3, 245-247 (2014).

© Э. Р. Галимов - д.т.н., проф., зав. каф. «Материаловедение, сварка и производственная безопасность» КНИТУ им. А.Н. Туполева, kstu-material@mail.ru; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ТИПКМ КНИТУ, ilnur@kstu.ru; А. В. Беляев - к.т.н., доцент кафедры «Материаловедение, сварка и производственная безопасность» КНИТУ им. А.Н. Туполева, beljaev.a.v@gmail.com; Л. В. Сироткина - к.х.н., ст. преп. каф. «Химия» Казанского государственного энергетического университета, liliya_belyaeva@mail.ru

© E. R. Galimov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department «Materials Science, Welding and Safety» Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev, kstu-material@mail.ru; I. A. Abdullin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department of «Chemistry and Technology of Heterogeneous Systems» Kazan National Research Technological University, ilnur@cnit.ksu.ras.ru; A. V. Belyaev - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Materials Science, Welding and Safety» of Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev; beljaev.a.v@gmail.com; L. V. Syrotkina - Candidate of Chemical Sciences, Senior Lecturer of the Department of «Chemistry» of Kazan State Power Engineering University, liliya_belyaeva@mail.ru.