close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6787

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6787
(13) C1
(19)
7
(51) B 23P 6/00
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ШТАМПОВОЙ
ОСНАСТКИ И РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
(21) Номер заявки: a 20011045
(22) 2001.12.05
(46) 2005.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Чигринова Наталья Михайловна; Чигринов Вадим Витальевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(57)
Способ восстановления и упрочнения штамповой оснастки и режущего инструмента,
включающий восстановление и упрочнение поверхности электроискровым легированием
с последующим ультразвуковым модифицированием, отличающийся тем, что предварительно на восстанавливаемой поверхности формируют барьерный слой толщиной не более 2-4 мкм методом ультразвукового легирования при U = 75-85 В, электроискровое
легирование осуществляют при U = 110-130 В и I = 0,5-1,3 А, а ультразвуковое модифицирование осуществляют при U = 85-100 В.
BY 6787 C1
(56)
Чигринова Н.М. и др. Материалы, технологии, инструменты. - 1997. - № 3. - С. 13-17.
SU 833424, 1981.
RU 2130368 C1, 1999.
Изобретение относится к металлообработке, в частности, к упрочнению штамповой
оснастки и режущего инструмента.
Известен способ упрочнения штамповой оснастки и инструмента наплавкой дисперсионно-твердеющих материалов [1], заключающийся в обработке рабочих поверхностей штампов
плавящимися электродами типа ОЗИ-4, ОЗИ-5, ХАДИМ-1. Тип наплавленного металла Х5М5В6К15Ф (электрод ОЗИ-4), Х2М10В11K18Ф (электрод Ози-5), 5Х12В8МФ (электрод
Хадим-1).
Этот способ дорог, энергоемок и нетехнологичен, поскольку для наплавки используют
электроды из дефицитных высоколегированных дорогостоящих сталей, после наплавки
получают поверхность с низкой твердостью, не превышающей HRC 30-40, что предполагает последующую термообработку, и очень низкой чистотой поверхности рабочей части,
что требует обязательной мехобработки упрочненной поверхности.
Известен также способ восстановления и упрочнения штампов посредством аргонодуговой наплавки, позволяющий получать слой износостойкого материала на рабочей поверхности [2]. Однако данный способ связан с нагревом изделия перед наплавкой до 300350 °С, а после наплавки изделие подвергают высокому отпуску при 650 °С в течение
BY 6787 C1
2 часов, что существенно удорожает процесс повышения стойкости, а также приводит к
разупрочнению материала штампа.
Кроме того, перечисленные методы вследствие формирования на упрочняемой поверхности толстых напряженных покрытий, требующих трудоемкой мехобработки, пригодны для упрочнения и восстановления штамповой оснастки.
Известен способ обработки стальных и чугунных поверхностей электроискровым методом с последующим нанесением упрочняющего покрытия газотермическим методом [3]. К
существенным недостаткам данного способа относятся высокая напряженность формируемых покрытий, малая адгезия с подложкой и обязательность последующей механической обработки вследствие разнотолщинности покрытия и его высокой шероховатости.
Данный способ не может быть использован для восстановления и упрочнения жесткодопускных штампов, штампов и инструмента, работающих в условиях ударных нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является комбинированный способ электроискрового легирования с последующим ультразвуковым модифицированием, заключающийся в легировании поверхностного слоя металла изделия (катода)
материалом электрода (анода) при искровом разряде в воздушной среде и пластическим
течением материала при ультразвуковом воздействии [4].
Однако данному методу также присущи недостатки: невозможность формирования
высококачественных покрытий толщиной более 10 мкм без несплошностей и микротрещин по причине появления прижогов на обрабатываемой поверхности, образования кратеров и микротрещин на стадии электроискрового легирования, невозможность создавать
работоспособные покрытия на поверхности с исходной твердостью менее 40 ед. HRC.
Технической задачей изобретения является формирование на рабочих поверхностях
штамповой оснастки и режущего инструмента восстанавливающе-упрочняющих покрытий требуемых толщин с высоким качеством упрочненной поверхности без прижогов и
микротрещин.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе восстановления и упрочнения штамповой оснастки и режущего инструмента, включающем восстановление и
упрочнение поверхности электроискровым легированием с последующим ультразвуковым
модифицированием, предварительно на восстанавливаемой поверхности формируют
барьерный слой толщиной не более 2-4 мкм методом ультразвукового легирования при
U = 75-85 В, электроискровое легирование осуществляют при U = 110-130 В и I = 0,5-1,3 А,
а ультразвуковое модифицирование осуществляют при U = 85-100 В.
Сформированное покрытие имеет требуемую толщину, высокую твердость и сплошность, минимальную пористость. При этом упрочненная поверхность не содержит прижогов, кратеров и микротрещин. Изделие, подвергнутое указанному восстановлению с
упрочнением, не нуждается в последующей механической и термической обработке рабочих поверхностей.
Процесс восстановления с упрочнением методом ЭИЛ+УЗМ осуществляется так:
1. Предназначенные для упрочнения инструмент или штамповая оснастка тщательно
обезжириваются и проходят визуальный контроль на наличие механических повреждений.
Производится случайная выборка изделий каждого типоразмера для прецизионных
замеров геометрических и размерных параметров обрабатываемой поверхности и сравнение их с требованиями чертежа, в результате чего определяются необходимые толщины
формируемых восстанавливающе-упрочняющих покрытий.
2. Затем подлежащее обработке изделие закрепляется на металлической плите, подключенной к установке ультразвукового легирования, составляя катод. Восстанавливающий электрод из твердого сплава, марка которого определяется назначением и условиями
эксплуатации изделия, является анодом.
Создание тонкого защитного слоя предотвращает появление глубоких каверн и прожогов на обрабатываемой поверхности при ее последующем электроискровом легировании и
подготавливает микроструктуру материала изделия к более жесткому энергетическому
2
BY 6787 C1
воздействию, способствуя тем самым получению на завершающем этапе покрытия с требуемыми уровнем качества и рабочих свойств.
3. Следующий этап - формирование собственно восстанавливающего или упрочняющего покрытия методом электроискрового легирования.
Выбор схемы и режимов легирования, материала легирующего электрода обусловливаются величиной износа рабочей поверхности, ее исходной твердостью и шероховатостью.
Обработка производится на воздухе, продолжительность определяется требуемой толщиной восстанавливающе-упрочняющего покрытия и технологическими параметрами
процесса обработки.
При электроискровом легировании происходит восстановление геометрии изношенной
поверхности и формирование износостойкого покрытия требуемой толщины и твердости.
4. Последующее ультразвуковое модифицирование сформированного покрытия предназначено для доупрочнения обработанной поверхности и выравнивания градиента напряжений по обработанной поверхности.
Особенностью ультразвукового модифицирования, определяющей целесообразность и
эффективность ее использования на завершающем этапе упрочнения, является импульсный высокочастотный характер нагружения с малым временем контакта (до 10-5 с) и степенью (до 80 %) деформации в поверхностном слое при малых степенях общей
деформации обрабатываемой детали. Такой вид воздействия позволяет управлять характером нагружения, а следовательно, и процессами пластического деформирования.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1.
Восстановление с упрочнением штамповой оснастки, изготовленной из стали
12ХМЮА, для производства еврогвоздей осуществлялось указанным методом на установках электроискрового легирования Элитрон-22А и ультразвукового модифицирования
УИЛ-2. Упрочняющие электроды - твердые сплавы групп BK и TK.
Схема восстановления:
а) замеряли величины износа рабочих поверхностей с определением необходимой толщины восстанавливающе-упрочняющего покрытия.
Приборы - микрокатор, микрометр с ценой деления 0,2 мкм.
б) формировали тонкий барьерный слой в процессе ультразвуковой обработки на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 75 В; С = 5 мкф; кратность 2;
Среда - воздух.
Толщина барьерного слоя - 4 мкм.
Шероховатость поверхности на уровне исходной (до обработки).
в) создавали восстанавливающе-упрочняющее покрытие требуемой толщины для устранения износа, восстановления геометрических и размерных параметров штампа и упрочнения его рабочих поверхностей методом электроискрового легирования на приборе
Элитрон-22А.
Параметры обработки - U = 110 B; I = 1,3 А; C = 600 мкф.
Среда - воздух.
Максимально возможная толщина при данном виде обработки - 120-150 мкм.
Шероховатость поверхности на 1 класс выше по сравнению с исходной.
в) осуществляли доупрочнение, улучшение микрогеометрии, сплошности и плотности
сформированного покрытия, гомогенизация микроструктурного состояния посредством
ультразвуковой модификации на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 100 В; С = 5 мкф; кратность 4.
Среда – воздух.
Толщина слоя - 5 мкм.
Шероховатость поверхности улучшается на 1 класс и сохраняется на уровне исходной,
что исключает необходимость механической обработки штампа перед его эксплуатацией.
3
BY 6787 C1
В результате обработки на рабочей поверхности формируется износостойкое высокоплотное покрытие, содержащее карбиды вольфрама, и большое разнообразие двойных и
тройных карбидных систем в сферической форме: Co6WC6C - до 51 %, FeCrMo - до 27 %.
Установлено, что в покрытии отсутствует гамма- и сигма-модификации железа, содержащиеся в стальной основе в количестве до 40 %. Отмечено в 3 раза большее разнообразие и количество карбидов хрома, что является результатом интенсивной диффузии из
основы к поверхности в процессе обработки методом ЭИЛ+УЗМ.
Микротвердость сформированного покрытия находится в пределах 1200-1800 МПа,
что соответствует твердости HRC 72-74 ед, и позволяет исключить термическую обработку из упрочняющего рабочую поверхность цикла. Пористость сформированного восстнавливающе-упрочняющего покрытия после данного вида обработки не более 3-5 %,
шероховатость - на уровне исходной.
При такой обработке происходит как бы двойное упрочнение рабочей поверхности: за
счет образования диффузионной зоны, прилегающей к сформированному покрытию, и
вследствие диффузии карбидов хрома к поверхности и их концентрации вдоль границы
поверхностного слоя - подложки. Эффект двойного упрочнения самого материала подложки, а не только поверхностного слоя, значительно продлевает срок эксплуатации
штампа.
После упрочнения методом ЭИЛ+УЗМ штамп эксплуатировался в 3 раза дольше
обычного, неупрочненного штампа: вместо 25 тысяч еврогвоздей было изготовлено 87
тысяч, после чего производилось повторная обработка штампа ЭИЛ+УЗМ и возобновление его эксплуатации.
Пример 2.
Восстановление и упрочнение режущей кромки долбяков, червячных фрез, метчиков
осуществлялось указанным методом на двух установках: электроискрового легирования
"Элитрон" и ультразвукового легирования УИЛ-2. Восстанавливающе-упрочняющие
электроды - твердые сплавы групп TK и комбинации твердосплавных электродов и углерода.
Схема восстановления и упрочнения:
а) замеряли величину износа рабочих поверхностей и определяли необходимую толщину восстанавливающе-упрочняющего покрытия.
Приборы - микрокатор, микрометр с ценой деления 0,2 мкм.
б) активировали рабочую поверхность и создавали тонкий барьерный слой ультразвуковой обработкой на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 75 В; С = 5 мкф; кратность 2.
Среда - воздух.
Толщина барьерного слоя - 2 мкм.
Шероховатость поверхности на уровне исходной (до обработки).
в) формировали восстанавливающе-упрочняющее покрытие методом электроискрового легирования на приборе Элитрон.
Параметры обработки - U = 110 В; I = 0,5 A; C = 600 мкф.
Среда - воздух;
Толщина слоя - 10 мкм.
г) осуществляли доупрочнение, доуплотнение и выравнивание шероховатости сформированного покрытия посредством ультразвуковой модификации на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 85 B; C = 2 мкф; кратность 4.
Среда - воздух.
Толщина слоя - 3 мкм.
Продолжительность безремонтной эксплуатации упрочненных данным способом долбяков возросла в 4,8 раза по сравнению с булатированными и в 5,4 раза по сравнению с
необработанным инструментом.
4
BY 6787 C1
Срок безремонтной эксплуатации упрочненных методом ЭИЛ+УЗМ червячных фрез
возрос в 2,8-3,2 раза по сравнению с необработанными. Стойкость упрочненных предложенным методом метчиков различных типоразмеров повысилась в 2,5-3,0 раза.
Пример 3.
Упрочнение штамповой оснастки из стали 12XM для производства облицовочной керамической плитки методом ЭИЛ+УЗМ осуществлялось восстанавливающе-упрочняющие
электроды - твердые сплавы групп BK и KXH в комбинации с углеродом. Схема восстановления и упрочнения:
а) активировали рабочую поверхность и создавали тонкий барьерный слой методом
ультразвукового легирования на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 75 В; С = 5 мкф; кратность 2.
Среда – воздух.
Толщина барьерного слоя - 2 мкм.
Шероховатость поверхности на уровне исходной (до обработки).
б) Формировали износостойкое упрочняющее покрытие методом электроискрового
легирования на приборе Элитрон.
Параметры обработки - U = 110 В; I = 1,3 A; C = 600 мкф.
Среда - воздух.
Толщина слоя - 70 мкм.
в) осуществляли доупрочнение, доуплотнение и выравнивание шероховатости сформированного покрытия посредством ультразвуковой модификации на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 100 B; С = 2 мкф; кратность 4.
Среда - воздух.
Толщина слоя - 7 мкм.
г) производили выглаживание сформированного покрытия и с одновременным снижением градиента внутренних напряжений посредством ультразвукового модифицирования
на "мягких" режимах на приборе УИЛ-2.
Параметры обработки - U = 75 В; С = 2 мкф; кратность 4.
Среда - воздух.
Толщина слоя - 2 мкм.
Продолжительность безремонтной эксплуатации упрочненных данным способом
штампов возросла в 2,35 раза.
Указанная штамповая оснастка, упрочненная по способу-прототипу, выдержала
меньший цикл испытаний, т.к. в процессе ударного выдавливания при производстве плитки происходило выкрашивание покрытия в местах наличия в нем микротрещин.
Источники информации:
1. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов. - M.: Машиностроение, 1986.
2. Изготовление прессово-штампового инструмента, упрочненного наплавкой / Ю.А.
Алимов, Н.А. Падун, В.А. Стражников, Н.Е. Скопенко // Технология и организация производства. - 1981. - № 3. - С. 33.
3. Лившиц М.И., Харламов Ю.А. Повышение стойкости матрицы гибочного штампа
детонационно-газовым напылением // Технология и организация производства. - 1981. № 3. - С. 51.
4. Чигринова Н.М. и др. Материалы, технологии, инструменты. - 1997. - № 3. - С. 13-17.
5. SU 833424, 1981.
6. RU 2130368 C1, 1999.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
by6787, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа