Основные виды износа штампов горячей штамповки

ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ

ЛЕКЦИЯ № 17

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Основные виды износа штампов горячей штамповки.

2. Требования, предъявляемые к штамповым сталям.

3. Выбор штампового материала.

Современное развитие кузнечно-штамповочного производства предъ­являет серьезные требования к штамповой оснастке, придание штампам повышенной стойкости и работоспособности является важной задачей особенно при жестких термомеханических режимах штамповки, повышение требований к точности поковок и распространение горячей штамповки на область обработки труднодеформируемых материалов.

При горячей штамповке происходит интенсивное разрушение штампов. Выделяются следующие разновидности разрушения гравюры штампов: не­обратимая деформация формообразующих элементов, износ, образование трещин.

Равномерный абразивный износ (износ истиранием) протекает одно­временно по всему периметру гравюры или на отдельных участках, где имеют место значительные перемещения металла. Он усиливается с повы­шением скорости деформации. Абразивный износ вызывается механичес­ким зацеплением микронеровностей при полусухом трении, контактным схватыванием в микрообъемах, а также твердыми мелкодисперсными абра­зивными частицами, попадающими в пограничный слой. Интенсивность износа повышается в связи с понижением механической прочности кон­тактной зоны, окалинообразованием.

Местный износ выявляется в виде локальных очагов разрушения, свя­занных с попаданием в контактную зону твердых частиц и носит харак­тер царапанья. Местный износ может проявляться при неудачной кон­струкции штампа, когда имеет место преимущественное течение металла на ограниченном участке гравюры.

Абразивный износ приводит к потере геометрических размеров гра­вюры штампа в сторону их увеличения.

Пластическая деформация контактной зоны проявляется как пластическое течение, которое затрагивает микрообъемы и является результатом неравномерности напряженно-деформированного состояния в отдельных микрообъемах, дефектов кристаллической решетки.

Часть микрообъемов пластически деформируется из-за разупрочнения и неблагоприятной кристаллографической ориентировки по отношению к направлению действия максимальных напряжений. Смещение тонких по­верхностных слоев в направлении течения металла имеет место в свя­зи с потерей прочности при кратковременном разогреве гравюры. При этом образуются наплывы, облегчающие образование трещин, рисок, борозд. В этом случае происходит уменьшение геометрических разме­ров ручья.

Повышение сопротивления пластическому смещению поверхностных слоев может быть достигнуто снижением температуры гравюры за счет применения смазки с хорошими охлаждающими и теплоизоляционными свойствами, охлаждением штампа.

Пластическая деформация может проявляться в виде смятия и осадки отдельных выступающих или наклонных элементов, что связано с не­симметричным течением металла относительно выступа или с наличием высоких удельных усилий.

Трещины на контактной поверхности выявляются в виде микро- и макро разрывов, причинами которых могут быть:

1. Металлургические дефекты (наследственная крупнозернистость, вклю­чения).

2. Технологические дефекты (трещины термического происхождения, высокий уровень остаточных напряжений).

3. Конструктивные дефекты (неправильный расчет штампа на прочность, наличие сложных переходов и концентраторов напряжений).

Кинетика развития трещин в зависимости от условий процесса мо­жет привести к мгновенному или постепенному разрушению. По харак­теру разрушения различают местное выкрашивание и поломку, когда штамп раскалывается.

Решающее влияние на образование трещин оказывает уровень растя­гивающих напряжений в штампе. Разгарная сетка трещин является ре­зультатом термомеханической усталости. Температурный режим работы штампа является одним из основных условий, определяющих стойкость штампового материала. Влияние температуры связано с действием сле­дующих факторов:

1. Изменение показателей механических свойств материала в нагретом состоянии.

2. Явление отпуска и структурные превращения в прогреваемом слое.

3. Наличие напряжений, вызванных неравномерным распределением температур.

Большое влияние на температуру поверхности оказывает темп рабо­ты. Так, уменьшение интервала между ударами пресса с 40 с до 20 с приводит к повышению температуры гравюры примерно на 40°. Еще значи­тельнее влияние времени контакта с заготовкой. Даже при кратковре­менном заклинивании заготовки в течение 5 с температура поверхнос­ти возрастает до 630 ¼ 650 °С, а при заклинивании пресса до 700 ¼ 750°.

Напряжения, соответствующие величине температурного перепада при охлаждении штампа, зависят от толщины охлаждаемого слоя металла и интенсивности охлаждения штампа. Чем толще охлаждаемый слой металла и чем за больший промежуток времени происходит охлаждение штампа, тем меньше напряжения и выше разгаростойкость штампа.

Разгар - это сетка мелких поверхностных трещин, которые образу­ются в результате температурно-силовых условий поверхностного слоя. Циклические термические напряжения оказывают существенное влияние на микрогеометрию поверхности и свойства поверхностного слоя. После появления разгарных трещин влияние термической усталости на износ инструмента проявляется наиболее заметно.

Разгарные трещины располагаются в виде сетки на участках штампо­вочных ручьев или в виде поперечных трещин на их кромках, облойном мостике, очке матрицы. Вид сетки трещин различен и зависит от типа оборудования, условий эксплуатации штампа, характера течения метал­ла, условий смазки и охлаждения штампа.

В нормальных условиях работы штампы должны иметь температуру 250¼400 °С, которая отвечает достаточной прочности штамповой ста­ли и способствует уменьшению перепада температур, искусственное ох­лаждение происходит в промежутке между двумя операциями штамповки. Тепло отводится от поверхности ручья в основном и частично от зеркала штампа.

Естественное остывание штампа происходит в течение всего периода штамповки за счет отвода тепла остальной частью поверхности. Чтобы обеспечить среднюю температуру штампа 250 ¼ 400° приходится допус­кать разогрев поверхности до 500 ¼ 600°, а охлаждение до 100 ¼ 150°. Это создает перепад температур в поверхностном слое.

Для уменьшения разгара целесообразно внутреннее охлаждение штампов. Тогда отвод тепла происходит в направлении подвода теп­ла непрерывно в течение всего процесса штамповки. При этом наблю­дается повышение стойкости штампа (примерно в 2 раза).

Задача повышения стойкости штампового инструмента должна решать­ся в определенной последовательности:

1. Определение преобладающего вида износа.

2. Выделение наиболее износочувствительных участков гравюры, из-за потери размеров которых штамп выходит из строя.

3. Определение основных причин повышенного износа (материал штам­па, температурные условия работы, конструкция и т.д.)

4. Назначение мер повышения стойкости.

Дата добавления: 2014-01-14