VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одним из основных условий повышения производительности труда и снижения себестоимости выпускаемых изделий и повышения их качества является широкое промышленное использование инновационных технологий, применяемых при обработке деталей машин, приборов и инструмента.

Применение новых технологий в машиностроении преимущественно направлено на повышение эксплуатационной стойкости оснастки путем улучшения их механических свойств. Большой ресурс работы инструмента особенно актуален в массовом производстве, в таком как изготовление крепежных изделий (рис.1).

Технология изготовления деталей типа болтов и винтов включает следующие основные операции: отрезка, формообразование головки, термическая обработка, нарезание резьбы. Формообразование головки осуществляется методом холодной высадки.

Рисунок 1 – Крепежные изделия, изготавливаемые методом холодной высадки.

Холодная высадка – операция холодной объёмной штамповки, с помощью которой получают детали с местными утолщениями путём уменьшения длины части заготовки без нагрева металла.

Холодную высадку, как правило, производят на холодновысадочных автоматах. Схема одноударного формообразования головки показана на рис. 2. Пуансон 1 заводит заготовку в матрицу 2, а после упора заготовки 3 в выталкиватель осуществляет высадку головки. При возврате пуансона в исходное положение высаженная деталь удаляется из матрицы выталкивателем и цикл высадки повторяется.

Рисунок 2 - Схема формообразования головки в один удар.

Если головка не может быть высажена за один удар пуансона, высадку производят в несколько ударов. Количество переходов зависит от отношения диаметра заготовки к ее длине.

Холодновысадочные автоматы имеют большую производительность, которая составляет до 400 ударов в минуту. Этим обусловлены высокие требования к эксплуатационной стойкости выдавливающих пуансонов.

В процессе работы пуансоны подвергаются ударным нагрузкам, что приводит к износу и разрушению формообразующих частей инструмента. Повысить стойкость оснастки возможно за счет оптимальной конструкции инструмента и за счет использования материалов с определенными, заранее заданными свойствами [1].

Распространенным методом изготовления пуансонов для холодной высадки является электроимпульсная обработка, так как она имеет следующие преимущества перед остальными:

• способность обрабатывать любые токопроводящие металлы и сплавы, независимо от их физических свойств;

• высокая точность и небольшая шероховатость обрабатываемой поверхности;

• возможность обрабатывать сложные поверхности (угловое, двухконтурное резание);

• отсутствие нежелательного нагрева детали в процессе обработки[2].

Использование высокотехнологичного метода электроэрозионной обработки правильный подбор материала позволяют достичь оптимальной конструкции.

Материалы, из которых изготавливают выдавливающие пуансоны (табл. 1), должны обладать определенными механическими свойствами, способствующими повышению стойкости. Для пуансонов ключевым показателем являются ударная вязкость, предел прочности на сжатие и твердость.

Таблица 1 – Характеристика материалов холодновысадочных пуансонов.

Материал	Химический состав,%	Термическая обработка	Ударная вязкость, кДж / м2	Предел прочности на сжатие, МПа	Твердость, HRcэ
Х12МФ	C(1,45-1,65), Si(0,15-0,35), S(до 0,03), P(до 0,03), Cr(11-12,5), Mo(0,4-0,6), V(0,15-0,3), Fe(~85).	Закалка 1000-1030°С, отпуск 400° С.	54	750	60
Р6М5	C(0,82-0,90), Cr(3,8-4,4), W(5,5-5,6), Mo(4,8-5,3), V(1,7-2,1), Co(до 0,50), P(до 0,03), Ni(до 0,04), Si(до 0,05), Mn(до 0,05), S(до 0,025), Fe(~80).	Закалка 1220°С, отпуск 550°С.	180	850	64
Сталь BOHLER S390 microclean	C(1,60), Cr(4,80), Mo(2,00), V(5,00), W(10,50), Co (8,00), Fe(~70).	Закалка 1150-1230°С, отпуск в 3 стадии.	170	900	69

Исходя из своих физико-механических свойств, ресурс работы пуансонов из разных материалов отличается (рис.1).

Помимо применения специальных сталей для повышения стойкости выдавливающих пуансонов используют различные виды упрочнения поверхности инструмента (табл.2).

Таблица 2 – Методы упрочнения металлов.

Метод обработки	Суть процесса	Увеличение износостойкости
Электроэрозионное легирование	Обработка основана на тепловом воздействии импульсных электрических разрядов, возникающих между электродом-инструментом и деталью, помещенных в диэлектрическую среду.	В 2,5 раза.
Поверхностная термическая обработка	Поверхностные слои инструмента нагреваются выше критических точек с созданием резкого градиента температур по сечению, после чего производится быстрое охлаждение, т.е. поверхностный слой получает полную закалку.	В 2-3 раза.
Лазерное упрочнение	Импульсное воздействия светового пучка, отличающегося чрезвычайно высокой плотностью энергий, что вызывает локальный нагрев с последующим стремительным охлаждением.	В 2-4 раза.
Методы физического осаждения (конденсации) износостойких покрытий	Нанесение покрытий карбидов, нитридов тугоплавких металлов диффузионными методами, осаждение из газовой среды ионно-плазменными и электронно-плазменными методами.	В 2-5 раз.

На основе теоретических положений, подкрепленных практическим применением в других областях, видно, что покрытия позволяют повысить ресурс работы пуансонов для холодной высадки в разы (рис.2). При упрочнении с учетом материала пуансона и соблюдении технологии ресурс для каждого металла увеличится и будет приблизительно одинаковым.

Из приведенных видов упрочнения наиболее прогрессивным является метод катодно-ионной бомбардировки, с помощью которого наносятся покрытия из нескольких слоев наращенных друг на друга. Можно предположить, что нанесение комбинированного многослойного покрытия позволит создать твердую и в то же время трещино- и износостойкую оболочку на поверхности инструмента.

Справедливость данных рассуждений может подтвердить лишь дополнительный эксперимент, однако использование износостойких покрытий в других отраслях машиностроения увеличивают показатели эксплуатационной стойкости в 2 - 5 раз.

Библиографический список:

1. Гавариев Р.В., Леушин И.О., Савин И.А. Проблема прогнозирования эксплуатационного ресурса пресс-форм литья под давлением цинковых сплавов и некоторые пути ее разрешения // "Справочник. Инженерный журнал" (с приложением) Издательский дом «Спектр» г. Москва ISSN 0203-347X № 6. 2013

2. Савин И.А., Каюмов А.Ф., Гавариев Р.В. Электроимпульсная обработка металлов как незаменимый метод в инструментальном производстве // Современная техника и технологии. 2014. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/10/4678 (дата обращения: 28.10.2014).

3. Тонкопленочные многослойные покрытия побеждают трещины. В.П. Табаков,

М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин// Фундаментальные основы инженерных наук 2007г.

Код для цитирования: Скопировать