способ упрочнения разделительного штампа

Классы МПК:C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 
C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-02-28
публикация патента:

Изобретение относится к области термической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях в инструментальном производстве при изготовлении разделительных штампов. Способ упрочнения разделительного штампа включает механическую обработку заготовок пуансона и матрицы с выполнением припуска на оплавление, термическую обработку в виде объемной закалки и многократного отпуска, лазерное упрочнение и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей. Согласно изобретению отпуск осуществляют в две стадии, первую из которых в виде низкотемпературного отпуска при температуре 180-200°С и выдержкой 45-60 мин проводят после объемной закалки, а вторую - высокотемпературный отпуск при температуре 550-560°С с выдержкой в течение 1 часа осуществляют после лазерного упрочнения. При этом кратность высокотемпературного отпуска выбирается из условия получения твердости упрочненного слоя 9500-10500 МПа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

способ упрочнения разделительного штампа, патент № 2452780 способ упрочнения разделительного штампа, патент № 2452780

Формула изобретения

1. Способ упрочнения разделительного штампа, включающий механическую обработку заготовок пуансона и матрицы с выполнением припуска на оплавление, объемную термическую обработку в виде объемной закалки и отпуска, лазерную обработку и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей, отличающийся тем, что после объемной закалки осуществляют низкотемпературный отпуск при температуре 180-200°С с выдержкой 45-60 мин, а после лазерной обработки осуществляют высокотемпературный отпуск при температуре 550-560°С с выдержкой на воздухе в течение 1 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высокотемпературный отпуск осуществляют многократно, при этом кратность отпуска определяют достижением твердости упрочненного слоя равной 9500-10500 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях в инструментальном производстве при изготовлении разделительных штампов.

Известен способ упрочнения разделительного штампа, включающий механическую обработку заготовок пуансона и матрицы из быстрорежущей стали с выполнением припуска на боковых поверхностях на оплавление, термическую обработку в виде объемной закалки и высокотемпературного трехкратного (многократного) отпуска, лазерное упрочнение при оплавлении припуска, осуществляемое за один проход луча лазера по периметру боковых рабочих поверхностей (фиг.1) и финишную чистовую обработку шлифованием передних и боковых поверхностей (RU 2342445, МПК C21D 1/09, C21D 9/22, 27.12.2008).

Способ позволяет выполнять упрочнение рабочей поверхности заготовок в результате лазерной закалки быстрорежущей стали из жидкой фазы в зоне оплавления и в зоне закалки из твердой фазы, получать достаточно равномерную микротвердость по всей боковой поверхности заготовок за один проход луча лазера, направленного перпендикулярно к передней поверхности и перемещающегося по периметру боковой поверхности припуска.

Однако известный способ не обеспечивает эффективного упрочнения быстрорежущих сталей в широком диапазоне режимов лазерной обработки с получением максимальной глубины упрочненного слоя с высокими эксплуатационными свойствами. При лазерном упрочнении боковых поверхностей прямоугольного сечения заготовок высока вероятность образования трещин в упрочненном металле из-за низкой технологической пластичности быстрорежущей стали после объемной закалки и трехкратного высокотемпературного отпуска.

В основу настоящего изобретения поставлена задача разработки способа упрочнения разделительного штампа с заданными характеристиками упрочненного слоя вне зависимости от режимов лазерной закалки.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости упрочненного слоя при отсутствии в нем трещин.

Технический результат достигается тем, что в способе упрочнения разделительного штампа, включающем механическую обработку заготовок пуансона и матрицы с выполнением припуска на оплавление, термическую обработку в виде объемной закалки и отпуска, лазерную обработку и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей, согласно изобретению после объемной закалки осуществляют низкотемпературный отпуск при температуре 180-200°С с выдержкой 45-60 мин, а после лазерной обработки осуществляют высокотемпературный отпуск при температуре 550-560°С с выдержкой на воздухе в течение 1 часа. Высокотемпературный отпуск осуществляют многократно с кратностью, определяемой получением твердости упрочненного слоя, равной 9500-10500 МПа.

Низкотемпературный отпуск после объемной закалки пуансона и матрицы выполняют для уменьшения уровня остаточных напряжений и исключения возможностей образования трещин. Высокотемпературный отпуск после лазерного упрочнения дает возможность получать высокую твердость (9500-10500 МПа) металла в зоне упрочнения за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит отпуска и выделения дисперсных карбидов. При этом отпуск может быть выполнен одно,- двух- и трехкратным для более полного превращения остаточного аустенита и получения заданной твердости.

Низкотемпературный отпуск (180-200°С с выдержкой 45-60 мин) выполняют после объемной закалки заготовок пуансона и матрицы для уменьшения уровня остаточных напряжений и исключения образования трещин при лазерном упрочнении. При этом уменьшение температуры ниже 180°С приведет к образованию трещин при лазерной обработке в результате сохранения высокого уровня остаточных напряжений. Повышение же температуры выше 200°С вызовет дополнительные необоснованные затраты на термическую обработку. Уменьшение времени выдержки (менее 45 мин) не обеспечивает достаточную полноту протекания диффузионных процессов и приводит к образованию трещин при лазерной обработке, а увеличение времени выдержки (более 60 мин) приводит к дополнительным затратам на термическую обработку высокотемпературный (550-560°С, выдержка 1 час) отпуск заготовок пуансона и матрицы выполняют после лазерного упрочнения для превращения остаточного аустенита в мартенсит отпуска, выделения дисперсных карбидов и получения оптимальной структуры быстрорежущей стали в зоне лазерного упрочнения (мартенсит отпуска, карбиды и 3-5% остаточного аустенита) и достижения эффективного упрочнения и высокой стойкости штампа.

В зависимости от количества остаточного аустенита после лазерной закалки и необходимости его превращения в мартенсит отпуска (для достижения твердости упрочненного слоя 9500-10500 МПа), высокотемпературный отпуск выполняют одно,- двух- или трехкратным.

Способ иллюстрируется сравнительными схемами, где на фиг.1 представлена схема термической обработки и лазерного упрочнения разделительного штампа по патенту RU 2342445, а на фиг.2 - схема термической обработки по предлагаемому способу.

Способ упрочнения разделительного штампа поясняется на примере конкретного его выполнения.

Пуансоны и матрицы квадратного сечения со стороной а=40 мм изготавливали для пробивки отверстий диаметром в холоднокатаной низкоуглеродистой стали толщиной 1 мм на координатно-револьверном прессе VIPROS Queen 368. Заготовки выполняли из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73.

Механическую обработку выполняли на токарном станке 1U611 и фрезерном станке 6Т10 на режимах, рекомендованных для механической обработки быстрорежущих сталей с припуском на оплавление и финишную обработку z=0,1 мм по боковой поверхности пуансона на высоту 8 мм и матрицы на высоту 3 мм.

Закалку выполняли по стандартным режимам для Р6М5. После закалки выполняли низкотемпературный отпуск для одной партии образцов при Т=180°С с выдержкой 45 мин, для другой - при Т=200°С с выдержкой 60 мин. Охлаждение выполняли на воздухе.

Лазерное упрочнение оплавлением припуска по боковым поверхностям пуансона и матрицы проводили на лазерном комплексе Bysprint 2 компании Bystronic на режимах: для пуансона мощность излучения Р=3900 Вт, скорость резки V=500 мм/мин, давление вспомогательного газа (азота) F=12x105 Па; для матрицы мощность излучения Р=3000 Вт, скорость резки V=2600 мм/мин, давление вспомогательного газа (азота) F=12×105 Па.

После лазерного упрочнения пуансоны и матрицы подвергали высокотемпературному отпуску при температуре 560°С, выдержке 1 час с охлаждением на воздухе. Отпуск выполняли одно, - двух- или трехкратным.

Финишную чистовую обработку выполняли шлифованием. Исследование микрошлифов, приготовленных из пуансона и матрицы, подтвердило повышение микротвердости металла в зоне оплавления с 7600 МПа после наплавки и низкотемпературного отпуска (независимо от режимов низкотемпературного отпуска) до 9800 МПа после лазерного упрочнения и трехкратного высокотемпературного (Т=560°С) отпуска.

На основании вышеуказанного примера можно сделать вывод, что поставленная задача, а именно достижение эффективного упрочнения независимо от режимов лазерной обработки в зоне оплавления и в зоне закалки из твердой фазы, достигнута.

Предлагаемое изобретение находится на стадии опытно-промышленных исследований и испытаний.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2452780

patent-2452780.pdf

Класс C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 

способ термической обработки штампов и пресс-форм -  патент 2527575 (10.09.2014)
способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке -  патент 2526341 (20.08.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ термической обработки режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной -  патент 2517093 (27.05.2014)
способ изготовления инструментального композиционного материала -  патент 2483123 (27.05.2013)
способ упрочнения наплавленной быстрорежущей стали -  патент 2483120 (27.05.2013)
способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов -  патент 2471878 (10.01.2013)
способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента методом импульсной лазерной обработки (ило) -  патент 2460811 (10.09.2012)
способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия -  патент 2457261 (27.07.2012)
способ азотирования в плазме тлеющего разряда -  патент 2409700 (20.01.2011)

Класс C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами

стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг -  патент 2527979 (10.09.2014)
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ производства листовой электротехнической анизотропной стали и листовая электротехническая анизотропная сталь -  патент 2514559 (27.04.2014)
способ формирования износостойкого покрытия деталей -  патент 2510319 (27.03.2014)
лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой -  патент 2509813 (20.03.2014)
текстурованный лист электротехнической стали и способ его получения -  патент 2509163 (10.03.2014)
способ улучшения магнитных свойств анизотропной электротехнической стали лазерной обработкой -  патент 2501866 (20.12.2013)
способ упрочнения изделий из твердых сплавов -  патент 2501865 (20.12.2013)
способ обработки изделий из высокоуглеродистых легированных сплавов -  патент 2494154 (27.09.2013)
Наверх