Повышение стойкости пресс-форм в зависимости от технологических и конструкторских факторов и условий эксплуатации

Наиболее эффективными и более доступными мероприятиями являются следующие:

  • внедрение новых материалов и технологических процессов изготовления деталей;
  • внедрение и обязательное соблюдение графика нормализации напряжений во вкладышах, в ставках, ползунах пресс-форм, после определенного количества съема отливок с пресс-форм;
  • предохранение рабочей полости пресс-форм от преждевременного разрушения;
  • соблюдение оптимальных конструкторско-технологических зазоров между трущимися частями пресс-форм;
  • применение качественных литейных смазок.

Внедрение новых материалов и технологических процессов. Несмотря на широкое применение традиционных хромовольфрамовых и хромомолибденовых сталей мартенситных классов возможности повышения стойкости новых материалов и улучшения технологических процессов изготовления формообразующих частей пресс-форм не исчерпаны.

В.М.Паращенко, А.П.Цисиным, М.М.Рахманкуловым в 1976-1978 гг. была исследована возможность применения стали ВКС (00Н18К9М5Т) для вставок пресс-форм ’’Блок цилиндров”. Базовая технология изготовления формообразующих деталей (вставок, ползунов, вкладышей) предусматривала использование кованой стали 4Х5МФС по ГОСТу 977-88.

Повышение стойкости пресс-форм в зависимости от технологических и конструкторских факторов и условий эксплуатации

Химические составы базовых и исследованных сталей приведены в табл.68.

Заготовки и образцы термообрабатывались, согласно температурных режимов, указанных в табл.69.

Механические свойства стали составили: ВКС при температуре 600 °С σв = 450 МПа, а стали 4Х5МФС при этой же температуре σв = 430 МПа или в три раза выше. Из новой марки стали изготовлялись вставки верхнего ползуна ’’Блока цилиндров” и испытывались на 60000 съемов отливок (из стали 4Х5МФС- 30000 съемов). По характеру теплостойкости и формостойкости сталь ВКС дала увеличение стойкости в два раза.

Таблица 69. Режимы термической обработки исследованных сталей

Повышение стойкости пресс-форм в зависимости от технологических и конструкторских факторов и условий эксплуатации

Проводились работы на Казанском моторостроительном заводе совместно с работниками Златоустовского металлургического завода в 1965-1975 гг. по применению стали 4Х5МФС, полученной вакуумной и электро-шлаковой технологией. Повышение теплопроводности металла за счет изготовления слитков вакуумным или электро-шлаковым переплавом приводит к повышению теплопроводности стали и повышению стойкости пресс-форм. Например, при литье алюминиевых сплавов во вкладышах пресс-форм из стали 4Х5МФС, переплавленных в вакуумных печах, стойкость повышается с 165000 до 410000 п.т.

Авторами книги разработана в 1981-86 гг. и внедрена оригинальная технология изготовления формообразующих узлов (вставок) пресс- форм "Блок цилиндров" для автомобильных двигателей "Москвич-412".

Согласно серийной технологии вставки, ползуны, вкладыши изготовляются из стали 4Х5МФС по ГОСТу 977-88. Авторами предложена технология изготовления вставок, стержней методом точного литья. Разработанная сталь* в отличие от химического состава стали 4Х5МФС дополнительно легирована цирконием и бором и имеют следующие составляющие (% по массе): С = 0,35-0,45; Si = 0,3- 0,5; Мn = 0,3-0,5; Сr = 4,4-5,5; Мo = 0,9-1,6; V = 0,7-1,5; Al = 0,3-0,6; Zr = 0,2-0,4; В = 0,002- 0,01. Примеси: S <= 0,02; Р <= 0,02.

Из стали 40Х5МФ4ЮРЛ методом тонкого литья отливались в оболочковые формы "Центральные вставки”.

Модель заготовки детали "Вставка неподвижная" заливалась расплавом карбамида (технической мочевиной) при Tзал = 135 °С, а прибыли из состава БППВК (буроугольного парафино-полиэтиленового воска и канифоли) при Тзал = 80°С. На поверхность модели наносили 15 слоев огнеупорной оболочки из электрокорунда 20 и 50 на основе гидролизного этилсиликата марки ЭТС-40 и дистенсиллиманита. Собранную форму прокаливали в течение 4-5 ч при температуре 950 oС и подавали на заливку. Заливку осуществляли сталью оптимального состава, расчет шихты при выплавке которой проводили с учетом получения в металле % (по массе) : С = 0,45; Si = 0,5; Мп = 0,3; Сr = 5,5; Мо = 1,5; V = 1,2; AL = 0,5; Zr — 0,3; В = 0,01. Примеси: S< 0,020; Р « 0,020.

В отличие от серийной стали 4Х5МФС она дополнительно легирована цирконием, бором и алюминием, для чего использовали ферроси- ликоцирконий ФСЦр 50 (ТУ 14-5-83-77), ферробор ФБ (ГОСТ 14848-69) и металлический алюминий (ГОСТ 11069-74).

Выплавку стали производили в открытой индукционной печи (емкость тигля 400 кг) с основной (магнезитовой) футеровкой.

Заливку металла производили при температуре 1560-1580 °С из ковша чайникового типа.

Повышение стойкости пресс-форм в зависимости от технологических и конструкторских факторов и условий эксплуатации

По данной технологии припуски на механическую обработку незначительные: на базовых поверхностях 2-2,5 мм, на поверхностях формообразующих 0,5-0,8 мм. На рис.86 приведена технологическая схема получения заготовки ’’Вставка неподвижная”. Качество отливок из разработанной стали должно удовлетворять требованиям ГОСТ 977-88 на отливку из легированных сталей, а допустимые предельные отклонения габаритных размеров отливки по ОСТ 1.90021-92, класс точности МТ4.

В целях снятия внутренних напряжений и распада первичных крупных карбидных включений в отливках производили термическую обработку по определенному режиму.

Проведение термообработки. Параметры отжига литых образцов и формообразующих вставок: загрузка отливки в печь при 400 °С; нагрев в защитной среде со скоростью 80-100 °С/ч до 850-870 °С; выдержка 3-5 ч; охлаждение с печью до 700 °С, выдержка 3-5 ч, охлаждение с печью до 300 °С и далее на воздухе. Твердость отливок после отжига составила 200-230 НВ.

Авторы провели оптимизацию параметров режима термической обработки стали 40Х5МФ4ЮРЛ ( с использованием метода греко-латинских квадратов) и рекомендуют два варианта режима термообработки отливок для сложных формообразующих.

Первый вариант. Рекомендуются следующие параметры закалки с низким отпуском: температура закалки 900-950 °С, нагрев в печи без ограничения скорости в атмосфере воздуха, время выдержки 18 мин на каждые 10-15 мм сечения заготовки, закалочная среда - воздух; температура отпуска 300-320 °С, время выдержки - 40-45 мин на 10-15 мм сечения заготовки, охлаждающая среда - воздух.

Сталь обрабатывается на твердость HRC 47-52 ед., микроструктура-сорбит отпуска; в этом случае обеспечиваются высокие значения механических свойств (σв = 610МПа, σпц = 590 МПа), при температуре 700 °С.

Рекомендуемая область применения - малогабаритные и средне- нагруженные детали пресс-форм (мелкие вставки, стержни, вкладыши).

Второй вариант. Рекомендуются следующие параметры закалки с высоким отпуском: температура закалки 1020-1050 °С, нагрев в печи ступенчатого (до 850 °С, затем выдержка 4-5 ч и далее нагрев до закалочной температуры в защитной среде), время выдержки при 1050 °С 20-24 мин на 10-15 мм сечения заготовки, подстуживание на воздухе до 900 °С. Далее производится закалка: закалочная среда - масло; отпуск при температуре 600-620 °С, время выдержки в зависимости от габаритов заготовки 40-45 мин на каждые 10-15 мм сечения, охлаждение с печью. В зависимости от твердости отливки второй отпуск корректируется.

Сталь обрабатывается на HRC = 36-5-44 ед., микроструктура в результате термообработки - сорбит отпуска, механические свойства при повышенных температурах (700 °С) на уровне σ0,2 = 470 МПа, σпц = 430 МПа.

Сфера применения - для крупногабаритных и сильно нагруженных деталей пресс-форм (крупные вставки, ползуны, литниковые втулки и др.).

Трещи неустойчивость стали по основной матрице оказалась весьма высокой. По-существу, трехкратное превышение длительности термоциклических испытаний образцов стали опытного состава (170 циклов) по сравнению с испытаниями образцов из проката стали 4Х5МФС (58 циклов) не привело к образованию трещин усталости или поверхностной сетки разгара.

Таблица 70. Коэффициенты регрессии математической модели оптимизации состава стали по различным параметрам оптимизации (матрица планирования опытов 214_1в)

Повышение стойкости пресс-форм в зависимости от технологических и конструкторских факторов и условий эксплуатации

Окалиностойкость образцов опытного металла также достаточно велика. Интенсивность развития процессов поверхностного окисления стали опытных плавок практически вдвое замедлена в сравнении с окислением образцов из проката стали 4Х5МФС.

Полученные экспериментальные данные использовали для расчета коэффициентов регрессии в уравнениях математической модели для оптимизации состава стали, обладающей наивысшими свойствами (табл.70).

Внедрение новой технологии дало следующие результаты. Трудоемкость разработанной технологии при изготовлении формообразующих деталей неподвижной вставки снизилась на 30%. Коэффициент использования металла для условий применения поковок составляет 0,21 (масса детали 20743-3-3.7.4 для неподвижной вставки пресс-формы "Блок цилиндров” равна 41кг, кованой кованой заготовки-198 кг), для варианта отливок - 0,73 (соответственно массы 41 и 56 кг).

Смотрите также