Качество, надежность и производительность - с доставкой
[email protected]
Artizono

Увеличение срока службы фильеры для холодной экструзии: Ключевые стратегии

Последнее обновление:
19 апреля, 2024
Поделитесь своим мнением:

Оглавление

Из анализа видно, что условия работы штампов для холодной экструзии чрезвычайно суровы, что приводит к их короткому сроку службы. Особенно это касается фильер, используемых для холодной экструзии стальных материалов. Поэтому для содействия развитию технологии холодной экструзии углубленное исследование срока службы фильеры является ключевым вопросом.

Продлить срок службы штампов для холодной экструзии можно в основном двумя способами:

Уменьшение усилия выдавливания единицы продукции

a) Выбор подходящего метода деформации

Если деталь может быть сформирована с помощью различных методов экструзии, следует выбирать метод с меньшим усилием экструзии. Например, использование технологического вала для преобразования простой прямой или непрямой экструзии в составную экструзию является эффективной мерой для снижения усилия экструзии и увеличения срока службы фильеры.

При экструзионном формовании направление сопротивления трения всегда противоположно направлению потока металла. Поэтому для снижения удельного усилия экструзии можно использовать методы экструзии, показанные на рис. 9-15.

Рисунок 9-15: Выдавливание с помощью силы трения
Рисунок 9-15: Выдавливание с помощью силы трения

а) прямая экструзия и б) непрямая экструзия.

Компоненты пронумерованы следующим образом:

1 - Пунш
2 - Экструзионный цилиндр
3 - Экструдированная деталь
4 - Умри
5 - Шток эжектора

б) Выбор правильной степени деформации

В реальном производстве для повышения производительности и сокращения количества операций деформации часто используется метод увеличения степени деформации, который является нецелесообразным. Это неизбежно увеличивает усилие экструзии, что приводит к раннему разрушению фильеры. Поэтому при разработке технологического процесса необходимо строго контролировать допустимую степень деформации.

c) Использование оптимальной формы штампа

Независимо от того, идет ли речь о фильере для прямой или косвенной экструзии, должна существовать оптимальная форма, которая минимизирует усилие экструзии. Поэтому в реальном производстве необходимо использовать численное моделирование потока металла для поиска оптимальной формы фильеры, чтобы уменьшить усилие экструзии и продлить срок службы фильеры.

d) Выбор правильной формы заготовки

Имеющиеся данные показывают, что использование заготовок разумной формы позволяет снизить усилие экструзии. Поэтому заготовки, используемые для холодной экструзии, не берутся непосредственно из разрезанного сырья, а обрабатываются с помощью операции предварительной формовки.

д) Строгая предварительная обработка заготовки

Разумный отжиг и обработка поверхности смазкой заготовки перед холодной экструзией могут значительно снизить удельное усилие экструзии. Например, при холодной экструзии стальных материалов усилие экструзии будет отличаться примерно в два раза в зависимости от того, используется ли фосфатирующая обработка перед экструзией.

Повышение устойчивости плесени к повреждениям

(1) Улучшение качества материалов для пресс-форм и разработка новых материалов

Повышение качества существующих и разработка новых материалов для пресс-форм - основные методы продления срока службы пресс-форм.

1) Основным способом повышения качества формовочных материалов является требование к металлургическим заводам повысить качество их металлургии. Это требует не только обеспечения химического состава стали, но и чистоты и однородности формовочной стали. Для производителей важно усилить контроль сырья и своевременно принимать эффективные технологические меры для повышения качества формовочных материалов.

2) В последние годы был достигнут значительный прогресс в разработке новых материалов для пресс-форм как на внутреннем, так и на международном уровне. Было разработано множество инновационных материалов для пресс-форм, таких как новая быстрорежущая сталь, твердые сплавы на стальной связке, базовые стали и керамические материалы, что создает благоприятные предпосылки для повышения прочности пресс-форм и увеличения срока их службы.

Однако очень важно полностью изучить свойства этих новых материалов и правильно выбрать их в зависимости от конкретных условий работы, чтобы избежать неправильного использования, которое может привести к серьезным отходам и потенциально неудовлетворительному эффекту от применения.

(2) Правильный выбор материалов для пресс-формы

Правильный выбор подходящего материала пресс-формы в зависимости от условий работы пресс-формы для холодной экструзии является ключевой мерой для продления срока службы пресс-формы и снижения затрат. Поэтому при выборе материалов для пресс-форм необходимо учитывать следующие два момента.

1) Выбор материалов для пресс-форм должен основываться на условиях работы пресс-формы. Фактические условия работы пресс-форм для холодной экструзии часто различаются, и режимы отказа не полностью совпадают. Если пресс-форма выходит из строя в основном из-за износа, нет необходимости выбирать высокопрочные материалы для пресс-форм; вместо этого следует выбирать материалы для пресс-форм с высокой износостойкостью.

Если пресс-форма подвергается воздействию больших эксцентрических сил и в основном выходит из строя путем разрушения (например, пуансонные пресс-формы), следует выбирать материалы для пресс-форм с высокой прочностью. Опыт показывает, что если выбранный материал пресс-формы не удовлетворяет требованиям к использованию в некоторых аспектах, это может сократить срок службы пресс-формы и привести к ранним отказам.

2) При выборе материалов для пресс-форм необходимо также в полной мере учитывать экономическую выгоду. Как известно, цены на материалы для пресс-форм обычно довольно высоки, особенно на некоторые современные материалы для пресс-форм. Поэтому при выборе формовочных материалов необходимо выбирать более доступные по цене формовочные материалы, максимально отвечающие требованиям использования, и категорически избегать произвольного злоупотребления передовыми формовочными материалами.

(3) Разработка разумной структуры пресс-формы

Разумная конструкция пресс-формы - это важная мера для повышения несущей способности пресс-формы и продления срока ее службы. В целом, следует обратить внимание на следующие моменты.

1) Убедитесь, что пресс-форма обладает достаточной прочностью, жесткостью, надежностью и хорошими направляющими характеристиками.

2) По возможности избегайте формирования структуры пресс-формы с большой концентрацией напряжений. Например, переходные детали следует проектировать с достаточно большим радиусом галтели; для деталей с полостями пресс-формы, склонными к образованию трещин, следует использовать разъемные конструкции и т. д.

3) В зависимости от типа используемого материала штампа следует выбирать различные методы оптимизации. Например, при использовании твердых сплавов или твердых сплавов на стальной связке для штампа оптимизация должна быть направлена на нулевое растягивающее напряжение на внутренней стенке штампа.

При использовании инструментальной стали для пресс-формы в качестве целевой функции для оптимизации конструкции одновременно должны выходить и пресс-форма, и материал предварительно напряженного кольца. Таким образом, потенциал материала пресс-формы может быть использован в полной мере.

4) Применяйте новые проверенные конструкции пресс-форм. Например, использование матрицы для намотки стальных полос или проволоки позволяет обеспечить высокую прочность пресс-формы при уменьшении ее размеров и веса; использование ступенчатой комбинированной матрицы позволяет выдерживать большее радиальное внутреннее давление, чем комбинированная матрица с плоской горловиной того же размера.

(4) Принятие разумного процесса ковки

Распределение и форма карбидов в формовочной стали оказывают решающее влияние на ее механические свойства, а деформация при ковке является основным методом разрушения блочных и лентообразных карбидов в стали, делая их равномерно распределенными в виде мельчайших частиц для устранения анизотропии материала и улучшения внутреннего качества.

Хотя материалы для пресс-форм, поставляемые сталелитейными заводами, прошли определенную степень обработки давлением, они не могут соответствовать требованиям использования и должны подвергаться повторной ковке. При повторной ковке формовочной стали необходимо обратить внимание на следующие моменты.

1) Полностью осознайте, что основной целью повторной ковки материалов пресс-формы является улучшение механических свойств, и только во вторую очередь - изменение формы.

2) Обратите особое внимание на различия между материалами для ковочных форм и общими материалами для ковки, и строго придерживайтесь спецификаций процесса ковки материалов для форм.

3) Для полного разрушения карбидов и их равномерного рассеивания необходимо использовать высокий коэффициент ковки и метод многонаправленной экструзии.

(5) Принятие разумного процесса термообработки

Согласно отечественной и международной статистике ранних отказов пресс-форм, наибольшая доля ранних отказов пресс-форм вызвана необоснованными процессами термообработки. Опыт показывает, что процесс термообработки пресс-формы является одним из важных средств улучшения механических свойств материалов пресс-формы.

Чтобы обеспечить пресс-форме высокую прочность, твердость, износостойкость и жаропрочность, в дополнение к закалке и отпуску следует добавить процессы упрочняющей термообработки поверхности. Это позволяет значительно повысить твердость, износостойкость и усталостную прочность рабочей поверхности пресс-формы. В настоящее время для стали для холодного выдавливания используются следующие процессы упрочняющей термообработки поверхности.

1) Карбонитрирование

Одновременная инфильтрация углерода и азота в поверхность стали называется карбонитрацией. Оно относится к типу многоэлементной совместной инфильтрационной химико-термической обработки.

Карбонитрирование имеет ряд преимуществ по сравнению с науглероживанием.

① Поверхность инфильтрованного слоя имеет более высокую твердость и износостойкость, чем науглероженная сталь, а также определенную жаропрочность и коррозионную стойкость.

② Азот, растворенный в аустените, повышает стабильность переохлажденного аустенита, тем самым улучшая прокаливаемость инфильтрированного слоя.

③ Введение азота может снизить температуру, при которой образуется аустенит, предотвращая огрубление зерна.

④ Деформация при карбонитрировании меньше, чем при науглероживании.

Благодаря ряду преимуществ, перечисленных выше, карбонитрирование в настоящее время стремится заменить науглероживание в процессе термической обработки поверхностного упрочнения пресс-форм.

В зависимости от состояния используемых материалов процессы карбонитрирования можно разделить на твердое, жидкое и газообразное карбонитрирование. Карбонитрирование цианидом в последние годы было прекращено из-за его высокой токсичности. Газообразное карбонитрирование, напротив, нетоксично, обеспечивает хорошие условия работы, просто в эксплуатации и легко контролируется. Поэтому газообразное карбонитрирование широко используется в настоящее время.

2) Газовое нитрокарбюрирование

Относится к типу газового карбонитрирования, которое в основном включает инфильтрацию азота при температурах ниже температуры эвтектики тройной системы Fe-C-N. Поверхность пресс-формы после газового нитрокарбюрирования обладает повышенной прочностью, износостойкостью и усталостной прочностью. В настоящее время этот процесс термообработки для упрочнения поверхности начал применяться в пресс-формах для холодной экструзии и дал хорошие результаты.

Например, пуансон-форма, используемая на одном из заводов для холодной экструзии 15 стальных седел для приборов, изготовленная из базовой стали CG-2 без обработки нитроуглеродом, имела срок службы 14 500 штук, но после обработки нитроуглеродом средний срок службы достиг 27 500 штук, а самый высокий - 45 600 штук.

Спецификация процесса газового нитроуглерода: температура нагрева составляет 530~570℃, а время выдержки обычно составляет 1~16 часов.

Кроме того, для упрочнения поверхности при термообработке стали для холодного выдавливания применяются ионное азотирование, твердое хромирование, осаждение паров TiC, инфильтрация ванадия в соляной ванне, инфильтрация бора, а также технологии обработки поверхности редкоземельными металлами и нанотехнологии. Все они могут в разной степени повысить прочность поверхности пресс-формы и продлить срок ее службы.

(6) Обеспечение качества обработки и применение новых методов обработки

1) Строгое обеспечение качества обработки.

Повышение качества обработки позволяет продлить срок службы штампа. Поэтому необходимо принимать эффективные технологические меры для обеспечения выполнения заданных технических требований. Опыт показывает, что для достижения более высокого качества обработки при механической обработке штампов для холодной экструзии необходимо обратить внимание на следующие моменты:

i) После окончательной обработки вырубного штампа все переходные части должны быть гладкими и бесшовными. Рабочая часть должна быть соосной с зажимной частью, а ее форма должна быть строго симметричной. В противном случае это не только приведет к неравномерной толщине прессованного изделия, но и может привести к изгибу самого пуансона из-за одностороннего напряжения.

ii) Чтобы обеспечить высокую прочность вырубного штампа и избежать растрескивания из-за концентрации напряжений, вырубной штамп не должен иметь остаточных центральных отверстий на обоих концах. Поэтому при обработке вырубного штампа на его верхней поверхности необходимо оставить "бугорок" для пробивки центрального отверстия.

iii) Шероховатость поверхности вырубного штампа должна соответствовать определенным требованиям в зависимости от типа сырья для экструдируемого изделия. Для стальных штампов для обратной экструзии шероховатость поверхности Ra должна быть <0,2 мкм; для цветных металлов, например чистого алюминия, достаточно шероховатости Ra 0,8 мкм.

Однако для рабочей части ленты, независимо от того, является ли экструдируемый материал сталью или цветным металлом, должна поддерживаться шероховатость поверхности Ra <0,2 мкм.

iv) Чем меньше шероховатость поверхности полости фильеры для прямой или обратной экструзии, тем лучше, обычно она должна составлять Ra<0,2 мкм. Полость фильеры, которая была отшлифована и затем отполирована, может уменьшить усилие экструзии, что значительно продлевает срок службы фильеры.

v) Шлифовка или полировка рабочей части штампа должна выполняться после окончательной термообработки. Припуск на обработку перед шлифованием не должен превышать 0,1 мм, а шероховатость поверхности Ra должна быть <1,6 мкм. Для снятия остаточных напряжений после шлифования лучше всего провести отжиг для снятия напряжений после завершения шлифования.

2) Освоение новых методов обработки.

Помимо общих методов механической обработки, обработка штампов холодной экструзии включает такие методы, как электроэрозионная обработка, электролитическая обработка и холодная экструзия полостей штампа, а также новые методы обработки, такие как сверхточная обработка и высокоскоростное фрезерование. Здесь мы кратко представим метод холодной экструзии полостей матрицы.

Суть холодного выдавливания полостей штампа заключается в непосредственной обработке полости штампа методом холодного выдавливания, основанном на принципе пластического формования металлов. Обычно для этого сначала обрабатывается пуансон высокой твердости из инструментальной стали в соответствии с формой полости штампа.

Затем под действием машины для выдавливания полостей (или крупнотоннажного гидравлического пресса) вырубная матрица вдавливается в заготовку, образуя полость, соответствующую форме, периметру и размеру рабочей части вырубной матрицы в вогнуто-выпуклом перевернутом виде.

Существует множество методов холодного выдавливания полостей штампа, среди которых наиболее распространенным является выдавливание полости в рамке штампа, как показано на рис. 9-16. Процесс работы заключается в следующем: отожженная и размягченная заготовка предварительно помещается в матричную раму, и под действием гидравлического пресса в заготовку вдавливается пуансон.

Рисунок 9-16: Выдавливание полости в наборе фильер

1. Перфоратор
2. Направляющая пластина
3. Внешнее кольцо
4. Внутреннее кольцо
5. Блок с конической посадкой
6. Заготовка

В это время металл заготовки может течь только вверх, обеспечивая тесный контакт между заготовкой и вырубным штампом. В результате точность полости штампа может достигать IT6-IT7, геометрическая форма правильная, а шероховатость поверхности Ra составляет 0,1~0,2 мкм.

Вырубной штамп для холодного выдавливания полости штампа является критически важным компонентом, от которого зависит успех или неудача формовки. Необходимо уделить внимание изготовлению этого штампа. Как правило, необходимо рассмотреть следующие вопросы:

i) Для снижения концентрации напряжений переходная часть штампа не должна иметь резких перепадов и должна иметь минимальный радиус кривизны 0,2 мм.

ii) Чтобы обеспечить высокую прочность и твердость штампа, в качестве сырья для штампа следует выбирать сверхпрочную сталь, а также применять строгие процессы деформации и термообработки при ковке.

iii) После термообработки рабочая часть пуансона должна быть снова отшлифована с шероховатостью поверхности Ra≤0,1 мкм.

iv) Для обеспечения точности направления вырубного штампа длина направляющей части вырубного штампа, как правило, должна быть не менее 1,2 максимального радиального размера полости штампа.

Следует отметить, что производительность изготовления полостей штампа методом холодной экструзии намного выше, чем при обработке резанием. Более того, после формирования полости штампа методом холодной экструзии внутренняя структура штампа становится плотнее, а его прочность и износостойкость выше, что продлевает срок службы штампа.

Однако, поскольку прочность материала штампа, полученного экструзией, выше, а его пластичность хуже, этот метод обработки используется только для простых форм и обработки неглубоких полостей штампа.

(7) Рациональное использование и содержание штампов

Понимание особенностей холодной экструзионной формовки, рациональное использование и тщательный уход за фильерами также являются важными мерами для продления срока службы фильер.

При низких температурах зимой лучше всего предварительно нагреть фильеру перед использованием, чтобы предотвратить растрескивание. Во время холодной экструзии под воздействием тепла температура в фильере быстро повышается, поэтому фильеру следует регулярно охлаждать.

Для штампов, испытывающих большие нагрузки, после нескольких тысяч выдавливаний следует провести отжиг для снятия напряжения при температуре 160~180℃ в течение 2 часов.

Для внешних и средних предварительно напряженных колец, которые используются многократно, после многократного экструдирования следует провести отжиг для снятия напряжения при температуре 180℃ в течение 2 часов; в противном случае средние и внешние предварительно напряженные кольца могут внезапно треснуть, что не только повредит матрицу, но и может привести к несчастным случаям.

Чтобы продлить срок службы штампа, необходимо создать полный комплекс систем технического обслуживания и ухода. Необходимо назначить персонал, который будет оперативно настраивать пресс, а также выполнять работы по ремонту, настройке и хранению штампов. Во время хранения и транспортировки штампа необходимо принимать меры по предотвращению ржавчины, а также устанавливать ограничительные блоки между верхним и нижним основаниями штампа для предотвращения повреждений.

Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запросить индивидуальное предложение

Контактная форма

Запрос индивидуального предложения
Получите индивидуальное предложение с учетом ваших уникальных потребностей в обработке.
© 2024 Artizono. Все права защищены.
Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма