CZ2000863A3 - Protlačovadlo - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká protlačovadla, zvláště kotoučové lisovací matrice alespoň s jedním tvářecím otvorem pro protlačování kovu jako např. hliníku nebo hliníkových slitin, zhotoveného z oceli s povrchovou vrstvou. Vynález zahrnuje rovněž způsob pro zhotovení tohoto protlačovadla.

Dosavadní stav techniky

Tvrdost - potřebná například pro výrobu hliníkových profilů dosavadních protlačovadel není pro průmyslové použití často dostačující, aby bylo možno dosáhnout uspokojivé odolnosti proti opotřebení a tím hospodárné životnosti. Z tohoto důvodu jsou taková protlačovadla tvrzena známými způsoby tvrzení.

Protlačovadla vyrobená z ocelí pro práci zatepla jsou tvrzena rychle po obrábění na cca 46 až 50 HRC a potom dokončena zahíubovací a drátovou erozí; potom obvykle probíhají zkoušky nástroje v lisovně hliníku a - pokud je třeba - oprava. Když je protlačovadlo připraveno k lisování, zvýší se tvrdost povrchu předepsaným způsobem nitridací na cca 1000 HV; praxe ukázala, že tato hodnota tvrdosti poskytuje v běžném provozu dostačující ochranu proti opotřebení.

Ke známým způsobům nitridace patří nitridace v solné lázni pomocí kyanidových solí. Tento způsob ovšem přináší značné problémy pro životní prostředí, takže jeho budoucnost v průmyslovém využití je sporná. Nitridace pomocí plynu má nevýhodu, že vznikající tvrzená vrstva je relativně silná a tím má jen omezenou vazkost. Existuje ještě možnost plazmové nitridace, ovšem tento způsob není vhodný zejména pro nástroje s tenkými drážkami jako otvory.

• · · · • · · · ·

Známým způsobům tvrzení je kromě toho společná nevýhoda, že s narůstající teplotou tvrzená vrstva difunduje; při teplotě cca kolem 500° C například vrstva vytvořená nitridací v solné lázni už není asi po patnácti hodinách patrná.

Jestliže takto při provozu v lisovně nitrační vrstva difúzí zmizí, musí se lisování přerušit; nástroj se odmáčí, vyčistí a znovu nitruje. Při častých dalších nitridacích blízko popouštěcí teploty použité oceli klesá kromě toho postupně jeho tvrdost a základní pevnost, což vede k předčasnému výpadku. U tenkostěnných nástrojů se tak dosahuje životnosti pouze mezi cca 30 a 100 lisování, potom je nutná další - nákladná - nitridace.

JP 08066720 se zabývá výrobou protlačovadla hlavně pro hliník a představuje ocelový nástroj s povrchovou vrstvou nanesenou napařováním. Tato povrchová vrstva sestává z nitridu boritého a nanáší se na ocel pomocí naparování podporovaného iontovými paprsky za spolupůsobení přechodové vrstvy Si_xN_y.

V JP 59193713 se vysvětluje obecný způsob ovrstvování, který může probíhat jak s CVD, tak i s PVD nebo naprašováním taveniny.

Se znalostmi tohoto stavu techniky si vynálezce stanovil cíl vytvořit protiačovadlo, kterým se dosáhne nejen účinné a odolné ochrany proti opotřebení - a tím zřetelně prodloužené doby životnosti - ale také vhodnosti zejména pro tenkostěnné nástroje. Způsob výroby má být jednoduchý a nemá zatěžovat životní prostředí.

K řešení tohoto úkolu vedou poučení nezávislých patentových nároků; závislé patentové nároky uvádějí další vhodné poznatky.

• 99

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje protlačovadlo, zvláště kotoučová lisovací matrice alespoň s jedním tvářecím otvorem pro protlačování kovu jako např. hliníku nebo hliníkových slitin, zhotovené z oceli s povrchovou vrstvou.

Podle tohoto vynálezu je ochranná vrstva protlačovadla vytvořena z materiálu vybraného ze skupiny obsahující karbidy, oxidy a jejich kombinace; tento materiál se nanáší způsobem chemického nanášení par (CVD) - přednostně při teplotách nad 1000° C - na povrch protlačovadla, jehož základní materiál je především tvarově stálá ocel pro práci zatepla a vytvrzuje se rovněž způsobem CVD.

Podle jiného význaku tohoto vynálezu se na oceli s povrchovou vrstvou obsahující nitridy získanou známým způsobem tvoří vrstva z nitridu titanu a/nebo nitridu křemíku jako ovrstvovacího materiálu a popsaným způsobem - přednostně při teplotách nad 1000° C - nanáší na povrch protlačovadla a rovněž se po ovrstvení vytvrzuje způsobem CVD.

V rámci vynálezu je zahrnut způsob s následujícími kroky:

• vytváření protlačovadla z oceli obráběním v požadovaném tvaru;

• vytvrzení a konečné opracování protlačovadla;

• ovrstvení tvarované oceli na stanovených místech alespoň jedním shora uvedeným materiálem pomocí tzv. způsobu CVD;

• vytvrzení ovrstvené oceli.

Tepelně aktivovaný způsob CVD - Chemical Vapour Deposition /chemické nanášení par/ - je sám známý pro výrobu monokrystalů, impregnaci vláknových lešení uhlíkem nebo keramikami a obecně pro odloučení tenkých vrstev - ať už nanášením vrstev nebo difúzí boridů, karbidů, nitridů, oxidů.

• 0 *

0 000 00 0 • · 0 0 0 · · · ·· ·· · · · ·

Způsob podle vynálezu vede k ochranné vrstvě proti opotřebení, která přetrvá sama bez dalších úprav životnost nástroje. Tato překvapující vlastnost vzniká díky vrstvě nanášené způsobem CVD, která je nanášena přednostně při teplotách nad 1000° C; výhodným způsobem přitom využívá vynálezu uvedeného shora pro dosavadní způsoby tvrzení, které v zásadě zůstávají pod teplotami asi 500 až 600° C - tedy na hranici popouštění použité oceli.

Ovrstvování způsobem CVD vyžaduje sice tvrzení hotového nástroje po nanesení vrstvy, ale přesnou kontrolou procesů v nástrojích a výběrem zejména tvarově stálých ocelí pro práci zatepla podle tohoto vynálezu je tato technologie překvapivě ovladatelná a přináší vynikající vlastnosti pokud jde o tvrdost i odolnost proti opotřebení.

Pro ovrstvování se hodí v prvně jmenovaném případě - jak již bylo zmíněno - v hlavních patentových nárocích uvedený zejména karbid titanu, diborid titanu, karbid vanadu, karbid chrómu i oxid hlinitý; vždy podle použité látky se dá dosáhnout mikrotvrdosti mezi HV = asi 2000 a HV = asi 4000. Zvláště karbid titanu nebo oxid hlinitý vykazují - nanášené způsobem CVD vynikající vazkost, zatímco například karbid chrómu je mimořádně odolný vůči otěru a málo náchylný k trhlinám nebo pórům. Také karbid titanu se obzvlášť vyznačuje dobrými vlastnostmi tření.

Způsob ovrstvování CVD, použitý ve vynálezu, totiž přímé nanášení jmenovaných tuhých látek z plynné fáze, přináší předkládaným oblastem využití lisovacích matric četné přednosti, k nimž vedle odolnosti proti opotřebení - tedy dlouhé životnosti - patří tvrdost a vazkost:

• přesné a rovnoměrné ovrstvování, zejména nástrojů komplikovaného tvaru; vzhledem k inherentnímu smluvnímu činiteli rozptylu procesů CVD je zvláště možné nanášet s vysokou přesností rovnoměrné vrstvy;

• příznivý poměr podílu chyb a kvality nástroje; vzhledem k dobře ovladatelnému způsobu CVD při výrobě a ovrstvování lisovací matrice podle vynálezu se dosahuje značné bezpečnosti procesů a dobré opakovatelnosti a tím i nepatrného množství zmetků a kvalitativně nanejvýš hodnotných nástrojů;

• vysoká přilnavost; díky metalurgickému charakteru spojení se dosahuje způsobem CVD velmi dobrého spojení mezi základním materiálem a vrstvou.

V upřednostňovaném způsobu se používají jako výchozí materiály pro výrobu lisovacích matric podle vynálezu houževnaté, žáruvzdorné oceli, které jsou legovány chromém, molybdenem nebo wolframem a které jsou tavené například způsobem ESU (elektrostruskové přetavování) pro vysokou vazkost.

Vybrané materiály pro ovstvování a jakékoliv jejich kombinace, také vícevrstvé, nebo alternativní vhodné látky, se potom pomocí způsobu CVD odloučí při teplotách mezi cca 700 a cca 1050° C na dobu mezi 5 a 6 hodinami.

Takto vyrobený nástroj se po tomto ovrstvování znovu vytvrzuje.

Přednostně se vybírá také použitá slitinová ocel, u které nedochází nárůstem teploty spojeným se způsobem ovrstvování CVD k žádnému podstatnému průtahu. Ve vynálezu se přihlíží k tomu, že případný průtah nastává již při konstrukci nástroje vzhledem k očekávanému chování materiálu při toku.

Totéž platí i pro konkrétní protlačování - snad z hliníkových profilů pomocí stejných nástrojů vyráběných podle tohoto vynálezu. Je zde třeba jako součást vynálezu zahrnout, že také chování hliníku při toku je zohledněno a jako takové působí při vytváření a tvrzení lisovací matrice. Přitom má přednost zvláště zohlednění tohoto chování materiálu při toku během předběžných simulačních výpočtů.

• 0 · · · ·

Ve výsledku se dosahuje nejen značně zvýšené životnosti; jak je popsáno na začátku, údržba nástroje už není prakticky potřeba. Kromě toho se u mateirálů ovrstvených způsobem CVD podle vynálezu dosahuje nepatrného tření; tím se zvyšuje rychlost zpracování a lisování matrice a je možno dosáhnout lepší kvality profilu.

Přehled obrázků na výkresech:

Vynález je blíže vysvětlen prostřednictvím příkladu provedení. Na výkresu znázorňuje:

obr. 1 schéma podélného řezu přípravkem pro protlačování profilů

Příklady provedení vynálezu

Další přednosti, vlastnosti a podrobnosti vynálezu vyplývají z následujícího popisu upřednostněného příkladu provedení a z výkresu; na jediném obr. 1 je znázorněno schéma podélného řezu přípravkem 10 pro protlačování profilů.

Zařízení na zpracování svorníku 12 lisu z lehkého kovu - zvláště z hliníkové slitiny - je opatřeno na jinak nezobrazeném lisu lisovníkem 14 s lisovacím kotoučem 16, který se posunuje ve směru x protlačování do lisovacího kanálu 18 recipientu nebo zásobníku 20 protlačovacího lisu.

Na výstupu 15 z lisovacího kanálu 14 vzdáleném od lisovadla se nachází v držáku 22 nástroje komorový nástroj 24 s těsnicí manžetou 26 a ve směru protlačování x připojenou matricí 28 ve tvaru kotouče. Ta obsahuje středěný tvářecí otvor 30, který je uspořádán v podélné ose M přípravku 10 a zachycuje volné tvarované konce razníku 32.

K volné čelní ploše 29 matrice je připojen ve směru protlačování x jeden z mezikroužků 36 obklopený obvodovým kroužkem 34, mezi nímž a

4·· příčníkem 40 je umístěna tlačná deska 38. Protlačovaný profil vytvořený v tvářecím otvorů 30 - v nákresu vynechán - se stahuje středěnými otvory 35, 37, 39 v mezikroužku 36 tlačné desky 38 a příčníku 40.

Nástroj 24, 28, 32 je vytvořen z tvarově stálé oceli pro práci zatepla a opatřen - po jeho třískovém obrábění - ochrannou vrstvou proti opotřebení, která není na nákresu patrná; to se provádí známým způsobem CVD (chemické nanášení par) při teplotě nad 1000° C. Nástroj 24, 28, 32 se pro ovrstvení zahřeje asi na 1000° C a potom se ovrstvuje karbidem titanu, vanadu nebo chrómu, oxidem hlinitým, nitridem titanu nebo křemíku.

Jako reakce CVD se označují chemické reakce, při kterých se používá jako výchozích produktů plyn nebo pára, vylučuje se hlavní produkt jako pevné těleso a vedlejší produkty jsou ve stavu plynném. Jako příklad je zde představena sumární reakční rovnice pro nitrid titanu podle způsobu CVD při vysoké teplotě, kde (g) = plynný a (s) = pevný:

H₂

TiCI₄(g) + 1/2N₂ (g) + 2 H₂ (g) TiN (s) + 4HCI (g)

850-1000° C.

Přidává se při tom redukovaný nosný plyn (H₂) v nadbytku.

Dále se provádí tvrzení základního materiálu, totiž zakalení nástrojové oceli a její popouštění, aby se dosáhlo vysoké tvrdosti.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Protlačovadlo, zvláště kotoučová lisovací matrice alespoň s jedním tvářecím otvorem pro protlačování kovu jako např. hliníku nebo hliníkových slitin, zhotovené z oceli s povrchovou vrstvou, vyznačující se tím, že povrchová vrstva protlačovadla (24, 28, 32) je vytvořena z materiálu vybraného ze skupiny obsahující karbidy, nitridy, oxidy a jejich kombinace, přičemž materiál se nanáší na protlačovadlo způsobem chemického nanášení par (CVD) a po ovrstvení tvarovaného protlačovadla se tento materiál vytvrzuje rovněž způsobem CVD.
2. 2. Protlačovadlo, zvláště kotoučová lisovací matrice alespoň s jedním tvářecím otvorem pro protlačování kovu jako např. hliníku nebo hliníkových slitin, zhotovené z oceli s povrchovou vrstvou obsahující nitridy, vyznačující se tím, že povrchová vrstva protlačovadla (24, 28, 32) je vytvořena z nebo s nitridem titanu a/nebo nitridem křemíku jako ovrstvovacím materiálem, přičemž materiál se nanáší na protlačovadlo způsobem chemického nanášení par (CVD) a po ovrstvení tvarovaného protlačovadla se tento materiál vytvrzuje rovněž způsobem CVD.
3. 3. Protlačovadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jeho základní materiál je tvarově stálá ocel pro práci zatepla.
4. 4. Protlačovadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je vybrán ze skupiny obsahující karbid titanu nebo diborid titanu a jejich kombinace.
5. 5. Protlačovadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je vybrán ze skupiny obsahující karbid vanadu, karbid chrómu, oxid hlinitý a jejich kombinace.
6. 6. Protlačovadlo podle nároku 5, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je z nebo s karbidem titanu, vanadu a/nebo chrómu.

   ·· ·· ·· <rOT· ·· ··
7. 7. Protlačovadlo podle nároku 5, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je oxid hliníku.
8. 8. Protlačovadlo podle nároku 4, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je diborid titanu.
9. 9. Protlačovadlo podle nároku 1 nebo 4 až 8, vyznačující se tím, že se protlačovadlo z oceli po ovrstvení tvarované oceli vytvrzuje na stanovených místech alespoň jedním karbidickým nebo oxidickým materiálem pomocí způsobu CVD.
10. 10. Protlačovadlo podle nároku 2, vyznačující se tím, že se protlačovadlo zocelí po ovrstvení tvarované oceli vytvrzuje na stanovených místech nitridickým materiálem pomocí způsobu CVD.
11. 11. Způsob pro zhotovení protlačovadla k protlačování kovu jako např. hliníku nebo hliníkových slitin, zvláště protlačovadla podle patentového nároku 1 až 10, obráběním protlačovadla zocelí a ovrstvováním tvarované oceli, vyznačující se tím, že po obrábění protlačovadla z oceli se provádí vytvrzení a konečné opracování protlačovadla a dále se nanáší ovrstvovací materiál pomocí způsobu CVD, po kterém následuje vytvrzení ovrstvené oceli.
12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že způsob CVD se provádí při teplotě mezi 700° C a 1100° C, přednostně nad 1000° C.
13. 13. Způsob podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je z nebo s karbidem titanu, vanadu a/nebo chrómu.
14. 14. Způsob podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je z nebo s nitridu titanu a/nebo nitridu křemíku.

    Β Β Β Β Β Β Β

    Β Β β β Β Β ·

    Β · · Β Β · · · Β

    Β ΒΒ Β Β ΒΒ Β • Β ΒΒ Β· ΒΒ

    Β· tt · Β

    Β Β

    4 ♦ ♦

    Β Β Β
15. 15. Způsob podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je oxid hliníku.
16. 16. Způsob podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že ovrstvovací materiál je diborid titanu.