EA017502B1

EA017502B1 - Method of hardening of shearing press tool dies

Info

Publication number: EA017502B1
Application number: EA200900111A
Authority: EA
Inventors: Алексей Константинович Вершина
Original assignee: Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2013-01-30
Also published as: EA200900111A1

Abstract

The invention relates to thermal treatment of metals and can be used in tool-and-die production, e.g., for contour hardening of a leading edge of shearing press tool dies. The engineering problem of the proposed invention is increase of hardening uniformity and simplification of the method at the cost of improvement of an electromagnetic heating system. The assigned problem is solved due to the fact that in the method of hardening of shearing press tool dies, predominantly of their tool-carbon steel, comprising preliminary applying of a current-conducting mass to a hardened contour, induction heating by means of an inductor submerged in a zonal liquid and cooling, a current-conducting mass is applied to a rim of a die working door locally to transition portions of a die shearing contour, and a graphite-glycerin paste with a composition containing 70% graphite and 30% glycerin is used as a current-conducting mass.

Description

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например при контурной закалке рабочих кромок матриц разделительных штампов.The invention relates to the heat treatment of metals and can be used in tool-stamping production, for example, in the contour hardening of the working edges of the matrix of separation dies.

Известен способ индукционного контурного нагрева рабочих кромок матриц разделительных штампов под закалку, включающий нагрев кромок ленточным индуктором, частично выступающим над уровнем охлаждающей жидкости. Способ обеспечивает саморегулирование индукционного нагрева контуров сравнительно простой конфигурации [1].A known method of induction contour heating of the working edges of the matrices of dividing dies for quenching, comprising heating the edges with a tape inductor, partially protruding above the level of coolant. The method provides self-regulation of induction heating circuits of a relatively simple configuration [1].

Известный способ является простым и при его использовании обеспечивается неизменность формы и размеров рабочих отверстий матрицы. Однако известный способ имеет недостаток. При наличии на контуре резких переходов, в частности выступающих углов, в процессе нагрева по вершинам этих переходов проявляется недогрев, что отрицательно отражается на равномерности контурной закалки штамповых матриц. Это явление обусловлено т.н. кольцевым эффектом - стремлением вихревых токов образовывать замкнутые контуры с минимальным периметром (электросопротивлением).The known method is simple and when it is used, the shape and size of the working holes of the matrix are unchanged. However, the known method has a drawback. If there are sharp transitions on the circuit, in particular, protruding corners, during heating along the vertices of these transitions, underheating is manifested, which negatively affects the uniformity of the contour hardening of the stamping matrices. This phenomenon is due to the so-called ring effect - the desire of eddy currents to form closed circuits with a minimum perimeter (electrical resistance).

Равномерность контурного нагрева матриц с использованием индукционных токов можно повысить путем многократного нагрева и охлаждения в интервале температура закалки - температура повышенной устойчивости переохлажденного аустенита [2]. Известный способ обеспечивает повышение равномерности закалки почти без дополнительных затрат. Однако этот способ может быть использован только при обработке матриц из легированных инструментальных материалов, обладающих областью относительной устойчивости переохлажденного аустенита. Для инструментальных углеродистых сталей этой области нет, поэтому использование согласно способу термического циклирования приводит только к трещинообразованию, что снижает качество матриц.The uniformity of the circuit heating of matrices using induction currents can be improved by repeatedly heating and cooling in the range of quenching temperature - temperature of increased stability of supercooled austenite [2]. The known method provides an increase in the uniformity of quenching at almost no additional cost. However, this method can only be used when processing matrices of alloyed instrumental materials having a region of relative stability of supercooled austenite. For tool carbon steels this area is not, therefore, the use according to the method of thermal cycling leads only to cracking, which reduces the quality of the matrix.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ индукционного нагрева матриц разделительных штампов, принятый за прототип, предусматривающий размещение между нагреваемым штампом и индуктором соли с температурой плавления, равной температуре аустенизации материала матрицы под закалку [3]. Такой прием обеспечивает повышение равномерности нагрева по контуру матрицы и снижает опасность оплавления режущих кромок, в частности, при закалочном нагреве высоколегированных сталей группы Х12.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of induction heating of the matrix of separation dies, adopted as a prototype, which provides for the placement between the heated stamp and the inductor of salt with a melting temperature equal to the temperature of austenization of the matrix material for quenching [3]. This technique provides an increase in the uniformity of heating along the contour of the matrix and reduces the risk of fusion of the cutting edges, in particular, during quenching heating of high alloy steels of group X12.

Тем не менее известный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, медленное выравнивание температуры по нагреваемому контуру из-за того, что соль становится электропроводной после ее расплавления, т.е. в узком интервале температур завершения закалочного нагрева. Замедленный нагрев приводит к распространению теплоты от режущего контура вглубь тела матрицы, что вызывает ее коробление. Второй недостаток заключается в том, что при закалочном охлаждении матрицы неизбежно попадание соли в закалочную жидкость и, следовательно, эта жидкость (вода) из диэлектрика превращается в электролит. Это вызывает короткое замыкание на токоведущих шинах и опасность поражения электрическим током оператора, а устранение опасности сопряжено с усложнением нагревательного устройства. Наконец, при использовании известного способа нагрева возникают трудности контроля нагрева из-за скрытности от оператора режущего контура матрицы, расположенного в среде соли. Затруднения проявляются и в части выверки совпадения нагреваемого контура матрицы с контуром индуктирующего провода индуктора.However, the known method has several disadvantages. Firstly, the slow temperature equalization along the heated circuit due to the fact that the salt becomes electrically conductive after its melting, i.e. in a narrow temperature range the completion of quenching heating. Slow heating leads to the spread of heat from the cutting circuit into the body of the matrix, which causes its warping. The second drawback is that when quenching the matrix, salt will inevitably get into the quenching liquid and, therefore, this liquid (water) from the dielectric turns into an electrolyte. This causes a short circuit on the current-carrying tires and the risk of electric shock to the operator, and eliminating the danger involves complicating the heating device. Finally, when using the known heating method, difficulties arise in controlling the heating due to the secrecy of the cutting contour of the matrix located in the salt medium from the operator. Difficulties are also manifested in the reconciliation of the coincidence of the heated circuit of the matrix with the circuit of the inductor wire of the inductor.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности закалки и упрощение способа за счет усовершенствования электромагнитной системы нагрева.The task of the invention is to increase the uniformity of quenching and simplify the method by improving the electromagnetic heating system.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе закалки матриц разделительных штампов преимущественно их инструментально-углеродистой стали, включающем предварительное нанесение по закаливаемому контуру токопроводящей массы, индукционный нагрев посредством индуктора, погруженного в закалочную жидкость, и охлаждение, токопроводящую массу наносят на поясок рабочего окна матрицы местно на переходных участках режущего контура матрицы, а в качестве токопроводящей массы применяют графитоглицериновую пасту состава графит 70%, глицерин 30%.The stated technical problem is solved due to the fact that in the method of quenching the matrices of the separating dies, mainly their tool-carbon steel, which includes preliminary deposition of a conductive mass on the hardened circuit, induction heating by means of an inductor immersed in the quenching liquid, and cooling, conductive mass are applied to the working belt matrix windows locally on transitional sections of the matrix cutting contour, and graphitoglycerin paste of the composition is used as a conductive mass graphite 70%, glycerin 30%.

Использование графитоглицериновой пасты позволяет изменять по желанию форму замкнутого контура вихревых токов. В начальный момент нагрева происходит выгорание глицерина, а графитовая составляющая пасты не претерпевает изменений, т. е. с повышением температуры паста твердеет и, следовательно, становится не растворимой в воде. Таким образом, при реализации способа на переходном участке режущего контура матрицы формируется дополнительный участок токопроводящего графита, сопротивление которого практически не меняется в интервале температур от начала до конца нагрева [4]. В итоге с помощью слоя токопроводящего графита можно приспосабливать кольцевой эффект электрического тока для более равномерного нагрева режущего контура матрицы.Using graphitoglycerin paste allows you to change the shape of the closed circuit of eddy currents if desired. At the initial moment of heating, glycerol burns out, and the graphite component of the paste does not undergo changes, i.e., with increasing temperature, the paste hardens and, therefore, becomes insoluble in water. Thus, when implementing the method, an additional section of conductive graphite is formed on the transitional section of the matrix cutting contour, the resistance of which practically does not change in the temperature range from the beginning to the end of heating [4]. As a result, with the help of a layer of conductive graphite, it is possible to adapt the ring effect of electric current for more uniform heating of the cutting contour of the matrix.

Сущность предложенного способа поясняется чертежами.The essence of the proposed method is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана часть электромагнитной системы нагрева, используемой для закалки режущего контура матрицы разделительного штампа. Система состоит из индуктора с индуктирующим проводом 1, погруженного большей своей частью по высоте в охлаждающую жидкость 2, нагреваемой матрицы 3, на рабочий поясок 4 которой на участке резкого перехода режущего контура нанесен слой графитоглицериновой пасты 5.In FIG. 1 shows a portion of an electromagnetic heating system used to quench a cutting contour of a dies die matrix. The system consists of an inductor with an induction wire 1, immersed for the most part in height in the coolant 2, the heated matrix 3, on the working belt 4 of which a layer of graphitoglycerin paste 5 is applied to the section of the sharp transition of the cutting contour.

На фиг. 2а показана лицевая поверхность матрицы 3 со следом закалки, образованным при нагревеIn FIG. 2a shows the front surface of the matrix 3 with a hardening trace formed by heating

- 1 017502 по способу [1], а на фиг. 2б - аналогичная картина, полученная при нагреве предлагаемым способом. Из сопоставления этих двух фигур (а и б) замечаем положительное влияние слоя 5 графитоглицериновой пасты на равномерность закалки, что устанавливалось по изменению твердости матриц в направлении АБ (фиг. 2).- 1 017502 according to the method [1], and in FIG. 2b is a similar picture obtained by heating of the proposed method. From a comparison of these two figures (a and b), we notice the positive effect of layer 5 of graphitoglycerin paste on the uniformity of quenching, which was established by a change in the hardness of the matrices in the direction of AB (Fig. 2).

Пример. Были термически обработаны матрицы из стали У9А разделительного штампа с рабочими окнами крестообразной формы. На пояски матрицы возле вершин прямых углов наносились слои графитоглицериновой пасты следующего состава: графит 70%, глицерин 30%. Размеры слоя: по длине пояска от вершины угла - 20 мм, толщина - 2-3 мм, высота - 6 мм. Затем матрицу с нанесенным слоем графитоглицериновой пасты нагревали в печи электросопротивления до 300-350°С и после выгорания из слоя глицерина матрицу устанавливали над ленточным индуктивным проводом с воздушным зазором 2-3 мм. По достижении режущей кромкой закалочной температуры (820-870°С) незамедлительно производили закалку путем подъема уровня охлаждающей жидкости (воды) над матрицей.Example. Matrices made of U9A steel of a separation stamp with cross-shaped working windows were heat-treated. Layers of graphite-glycerol paste of the following composition were applied to the matrix bands near the vertices of right angles: graphite 70%, glycerol 30%. Layer dimensions: along the length of the girdle from the top of the corner - 20 mm, thickness - 2-3 mm, height - 6 mm. Then, the matrix with a layer of graphitoglycerin paste applied was heated in an electric resistance furnace to 300-350 ° C and after burning out of the glycerol layer, the matrix was installed over a tape inductive wire with an air gap of 2-3 mm. Upon reaching the cutting edge hardening temperature (820-870 ° C), hardening was immediately carried out by raising the level of coolant (water) above the matrix.

В таблице приведены результаты измерения твердости ИКС матриц в направлении А-Б (фиг. 2), закаленных с применением двух способов нагрева: по прототипу и по предлагаемому способу. Из представленных данных видно, что предлагаемый способ нагрева штампов из сталей У8-У10 обеспечивает полную прокаливаемость по вершинам углов режущей кромки. Кроме того, предлагаемый способ является безопасным, простым и по сравнению с прототипом не требует затрат, связанных с очисткой матрицы после закалки от солей. Использование способа позволит расширить область применения контурной закалки в инструментально-штамповом производстве в 2-3 раза, что является важным при решении задач снижения расходов на изготовление штамповой оснастки.The table shows the results of measuring the hardness of the IR matrix in the direction AB (Fig. 2), hardened using two heating methods: the prototype and the proposed method. From the presented data it can be seen that the proposed method of heating dies of steel U8-U10 provides complete hardenability at the vertices of the corners of the cutting edge. In addition, the proposed method is safe, simple and compared with the prototype does not require the costs associated with cleaning the matrix after quenching from salts. Using the method will expand the scope of contour hardening in tool-stamping production by 2-3 times, which is important in solving problems of reducing the cost of manufacturing die tooling.

Расстояние от вершины угла режущей кромки до точки измерения твердости НВ.С, мм The distance from the top of the angle of the cutting edge to the point of hardness measurement NVS, mm Твердость ИКС после закалки при нагреве Hardness X after quenching by heating Прототип Prototype Предлагаемый способ The proposed method 0,5 0.5 40 40 62 62 1,0 1,0 45 45 62 62 1,5 1,5 50 fifty 62 62 2,0 2.0 55 55 62 62 2,5 2,5 60 60 62 62 3,0 3.0 60 60 60 60 3,5 3,5 60 60 65 65 4,0 4.0 62 62 60 60 4,5 4,5 60 60 45 45 5,0 5,0 55 55 40 40

Использованная литература.References.

1. Довнар С.А. и др. Контурная закалка матриц. Промышленность Белоруссии. 1974, № 4, с. 89.1. Dovnar S.A. et al. Contour hardening of matrices. Industry of Belarus. 1974, No. 4, p. 89.

2. А.с. СССР № 461956, С21Э 9/22.2. A.S. USSR No. 461956, S21E 9/22.

3. А.с. СССР № 505706, С21Э 1/10 - прототип.3. A.S. USSR No. 505706, S21E 1/10 - prototype.

4. Таблицы физических величин. Справочник. М.: Атомиздат. 1976, с. 305.4. Tables of physical quantities. Directory. M .: Atomizdat. 1976, p. 305.

Claims

CLAIM

The method of quenching the dividing dies matrices predominantly of tool-carbon steel, including preliminary application of a conductive mass along the quenched contour, induction heating by means of an inductor immersed in a quenching fluid, and cooling, characterized in that the conductive mass is applied to the belt of the working window of the matrix locally in the transition sections of the cutting contour matrix, and as a conductive mass used graphitoglycerol paste composition: 70% graphite, 30% glycerol.