RU2347822C2

RU2347822C2 - Method for strengthening of shearing die

Info

Publication number: RU2347822C2
Application number: RU2007114582/02A
Authority: RU
Inventors: Елена Николаевна Зубкова (RU); Елена Николаевна Зубкова; Александр Александрович Барабонов (RU); Александр Александрович Барабонов; Николай Семенович Зубков (RU); Николай Семенович Зубков; нова Валентина Павловна Водопь (RU); Валентина Павловна Водопьянова; Сергей Владимирович Булавкин (RU); Сергей Владимирович Булавкин
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-02-27
Also published as: RU2007114582A

Abstract

FIELD: technological processes, metal working.

SUBSTANCE: invention is related to the field of thermal treatment and may be used in machine building enterprises in tool production for manufacture of shearing dies. In order to achieve technical result, mechanical processing of puncheon and matrix billets is carried out with allowance for melting, their volume thermal treatment, then puncheon and matrix are assembled with their front surfaces in single plane with their further fixation and positioning, and laser strengthening of side surfaces of puncheon and matrix is done in single stage by melting of allowances by beam shifting along junction of allowances. After laser strengthening front and side surfaces of puncheon and matrix are exposed to finishing treatment.

EFFECT: higher uniformity of strengthened surface hardness distribution, higher wear resistance of puncheon and matrix, reduction of time and expenses required for strengthening.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки инструмента.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the field of heat treatment of a tool.

Известен способ упрочнения штампа с оплавлением передней поверхности пуансона и матрицы непрерывным излучением лазера, сориентированным перпендикулярно передней поверхности и перемещающимся от периферии к рабочим кромкам (RU №2033435, C21D 1/09, C21D 9/22, 1995).A known method of hardening a stamp with fusion of the front surface of the punch and the matrix by continuous laser radiation, oriented perpendicular to the front surface and moving from the periphery to the working edges (RU No. 2033435, C21D 1/09, C21D 9/22, 1995).

Однако глубина упрочнения передней поверхности штампа намного меньше суммарной величины съема при переточках. По мере эксплуатации штампа периодически проводят его переточку путем снятия определенного слоя по передней поверхности, после чего требуется повторное упрочнение. А при повторном упрочнении дополнительно удаляется рабочий слой при шлифовании оплавленной поверхности, что уменьшает стойкость штампа.However, the depth of hardening of the front surface of the stamp is much less than the total amount of removal during regrinding. As the stamp is used, it is periodically re-sharpened by removing a certain layer along the front surface, after which repeated hardening is required. And with repeated hardening, the working layer is additionally removed when grinding the melted surface, which reduces the durability of the stamp.

Прототипом заявленного изобретения является способ упрочнения разделительных штампов по боковой поверхности (Коваленко B.C., Верхотуров А.Д., Головко Л.Ф., Подчерняева И.А. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. М.: Наука, 1986, стр.241, фиг.4.7 (б)). Способ позволяет выполнять упрочнение боковой поверхности на требуемую высоту и за один раз. Способ включает механическую обработку заготовок пуансона и матрицы с выполнением припусков на оплавление, их объемную термическую обработку. Лазерное упрочнение пуансона осуществляется по боковой поверхности лучом лазера, расположенным перпендикулярно ей и перемещающимся параллельно ей. При упрочнении матриц реализуется линейная схема упрочнения, когда зоны воздействия лазерных импульсов, следующих последовательно один за другим, располагаются с определенным перекрытием в один ряд вдоль рабочей кромки. По окончании выполняют чистовую обработку оплавленных боковых поверхностей.The prototype of the claimed invention is a method of hardening the separation dies on the side surface (Kovalenko BC, Verkhoturov A.D., Golovko L.F., Podchernyaeva I.A. Laser and electroerosive hardening of materials. M: Nauka, 1986, p. 241, FIG. .4.7 (b)). The method allows you to harden the side surface to the desired height and at a time. The method includes machining the blanks of the punch and the matrix with the implementation of allowances for reflow, their volumetric heat treatment. Laser hardening of the punch is carried out along the lateral surface by a laser beam located perpendicular to it and moving parallel to it. When hardening the matrices, a linear hardening scheme is realized when the zones of action of laser pulses following one after another are located with a certain overlap in a row along the working edge. At the end of the finish processing of the fused side surfaces.

Недостатками прототипа являются ограниченное применение способа при упрочнении боковых поверхностей с геометрией, отличающейся от геометрии тел вращения, и невозможность получения равномерной твердости из-за образования зон лазерного воздействия. На упрочнение требуется длительное время, и оно выполняется раздельно для матрицы и пуансона.The disadvantages of the prototype are the limited application of the method when hardening the side surfaces with a geometry different from the geometry of the bodies of revolution, and the inability to obtain uniform hardness due to the formation of zones of laser exposure. Hardening takes a long time, and it is performed separately for the matrix and punch.

В основу настоящего изобретения была положена задача одновременного упрочнения оплавлением боковых поверхностей пуансона и матрицы на заданную высоту за один проход луча лазера независимо от конфигурации и размеров боковой поверхности.The basis of the present invention was the task of simultaneously hardening by fusion of the side surfaces of the punch and the matrix to a predetermined height in one pass of the laser beam, regardless of the configuration and size of the side surface.

Техническим результатом изобретения является повышение равномерности распределения твердости упрочненной поверхности, повышение износостойкости пуансона и матрицы, сокращение времени и затрат на упрочнение.The technical result of the invention is to increase the uniformity of the distribution of hardness of the hardened surface, increase the wear resistance of the punch and die, reduce the time and cost of hardening.

Поставленная задача и указанный технический результат осуществляется тем, что в способе упрочнения штампа для пробивки отверстий, включающем механическую обработку заготовок пуансона и матрицы с выполнением припусков на оплавление, их объемную термическую обработку, лазерное упрочнение и чистовую обработку оплавленных боковых поверхностей, согласно изобретению перед лазерным упрочнением осуществляют сборку пуансона и матрицы передними поверхностями в одной плоскости с последующей их фиксацией и позиционированием, а лазерное упрочнение боковых поверхностей пуансона и матрицы выполняют одновременно за один проход оплавлением припусков на всю высоту путем перемещения луча лазера по стыку припусков.The task and the specified technical result is achieved by the fact that in the method of hardening a stamp for punching holes, including machining the blanks of the punch and the matrix with the execution of allowances for reflow, volumetric heat treatment, laser hardening and finishing processing of the melted side surfaces, according to the invention, before laser hardening they assemble the punch and matrix with the front surfaces in the same plane with their subsequent fixation and positioning, and laser control nenie side surfaces of the punch and die are performed simultaneously in a single pass reflow allowances for the entire height by moving the laser beam on the joint allowances.

Сборка пуансона и матрицы передними поверхностями в одной плоскости позволяет выполнить упрочнение боковых поверхностей пуансона и матрицы за один проход путем перемещения луча лазера по стыку припусков, что сократит время обработки и затраты. Фиксация и позиционирование пуансона и матрицы обеспечивает требуемую точность зоны упрочнения.Assembling the punch and die with the front surfaces in the same plane allows hardening of the side surfaces of the punch and die in one pass by moving the laser beam along the seam allowance, which will reduce processing time and costs. Fixation and positioning of the punch and die provides the required accuracy of the hardening zone.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны заготовки матрицы (а) и пуансона (б) с размерами рабочих поверхностей. На фиг.2 показана схема осуществления способа.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the workpiece matrix (a) and punch (b) with the dimensions of the working surfaces. Figure 2 shows a diagram of the implementation of the method.

Способ включает в себя следующие операции: механическую обработку заготовок пуансона 1 и матрицы 2 с выполнением припусков 3 на матрице и 4 на пуансоне по боковым 5 и передним 6 поверхностям с размерами, достаточными для осуществления качественного оплавления и упрочнения на заданную высоту, объемную термическую обработку пуансона 1 и матрицы 2, их сборку передними 4 поверхностями в одной плоскости, фиксацию и позиционирование. Упрочнение боковых 5 поверхностей достигается путем оплавления припусков на всю высоту лучом лазера 7, сориентированным перпендикулярно передней поверхности и перемещающимся по стыку припусков.The method includes the following operations: machining the blanks of the punch 1 and the matrix 2 with the performance of allowances 3 on the matrix and 4 on the punch on the side 5 and front 6 surfaces with dimensions sufficient to allow high-quality reflow and hardening to a given height, volumetric heat treatment of the punch 1 and matrix 2, their assembly by the front 4 surfaces in one plane, fixing and positioning. Hardening of the side 5 surfaces is achieved by fusing the allowances to the full height with a laser beam 7 oriented perpendicular to the front surface and moving along the junction of the allowances.

Пример. Пуансоны и матрицы изготавливали для пробивки отверстий диаметром D=40 мм в холоднокатанной низкоуглеродистой стали толщиной 0,5 мм на координатно-револьверном прессе VIPROS Queen 368. Заготовки выполняли из высоколегированной теплостойкой инструментальной стали Р6М5 ГОСТ 19265-73.Example. Punches and dies were made for punching holes with a diameter of D = 40 mm in cold-rolled low-carbon steel 0.5 mm thick on a VIPROS Queen 368 coordinate-turret press. The blanks were made of high-alloy heat-resistant tool steel P6M5 GOST 19265-73.

Механическую обработку выполняли на токарном станке 1И611П и фрезерном станке 6Т10 на режимах, рекомендуемых для механической обработки быстрорежущих сталей с припуском на оплавление и финишную обработку z=0,1 мм: по передней поверхности пуансона на высоту h_п=5 мм и матрицы на высоту h_м=3 мм; по боковой поверхности пуансона D_п=40 мм и матрицы D_м=40,4 мм (Фиг.1).The machining was performed on a 1I611P lathe and 6T10 milling machine in the modes recommended for machining high-speed steels with allowance for reflow and finishing z = 0.1 mm: on the front surface of the punch to a height of h _p = 5 mm and the matrix to a height of h _m = 3 mm; along the lateral surface of the punch D _p = 40 mm and the matrix D _m = 40.4 mm (Figure 1).

Объемную термическую обработку выполняли по стандартным режимам для Р6М5.Volumetric heat treatment was performed according to standard conditions for P6M5.

Предварительно собирали пуансон и матрицу передними поверхностями в одной плоскости (Фиг.2), закрепляли и устанавливали на рабочий стол лазерной установки Amada LC-2415α. Позиционирование выполняли с помощью специальной оправки, позволяющей точно базировать собранные пуансон и матрицу относительно луча лазера. Упрочнение с оплавлением припусков на боковых поверхностях пуансона и матрицы выполняли на режимах: Р=2000 Вт; f=1500 Гц; V=0,8 м/мин.Pre-assembled the punch and the matrix with the front surfaces in the same plane (Figure 2), fixed and installed on the desktop of the Amada LC-2415α laser unit. The positioning was performed using a special mandrel, which allows you to accurately base the assembled punch and matrix relative to the laser beam. Hardening with the fusion of allowances on the lateral surfaces of the punch and the matrix was performed in the following modes: P = 2000 W; f = 1500 Hz; V = 0.8 m / min.

После совместного оплавления припусков на боковых поверхностях производили разборку собранных пуансона и матрицы и выполняли их финишную механическую обработку шлифованием в том числе оплавленных поверхностей. После чистового шлифования размеры боковых поверхностей пуансона и матрицы соответствовали: пуансона D=40^-0,013 мм и матрицы D=40,4^+0,02 мм.After co-fusing the allowances on the lateral surfaces, the assembled punch and die were disassembled and finished by machining by grinding, including the fused surfaces. After finishing grinding, the dimensions of the side surfaces of the punch and the matrix corresponded to: punch D = 40 ^-0.013 mm and matrix D = 40.4 ^+0.02 mm.

Исследование микрошлифов, приготовленных из образцов свидетелей, показало наличие упрочненной зоны по боковым поверхностям пуансона и матрицы на глубину 200÷220 мкм. Максимальная микротвердость упрочненного металла превысила микротвердость закаленной стали Р6М5 на 200HV.The study of microsections prepared from witness samples showed the presence of a hardened zone along the lateral surfaces of the punch and matrix to a depth of 200 ÷ 220 μm. The maximum microhardness of the hardened metal exceeded the microhardness of hardened steel P6M5 by 200HV.

На основании проведенной работы можно сделать вывод, что поставленная задача - лазерное упрочнение по всей боковой поверхности совместным оплавлением припусков за один проход на всю высоту припусков - достигнута.Based on the work done, we can conclude that the task - laser hardening along the entire lateral surface by joint fusion of the allowances in one pass to the entire height of the allowances - is achieved.

Предлагаемое изобретение находится на стадии опытно-промышленных исследований и испытаний.The present invention is at the stage of pilot research and testing.

Claims

The method of hardening a stamp for punching holes, including machining the blanks of the punch and the matrix with the allowance for reflow, volumetric heat treatment, laser hardening and finishing processing of the melted side surfaces, characterized in that before the laser hardening, the punch and matrix are assembled with the front surfaces in the same plane with their subsequent fixation and positioning, and laser hardening of the side surfaces of the punch and matrix is carried out in one pass m allowances by moving the beam along the seam allowance, wherein the finishing treatment is performed on the front and side surfaces.