RU2422542C1

RU2422542C1 - Procedure for bending and volume-surface quenching spring plates out of steel of reduced hardenability and installation for its implementation

Info

Publication number: RU2422542C1
Application number: RU2009149282/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Филипьев (RU); Сергей Николаевич Филипьев; Евгений Александрович Васин (RU); Евгений Александрович Васин; Сергей Дмитриевич Оборин (RU); Сергей Дмитриевич Оборин; Сергей Александрович Трофимов (RU); Сергей Александрович Трофимов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чусовской металлургический завод"
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: spring plate out of steel of reduced hardenability is heated and positioned in quenching die. A heated spring plate is clamped in die space and is simultaneously bent along radius and volume-surface quenched in quenching medium. Plates are bent and volume-surface quenched under pressure 2.5-3.0 kgf/cm2 of fast moving flow of quenching liquid during 10-20 sec and cooled to room temperature. Also, a spring plate is quenched along whole length from the middle to ends. The installation for implementation of this procedure consists of a die with a movable and stationary parts and of a system for supply of quenching liquid. Each part of the die has knives of specified radius; the central channel and cross slits are uniformly distributed on working surface from the middle of the plate. The slits are cut at angle to surface of a quenched spring plate and are communicated as well, as the central channel, with tanks of the system for supply of quenching liquid supplied through flexible sleeves and a pneumatic-hydraulic valve by means of a pump from a tank-reservoir. ^ EFFECT: high fatigue strength and wear resistance. ^ 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано в машиностроении, в частности в устройствах для изготовления деталей подвесок транспортных средств.The invention relates to heat treatment and can be used in mechanical engineering, in particular in devices for the manufacture of suspension parts for vehicles.

Известен штамп для закалки листовых деталей, содержащий матрицу, пуансон со штырями и устройство охлаждения деталей. Неразъемные части матрицы и пуансона образуют разъемный насадок с выходным отверстием, повторяющим торцевую поверхность детали, пуансон снабжен щитками со сменными прокладками, а формирующие штыри матрицы и пуансона выполнены с возможностью перемещения (а.с. СССР №401736, МПК С21D 9/06, бюл. №41, 1973 г.). Штамп позволяет получить одинаковую твердость на всей поверхности детали. Данный способ закалки взят в качестве прототипа для предлагаемого способа.Known stamp for hardening sheet parts, containing a matrix, a punch with pins and a device for cooling parts. The integral parts of the matrix and the punch form a detachable nozzle with an outlet that repeats the end surface of the part, the punch is equipped with shields with interchangeable gaskets, and the forming pins of the matrix and punch are made with the ability to move (AS USSR No. 401736, IPC C21D 9/06, bull. No. 41, 1973). The stamp allows you to get the same hardness on the entire surface of the part. This method of quenching is taken as a prototype for the proposed method.

Недостатками способа-прототипа является то, что закалка листовой детали происходит по длине от одного конца к другому, и при этом не удается получить равномерность необходимых показателей детали из сталей пониженной прокаливаемости.The disadvantages of the prototype method is that the hardening of the sheet part occurs along the length from one end to the other, and it is not possible to obtain the uniformity of the required performance of the part from steels of low hardenability.

Известен способ закалки плоских деталей и устройство для его осуществления, включающий нагрев, зажим детали и охлаждение ее в баке с закалочной средой. Нагретые детали размещают на высоте 5-10 мм выше уровня закалочной среды в баке, зажимают между матрицей и пуансоном пресса, подстуживают до температуры Ас₁ и мгновенно за 0,2-1,0 с поднимают уровень закалочной среды в баке не менее чем на 10-15 мм выше уровня детали.A known method of hardening flat parts and a device for its implementation, including heating, clamping the part and cooling it in a tank with a quenching medium. Heated parts are placed at a height of 5-10 mm above the level of the quenching medium in the tank, clamped between the die and the punch of the press, set to temperature Ac ₁ and instantly raise the level of the quenching medium in the tank by at least 10 to 0.2-1.0 s -15 mm above the part level.

Устройство содержит пресс с пуансоном, матрицей и закалочным баком, который установлен на матрице и снабжен расположенными внутри бака для укладки и прижима деталей направляющими, верхний уровень которых на 5-10 мм выше уровня закалочной среды, баком-накопителем, соединенными с закалочным баком переливным клапаном с приводной шарнирно-поворотной заслонкой, регулятором уровня, выполненным в виде патрубка с фланцем и установленным на верхней части переливного клапана, отсеченным подпружиненным клапаном, взаимодействующим с фланцем регулятора уровня и стационарно закрепленным на пуансоне, а пуансон снабжен направляющими прижима деталей, согласованным с направляющими закалочного бака (пат. РФ №2105822, МПК С21D 9/46, опубл. 27.02.1998 г.). Данное устройство взято за прототип предлагаемой установки.The device comprises a press with a punch, die and hardening tank, which is mounted on the matrix and equipped with guides located inside the tank for stacking and pressing parts, the upper level of which is 5-10 mm higher than the level of the hardening medium, with a storage tank connected to the hardening tank with an overflow valve with a drive hinged-rotary damper, a level regulator made in the form of a pipe with a flange and mounted on the top of the overflow valve, a cut-off spring-loaded valve interacting with the regulating flange level torus and fixedly attached to the punch and the pressing punch is provided with guide parts, coordinated with the guides quenching tank (Pat. Russian №2105822, IPC S21D 9/46, publ. 27.02.1998 g). This device is taken as a prototype of the proposed installation.

Недостатками прототипа является невозможность осуществления объемно-поверхностной закалки деталей из стали пониженной прокаливаемости с заданным радиусом кривизны, в связи с тем, что закалка детали происходит в объеме закалочной среды при появлении при этом эффекта «паровой рубашки» на поверхности детали.The disadvantages of the prototype is the impossibility of volumetric-surface hardening of parts of steel of low hardenability with a given radius of curvature, due to the fact that the hardening of the part occurs in the volume of the quenching medium when the “steam jacket” effect appears on the surface of the part.

Задачей создания изобретения является устранение недостатков прототипов как для способа, так и для установки.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototypes for both the method and the installation.

Технический результат от использования изобретения - установка обеспечивает гибку рессорных листов из сталей пониженной прокаливаемости (ПП) по заданному радиусу с последующей объемно-поверхностной закалкой (ОПЗ) по всей поверхности. В результате ОПЗ рессорный лист из стали ПП получает следующие свойства:The technical result from the use of the invention - the installation provides bending of spring sheets of low hardenability steels (PP) over a given radius with subsequent volume-surface hardening (SCR) over the entire surface. As a result of SCR, a spring sheet made of PP steel receives the following properties:

- от поверхности рессорного листа на глубину 10-20% от его толщины образуется закаленный слой с твердостью HRC 40-65, при этом сердцевина получает упрочнение с твердостью HRC 15-40;- from the surface of the spring sheet to a depth of 10-20% of its thickness, a hardened layer with a hardness of HRC 40-65 is formed, while the core receives hardening with a hardness of HRC 15-40;

- высокопрочный закаленный слой и упрочненная сердцевина обеспечивают высокую усталостную прочность рессорных листов, а также высокая поверхностная твердость листов обеспечивает их высокую износоустойчивость- a high-strength hardened layer and a hardened core provide high fatigue strength of the spring sheets, as well as the high surface hardness of the sheets ensures their high wear resistance

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ гибки и объемно-поверхностной закалки рессорных листов из сталей пониженной прокаливаемости, включающий нагрев заготовки, размещение ее в закалочном штампе, зажим нагретых рессорных листов в штамповом пространстве с одновременной гибкой по радиусу, закалку листов в закалочной среде и извлечение готового листа из штампа, и отличительных, существенных признаков таких, как гибку и объемно-поверхностную закалку листов ведут под давлением 2,5-3,0 кгс/см² быстродвижущегося потока закалочной жидкости в течение 10-20 секунд, и охлаждением листа до комнатной температуры. При этом происходит интенсивное охлаждениие листа в течение 10-20 секунд от температуры 800-900°С до комнатной температуры.The problem is solved using the signs specified in the 1st claim that are common with the prototype, such as a method of bending and space-surface hardening of spring sheets from steels of low hardenability, including heating the workpiece, placing it in a hardening die, clamping heated spring sheets in the die space with simultaneous radius radius bending, hardening of the sheets in the hardening medium and extraction of the finished sheet from the die, and distinctive, essential features such as bending and volume-surface hardening sheets are pressure 2.5-3.0 kgf / cm ² fast-moving flow of quenching fluid for 10-20 seconds, and cooling the sheet to room temperature. In this case, intense cooling of the sheet occurs for 10-20 seconds from a temperature of 800-900 ° C to room temperature.

Согласно п.2 формулы изобретения закалку рессорного листа ведут по всей длине от середины к его концам.According to claim 2 of the claims, the spring sheet is quenched along the entire length from the middle to its ends.

Режимы процесса являются оптимальными. Выход за пределы режимов предлагаемого способа не позволят получить указанный ниже технический результат.Process modes are optimal. Going beyond the modes of the proposed method will not allow to obtain the following technical result.

Также поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как установка для гибки и объемно-поверхностной закалки рессорных листов из сталей пониженной прокаливаемости, содержащая штамп с подвижной и неподвижной частями и систему подачи закалочной жидкости, и отличительных, существенных признаков, таких как каждая часть штампа имеет ножи с заданным радиусом, центральный канал и равномерно размещенные на рабочей поверхности от середины листа поперечные щели, выполненные под углом к поверхности закаливаемого рессорного листа, которые связаны, как и центральный канал, с бачками системы подачи закалочной жидкости, подаваемой через гибкие рукава и пневмогидравлический клапан насосом из бака-резервуара.Also, the problem is solved using the signs specified in the 2nd claim that are common with the prototype, such as an installation for bending and volume-surface hardening of spring sheets of low hardened steels, containing a stamp with moving and fixed parts and a quenching fluid supply system , and distinctive, essential features, such as each part of the stamp has knives with a given radius, a central channel and transverse slots evenly placed on the working surface from the middle of the sheet, made ie at an angle to the surface of the hardenable spring leaf, which are connected, like central channel, sideburns quench fluid supply system fed through flexible hoses and valve pneumohydraulic pump from the reservoir tank.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат от использования изобретений - возможность объемно-поверхностной закалки рессорных листов из сталей пониженной прокаливаемости и обеспечивания высокой усталостной прочности и износоустойчивости изделий.The above set of essential features allows you to get the following technical result from the use of inventions - the possibility of volumetric-surface hardening of spring sheets from steels of low hardenability and providing high fatigue strength and wear resistance of products.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где показан продольный разрез установки и нижеследующим примером реализации.The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the installation and the following implementation example.

Установка для гибки и объемно-поверхностной закалки рессорных листов из сталей пониженной прокаливаемости содержит бак-резервуар 1, накрытого кожухом 2. Внутри кожуха установлено гибочно-закалочное устройство, состоящее из нижнего 3 и верхнего 4 штампов. Последний поднимается и опускается посредством трех пневмоцилиндров 5. В положении загрузки-выгрузки рессорного листа верхний штамп 4 находится в поднятом положении. Для выполнения гибки и закалки листа, верхний штамп опускается в нижнее положение. Закалка зажатого между нижним и верхним штампом рессорного листа 6 производится быстродвижущимся потоком воды, подаваемой в оба штампа под давлением 2,5-3,0 кгс/см² от насоса 7 через пневмо-гидравлический клапан 8, срабатывание которого позволяет подавать воду на рессорный лист на несколько секунд, в соответствии с выбранным режимом, который выполняется автоматически.Installation for bending and volumetric-surface hardening of spring sheets of steels of low hardenability contains a tank tank 1, covered with a casing 2. Inside the casing is installed bending-hardening device, consisting of lower 3 and upper 4 dies. The latter rises and falls by means of three pneumatic cylinders 5. In the position of loading and unloading the spring sheet, the upper stamp 4 is in the raised position. To perform bending and hardening of the sheet, the upper die is lowered to the lower position. The quenching of the spring sheet 6 sandwiched between the lower and upper stamps is carried out by a fast-moving stream of water supplied to both stamps under a pressure of 2.5-3.0 kgf / cm ² from the pump 7 through a pneumatic-hydraulic valve 8, the actuation of which allows water to be supplied to the spring leaf for a few seconds, in accordance with the selected mode, which is performed automatically.

Подача закалочной воды на закаливаемый рессорный лист происходит по следующему маршруту: от насоса 7 через пневмогидравлический клапан 8 в раструб 9, от него по гибким рукавам 10 в нижний 11 и верхний 12 бачки, из которых закалочная вода непосредственно поступает в отверстия закалочных штампов и из них на поверхность рессорного листа.The quenching water is supplied to the quenched spring sheet along the following route: from the pump 7 through the pneumohydraulic valve 8 to the socket 9, from it through flexible hoses 10 to the lower 11 and upper 12 tanks, from which quenching water directly enters and from the quenching dies on the surface of the spring leaf.

Нижний штамп 3 имеет ножи 13 с радиусом, который должен получить рессорный лист 6 в процессе гибки и закалки. Закалочный поток воды подается на обрабатываемый лист через щели 14 под углом 45°, а также через центральный канал 15 подачи воды. После выхода из щелей 14 и центрального канала 15 поток воды с большой скоростью движется в зазоре между поверхностью нижнего и верхнего штампов 3 и 4 и рессорным листом 6. Закалочная вода поступает в щели 14 через вертикальные отверстия 16, которых имеется по три на каждую щель. Эти отверстия (все или часть из них) могут закрываться резьбовыми пробками, что создает возможность регулирования интенсивности подачи воды по длине закаливаемого листа.The lower stamp 3 has knives 13 with a radius, which should receive the spring sheet 6 in the process of bending and hardening. The quenching water flow is supplied to the processed sheet through slots 14 at an angle of 45 °, as well as through the central channel 15 of the water supply. After exiting the slots 14 and the central channel 15, the water flow moves at high speed in the gap between the surface of the lower and upper dies 3 and 4 and the spring sheet 6. Quenching water enters the slots 14 through vertical holes 16, of which there are three for each slit. These holes (all or part of them) can be closed with screw plugs, which makes it possible to control the intensity of the water supply along the length of the hardened sheet.

Верхний штамм 4 по конструкции аналогичен нижнему штампу 3 (имеет ножи 13 с радиусом, который должен получить рессорный лист 6 в процессе гибки и закалки). Он также имеет центральный канал подачи воды 15 и щели 14, направленные от середины листа и расположенные под углом 45° к поверхности закаливаемого листа 6. Отверстия 16 также, как и в нижнем штампе, для регулирования потока воды могут перекрываться резьбовыми пробками (на чертеже не показаны).The upper strain 4 is similar in construction to the lower stamp 3 (it has knives 13 with a radius that the spring sheet 6 must receive during bending and hardening). It also has a central water supply channel 15 and slots 14, directed from the middle of the sheet and located at an angle of 45 ° to the surface of the hardened sheet 6. The holes 16, as in the lower die, can be blocked by threaded plugs to regulate the flow of water (not shown shown).

Отличается верхний штамп 4 от нижнего 3 тем, что он является не выпуклым, а вогнутым, и наличием боковин 17. Крепится верхний штамп 4 к балке 18 через промежуточную плиту 19. Привод верхнего штампа 4 осуществляется тремя пневмоцилиндрами 5 и дополнительно заклинивается пневмоцилиндрами 20 через клинья 21.The upper stamp 4 differs from the lower 3 in that it is not convex, but concave, and has side walls 17. The upper stamp 4 is attached to the beam 18 through the intermediate plate 19. The upper stamp 4 is driven by three pneumatic cylinders 5 and is additionally jammed by the pneumatic cylinders 20 through the wedges 21.

Как было отмечено выше, для подачи воды в закалочные штампы 3 и 4 служит насос 7, который осуществляет забор воды из бака 1 через приемный обратный клапан 22 и подачу через пневмогидравлический клапан 8, раструб 9 и гибкие рукава 10 в бачки 11 и 12, а из них - в отверстия закалочного штампа.As noted above, to supply water to the hardening dies 3 and 4, a pump 7 is used, which takes water from the tank 1 through the intake check valve 22 and supplies it through the pneumohydraulic valve 8, the bell 9 and flexible hoses 10 to the tanks 11 and 12, and of them into the holes of the hardening stamp.

Работает установка следующим образом. При заполненном баке 1 водой включается насос 7, но вода не подается, так как закрыт пневмогидравлический клапан 8. Когда опустится верхний штамп 4 в нижнее положение и пневмоцилиндры 20 зажмут штамп 4 клиньями 21, откроется клапан 8. После объемно-поверхностной закалки рессорного листа верхний штамп 4 поднимается вверх, одновременно поднимается задвижка люка подачи листа и отклоняется заслонка люка выдачи листа (не показано).The installation works as follows. When tank 1 is filled with water, pump 7 is turned on, but water is not supplied, since the pneumohydraulic valve 8 is closed. When the upper die 4 lowers and the pneumatic cylinders 20 clamp the stamp 4 with wedges 21, valve 8 opens. After volume-surface hardening of the spring sheet, the upper the stamp 4 rises, at the same time the valve of the sheet feed hatch rises and the shutter of the sheet delivery hatch (not shown) is deflected.

Установка выполняет в полуавтоматическом цикле гибку и закалку под давлением 2,5-3,0 кгс/см², быстродвижущимся потоком воды в течение 10-20 секунд, рессорных листов с заданным радиусом кривизны, нагретых под закалку в нагревательных печах обогреваемых природным газом, либо индукционным способом. Закалку рессорного листа ведут по всей длине от середины к его концам с последующим охлаждением до комнатной температуры. При этом происходит интенсивное охлаждениие листа в течение 10-20 секунд от температуры 800-900°С до комнатной температуры.The installation performs bending and quenching in a semi-automatic cycle under pressure of 2.5-3.0 kgf / cm ² , a fast-moving stream of water for 10-20 seconds, spring sheets with a given radius of curvature, heated under quenching in heating furnaces heated with natural gas, or induction method. The spring sheet is quenched along the entire length from the middle to its ends, followed by cooling to room temperature. In this case, intense cooling of the sheet occurs for 10-20 seconds from a temperature of 800-900 ° C to room temperature.

Для обработки рессорных листов с другим радиусом необходима замена рабочих элементов штампа. Схема автоматического управления установкой позволяет производить гибку рессорного листа посредством опускания верхнего штампа, открытие подачи охлаждающей воды в штамповое пространство на поверхность обрабатываемого листа и охлаждения его до комнатной температуры, закрытие подачи воды через установленный интервал времени и подъема верхнего штампа в исходное положение.To process spring sheets with a different radius, it is necessary to replace the working elements of the stamp. The automatic control circuit of the installation allows bending of the spring sheet by lowering the upper die, opening the cooling water supply to the die space on the surface of the processed sheet and cooling it to room temperature, closing the water supply after a set time interval and lifting the upper stamp to its original position.

Согласно изобретению появилась возможность использовать технологию ОПЗ рессорных листов из сталей ПП, при которой в рессорном листе создается закаленный слой на глубину 10-20% от толщины листа с твердостью HRC 40-65, при этом сердцевина получает упрочнение с твердостью HRC 15-40.According to the invention, it became possible to use the SCR technology of spring sheets made of PP steel, in which a hardened layer is created in the spring sheet to a depth of 10-20% of the sheet thickness with a hardness of HRC 40-65, while the core receives hardening with a hardness of HRC 15-40.

Рессоры, изготовленные из стали ПП, имеют ресурс долговечности в 2-3 раза выше в сравнении с аналогичными рессорами, изготовленными из рессорно-пружинных сталей и упрочненных по известной технологии (закалка в масле).Springs made of PP steel have a durability of 2-3 times higher in comparison with similar springs made of spring-spring steels and hardened by known technology (oil quenching).

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.From the description and practical application of the present invention, other particular forms of its implementation will be apparent to those skilled in the art. This description and examples are considered as material illustrating the invention, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following claims, a combination of essential features and their equivalents.

Claims

1. The method of bending and volumetric-surface hardening of spring sheets from steels of low hardenability, including heating the workpiece, placing it in a hardening die, clamping the heated spring sheets in the die space with simultaneous radius flexibility, hardening of the sheets in the hardening medium and removing the finished sheet from the stamp characterized in that the bending and volume-surface hardening of the sheets are carried out under a pressure of 2.5-3.0 kgf / cm ² fast-moving flow of quenching fluid for 10-20 s and cooling the sheet to room temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hardening of the spring sheet is carried out along the entire length from the middle to its ends.

3. Installation for bending and volumetric-surface hardening of spring sheets from steels of low hardenability, containing a stamp with moving and fixed parts and a hardening fluid supply system, characterized in that each part of the stamp has knives with a given radius, a central channel and evenly placed on the working surfaces from the middle of the sheet are transverse slots made at an angle to the surface of the hardened spring sheet, which are connected, like the central channel, with the tanks of the quenching fluid supply system supplied through flexible hoses and a pneumohydraulic valve by a pump from a tank tank.