RU2794078C1

RU2794078C1 - Method for restoring a working engraving of a punching tool

Info

Publication number: RU2794078C1
Application number: RU2022112731A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Астащенко; Гульнара Фагимовна Мухаметзянова; Татьяна Владимировна Швеёва; Ильнар Ринатович Мухаметзянов; Василий Вячеславович Махонин
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-04-11

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention can be used in tool production in the restoration of punching and shaping tools operating under high temperatures and shock and power loads during hot metal deformation. The method for restoring the working engraving of hot deformation dies includes removing the worn engraving and the defective layer, two-layer electric arc surfacing and forming the working engraving of the die by mechanical processing, while after the first surfacing, tempering is carried out at a temperature of 620±10°C to obtain hardness in the range of 34-36 HRC, and after the second surfacing, tempering is carried out at a temperature of 520±10°C to obtain a hardness of 42–46 HRC.

EFFECT: improving the performance of the tool due to the formation of the working engraving of the punch with a gradient of structure and properties over the section in the deposited metal.

2 cl, 1 ex, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в инструментальном производстве при восстановлении штампового и формообразующего инструмента, работающего в условиях воздействия высоких температур и ударно-силовых нагрузок при горячем деформировании металла.The invention relates to the field of metallurgy and can be used in tool production in the restoration of stamping and shaping tools operating under high temperatures and shock-force loads during hot metal deformation.

Известен способ восстановления изношенной рабочей гравюры штампа [1] путем наплавки на изношенные участки износостойких материалов. Способ направлен на восстановление размеров изношенной поверхности гравюры штампов и продления ресурса работы инструмента.A known method of restoring a worn working stamp engraving [1] by surfacing on worn areas of wear-resistant materials. The method is aimed at restoring the dimensions of the worn surface of the die engraving and extending the life of the tool.

Недостатком способа [1] является сохранение дефектов и напряженного состояния в поверхностном слое штампового инструмента перед наплавкой, хрупкость наплавленного слоя и недостаточная прочность его сцепления с основным материалом, что снижает работоспособность штампов горячего деформирования металлов в условиях воздействия высоких температур и ударно-силовых нагрузок. Кроме того, данный способ восстановления затрудняет или делает невозможным последующую обработку резанием наплавленного слоя.The disadvantage of the method [1] is the preservation of defects and stress state in the surface layer of the die tool before surfacing, the brittleness of the deposited layer and the insufficient strength of its adhesion to the base material, which reduces the performance of hot deformation dies of metals under high temperatures and shock-force loads. In addition, this recovery method makes it difficult or impossible to subsequently cut the deposited layer.

Известен способ восстановления штампов [2], включающий удаление гравюры и дефектного слоя инструмента механическим путем с последующей наплавкой электродом (или проволокой) зоны выборки металла и далее выполняют механическую или физико-техническую обработку наплавленного слоя для формирования рабочей гравюры штампа.There is a known method for restoring stamps [2], which includes removing the engraving and the defective layer of the tool mechanically, followed by surfacing with an electrode (or wire) of the metal sampling zone, and then mechanical or physical-technical processing of the deposited layer is performed to form a working engraving of the stamp.

Недостатком способа [2] является низкая пластичность металла наплавленного слоя, что снижает сопротивляемость стали ударно-силовым нагрузкам при рабочих температурах эксплуатации штампов горячего деформирования.The disadvantage of this method [2] is the low ductility of the deposited layer metal, which reduces the resistance of the steel to shock-force loads at operating temperatures of hot forming dies.

Известен способ восстановления штампов [3], включающий подготовку и наплавку сплава на изношенную поверхность электродом (или проволокой), отжиг для снижения твердости, обработку резанием для формирования гравюры, закалку и отпуск для обеспечения твердости в пределах 40-50 HRC. Способ направлен на восстановление штампов с использованием для наплавки электродов, содержащих (мас. %): углерод 0,6-0,8%; хром 2,0-3,0; марганца 0,3-0,8%.There is a known method for restoring dies [3], including preparation and surfacing of an alloy on a worn surface with an electrode (or wire), annealing to reduce hardness, cutting to form an engraving, quenching and tempering to ensure hardness in the range of 40-50 HRC. The method is aimed at restoring stamps using for surfacing electrodes containing (wt.%): carbon 0.6-0.8%; chromium 2.0-3.0; manganese 0.3-0.8%.

Недостатком способа [3] является низкая пластичность металла в глубине гравюры, а также сохраняющиеся дефекты в виде микротрещин разгара и наличие зоны упруго-пластической деформации в напряженном состоянии в месте контакта наплавленного слоя с основным металлом, что снижает трещиностойкость, а соответственно и долговечность штампа в эксплуатации.The disadvantage of the method [3] is the low plasticity of the metal in the depth of the engraving, as well as the remaining defects in the form of microcracks of the fire and the presence of an elastic-plastic deformation zone in the stressed state at the point of contact of the deposited layer with the base metal, which reduces the crack resistance, and, accordingly, the durability of the stamp in operation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления штампов [4], включающий удаление изношенной гравюры и дефектного слоя штампа механическим или другим путем, электродуговую наплавку, а именно: сначала с использованием электрода (или проволоки) обеспечивающего высокую пластичность металла первого наплавленного слоя, а затем с использованием второго электрода (или проволоки), обеспечивающего высокую твердость, прочность и износостойкость металла второго (верхнего) наплавленного слоя с последующей обработкой наплавленного металла для формирования рабочей гравюры штампа.The closest in technical essence and the achieved result is the method of restoring stamps [4], including the removal of worn engravings and a defective stamp layer by mechanical or other means, electric arc surfacing, namely: first using an electrode (or wire) that provides high ductility of the metal of the first deposited layer , and then using a second electrode (or wire) that provides high hardness, strength and wear resistance of the metal of the second (upper) deposited layer, followed by processing of the deposited metal to form a working stamp engraving.

Недостатком способа [4] является сложность ведения процесса, предусматривающего применение для наплавки двух типов электродов из различных сталей и затруднении механической обработки верхнего наплавленного слоя из-за высокой твердости.The disadvantage of this method [4] is the complexity of the process, which involves the use of two types of electrodes from different steels for surfacing and the difficulty of machining the upper deposited layer due to high hardness.

Целью заявленного изобретения является восстановление электродуговой наплавкой рабочей гравюры штампов горячего деформирования с использованием одного типа электродов (проволоки) и создание градиентной по структуре и свойствам наплавленной зоны металла.The purpose of the claimed invention is the restoration by electric arc surfacing of the working engraving of hot deformation dies using one type of electrodes (wire) and the creation of a metal deposited zone with a gradient in structure and properties.

Цель достигается тем, что восстановление штампов горячего деформирования включает удаление из штампа изношенной гравюры и дефектного слоя в ее районе, очистку зоны выборки металла и электродуговую двухслойную наплавку одним типом электродной проволоки с осуществлением отпуска штампа после первой наплавки при температуре 620±10°С, а после второй наплавки при температуре 520±10°С, а затем выполняют формирование новой рабочей гравюры штампа механической или другим видом обработки.The goal is achieved by the fact that the restoration of hot deformation dies includes the removal of a worn engraving and a defective layer from the stamp in its area, cleaning the metal sampling area and two-layer electric arc surfacing with one type of electrode wire with the die tempering after the first surfacing at a temperature of 620 ± 10 ° C, and after the second surfacing at a temperature of 520±10°C, and then a new working engraving of the die is formed by mechanical or other type of processing.

Данное техническое решение позволяет получить градиентную структуру и свойства металла по сечению наплавленной зоны и после формирование гравюры штампа придать низкую твердость (34-36 HRC) и повышенную пластичность в глубинных слоях гравюры, а также более высокую твердость (42-46 HRC) и износостойкость на ее поверхности (Фиг. 1). За счет сочетания свойств по конфигурации и сечению гравюры достигается высокая износостойкость наиболее нагруженных поверхностных слоев металла и придается высокая пластичность и трещиностойкость в глубине.This technical solution makes it possible to obtain a gradient structure and properties of the metal over the cross section of the deposited zone and, after forming the stamp engraving, to impart low hardness (34-36 HRC) and increased ductility in the deep layers of the engraving, as well as higher hardness (42-46 HRC) and wear resistance on its surface (Fig. 1). Due to the combination of properties in the configuration and section of the engraving, high wear resistance of the most loaded surface layers of the metal is achieved and high plasticity and crack resistance are imparted in depth.

Предлагаемый способ восстановление штампов горячего деформирования отличается от известного (прототипа) тем, что:The proposed method of restoring stamps of hot deformation differs from the known (prototype) in that:

1) после наплавки первого и второго слоя выполняется отпуск;1) after surfacing of the first and second layers, tempering is performed;

2) температура отпуска после первой наплавки выше, чем температура отпуска после второй наплавки;2) the tempering temperature after the first surfacing is higher than the tempering temperature after the second surfacing;

3) используется один тип (одна марка) электродной проволоки;3) one type (one brand) of electrode wire is used;

4) формируется градиентная по структуре и свойствам рабочая гравюра, обеспечивающая высокую стойкость штампа при эксплуатации;4) a working engraving with a gradient in structure and properties is formed, which ensures high durability of the stamp during operation;

Способ осуществляют следующим образом. Штампы горячего деформирования с изношенной и дефектной (наличие трещин) гравюрой, поступившие в ремонт, подвергают дефектации путем внешнего осмотра и контролю по геометрическим размерам. На рабочей поверхности гравюры штампа выявляют следы износа, очаги выкрашивания и трещины (Фиг. 2). Первостепенным условием является качественная очистка штампа и его элементов от производственных отходов и грязи. Затем с помощью воздушно-дуговой резки удаляют изношенную гравюру штампа и дефектный слой, а также трещины до их полного исчезновения. Зону выбранного металла подвергают дробеочистке для удаления наплывов, брызг и т.д. Перед наплавкой штамп нагревают до температуры 350-400°С и поддерживают ее на протяжении всего процесса наплавки. Наплавку порошковой проволокой проводят в защитной газовой атмосфере, состоящей из 80% аргона и 20% двуокиси углерода. Толщина наплавки первого слоя должна превышать номинальный размер на 3-5 мм. После наплавки первого слоя штамп подвергают отпуску при температуре 620±10°С с целью получения твердости в пределах 34-36 HRC. После термообработки с первого наплавленного слоя удаляют дефекты путем выборки металла на глубину до 3-5 мм, затем проводят очистку и наплавляют порошковой проволокой второй слой. По толщине второй слой должен выходить за пределы линии разъема штампа на 5-7 мм.The method is carried out as follows. Hot deformation stamps with worn and defective (presence of cracks) engraving, received for repair, are subjected to flaw detection by external inspection and control by geometric dimensions. On the working surface of the engraving of the stamp, traces of wear, pockets of chipping and cracks are revealed (Fig. 2). The primary condition is the high-quality cleaning of the stamp and its elements from industrial waste and dirt. Then, using air-arc cutting, the worn engraving of the stamp and the defective layer, as well as cracks are removed until they completely disappear. The zone of the selected metal is subjected to shot cleaning to remove sagging, spatter, etc. Before surfacing, the die is heated to a temperature of 350-400°C and maintained throughout the entire surfacing process. Welding with flux-cored wire is carried out in a protective gas atmosphere consisting of 80% argon and 20% carbon dioxide. The thickness of the surfacing of the first layer should exceed the nominal size by 3-5 mm. After surfacing the first layer, the stamp is subjected to tempering at a temperature of 620±10°C in order to obtain a hardness in the range of 34-36 HRC. After heat treatment, defects are removed from the first deposited layer by sampling the metal to a depth of up to 3-5 mm, then cleaning is carried out and the second layer is deposited with a flux-cored wire. The thickness of the second layer should extend beyond the parting line of the stamp by 5-7 mm.

После двухслойной наплавки штамп подвергают отпуску при температуре 520±10°С с целью получения твердости в пределах 42-46 HRC. После термообработки с поверхности наплавленного слоя срезают металл с дефектами на глубину 5-7 мм (до линии разъема штампа). Далее в двухслойном наплавленном металле формируют рабочую гравюру штампа и проводят контроль качества согласно нормативно-технической и конструкторской документации.After two-layer surfacing, the stamp is subjected to tempering at a temperature of 520±10°C in order to obtain a hardness in the range of 42-46 HRC. After heat treatment, metal with defects is cut off from the surface of the deposited layer to a depth of 5-7 mm (up to the parting line of the stamp). Next, a working engraving of the stamp is formed in the two-layer deposited metal and quality control is carried out in accordance with the normative-technical and design documentation.

Пример осуществления заявленного способа. Восстановлению подвергают вставку штампа горячего деформирования на балку передней оси автомобиля «КАМАЗ» (Фиг. 3). После очистки штампа и контроля рабочей гравюры на предмет износа и наличия трещин определяют величину снимаемого слоя под наплавку, которая в конкретном случае составляет 95 мм, что превышает максимальное углубление гравюры на 10 мм. Снятие металла выполняли воздушно-дуговой резкой на установке «AAG». После резки вставку очищали от шлака и грязи и подготавливали к наплавке. Вставку штампа из стали 5Х2МНФ нагревали в шахтной печи СШО 12.15/9 до температуры 390±10°С. Контроль температуры вели с помощью пирометра ПК «Термоскоп 100». Наплавку порошковой проволокой ПП - Нп - Интерпро ФВ4-Н-Г проводили на установке «Forgeweld» (Чехия) в среде защитных газов - 80% аргона и 20% двуокиси углерода. Режим наплавки: напряжение 30-34 В; ток 340-470А. После наплавки первого слоя толщиной 70-75 мм вставку штампа подвергали отпуску при температуре 620°С, затем удаляли с поверхности дефектный слой и оставляли толщину наплавки 60 мм.An example of the implementation of the claimed method. Restoration is subjected to the insertion of a hot deformation stamp on the beam of the front axle of the KAMAZ vehicle (Fig. 3). After cleaning the stamp and checking the working engraving for wear and cracks, the value of the layer to be removed for surfacing is determined, which in a particular case is 95 mm, which exceeds the maximum engraving depth by 10 mm. Metal removal was performed by air-arc cutting on an AAG installation. After cutting, the insert was cleaned of slag and dirt and prepared for surfacing. A die insert made of 5Kh2MNF steel was heated in a SSHO 12.15/9 shaft furnace to a temperature of 390 ± 10°C. The temperature was controlled using a PK Thermoscope 100 pyrometer. Surfacing with flux-cored wire PP - Np - Interpro FV4-N-G was carried out on the "Forgeweld" installation (Czech Republic) in a shielding gas environment - 80% argon and 20% carbon dioxide. Surfacing mode: voltage 30-34 V; current 340-470A. After surfacing of the first layer 70–75 mm thick, the die insert was subjected to tempering at a temperature of 620°C, then the defective layer was removed from the surface and the surfacing thickness of 60 mm was left.

После очередной очистки вставку вновь нагревали до 390±10°С в шахтной печи и наплавляли второй слой толщиной 40-45 мм, что превышало на 5-7 мм линию разъема штампа. Наплавленную вставку штампа подвергали отпуску в шахтной печи при температуре 520±10°С, а затем удаляли наплавленный металл до линии разъема штампа и выполняли механическую обработку на металлорежущих станках с ЧПУ для формирования рабочей гравюры (Фиг. 4).After the next cleaning, the insert was again heated to 390 ± 10°C in a shaft furnace and a second layer 40–45 mm thick was deposited, which exceeded the parting line of the stamp by 5–7 mm. The deposited die insert was tempered in a shaft furnace at a temperature of 520 ± 10°C, and then the deposited metal was removed to the parting line of the stamp and machined on CNC metal-cutting machines to form a working engraving (Fig. 4).

После восстановления вставки штампа горячего деформирования на балку передней оси автомобиля «КАМАЗ» наплавленный металл первого (глубинного) слоя имел твердость 34-36 HRC и структуру - троостит отпуска, а второй (наружный) слой - твердость 42-46 HRC и структуру - мартенсит отпуска и троостомартенсит. За счет более высокой пластичности первого слоя достигнута высокая трещиностойкость штампа. В результате высокой твердости на поверхности достигнуты хорошие показатели по износостойкости восстановленной вставки.After the restoration of the hot-forming die insert on the front axle beam of the KAMAZ vehicle, the deposited metal of the first (deep) layer had a hardness of 34-36 HRC and a tempered troostite structure, and the second (outer) layer had a hardness of 42-46 HRC and a tempered martensite structure. and troostomartensite. Due to the higher plasticity of the first layer, a high crack resistance of the stamp was achieved. As a result of the high hardness on the surface, good wear resistance of the restored insert is achieved.

Таким образом, сформированная рабочая гравюра штампа с наличием градиента по структуре и свойствам в наплавленном металле по сечению обеспечила высокую трещиностойкость и износостойкость изделия в эксплуатации.Thus, the formed working engraving of the stamp with the presence of a gradient in structure and properties in the deposited metal over the section provided high crack resistance and wear resistance of the product in operation.

Использованные источникиUsed sources

1. Соколов, Г.Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей: монография / Г.Н. Соколов, В.И. Лысак; ВолгГТУ. - Волгоград: РПК "Политехник", 2005. - 284 с. 1. Sokolov, G.N. Surfacing of wear-resistant alloys on press dies and tools for hot deformation of steels: monograph / G.N. Sokolov, V.I. Lysak; VolgGTU. - Volgograd: RPK "Polytechnic", 2005. - 284 p.

2. Патон Б.Е. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. - М.: Машиностроение, 1974. - 768 с. 2. Paton B.E. Technology of electric welding of metals and alloys by melting. - M.: Mashinostroenie, 1974. - 768 p.

3. Справочник термиста ремонтной службы / М.А. Тылкин. - М.: Металлургия, 1981. - 648 с., с. 582-596.3. Handbook of thermist of the repair service / M.A. Tylkin. - M.: Metallurgy, 1981. - 648 p., p. 582-596.

4. Молодык Н.В., Зенкин. А.С. Восстановление деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1989. -480 с, с. 125.4. Molodyk N.V., Zenkin. A.S. Restoration of machine parts. Directory. - M.: Mashinostroenie, 1989. -480 p., p. 125.

Claims

1. A method for restoring the working engraving of hot deformation dies, including removing the worn engraving and the defective layer, two-layer electric arc surfacing and forming the working engraving of the die by machining, characterized in that after the first surfacing, tempering is carried out at a temperature of 620 ± 10 ° C to obtain hardness within 34-36 HRC, and after the second surfacing, tempering is carried out at a temperature of 520 ± 10 ° С to obtain a hardness of 42–46 HRC to create a gradient structure and properties over the section of the deposited metal of the stamp engraving.

2. The method according to p. 1, characterized in that arc welding is carried out with a flux-cored wire of the same chemical composition.