Способ закалки матрицы разделительного штампа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАКАЛКИ МАТРИЦЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ШТАМПА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Вершина Алексей Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Способ закалки матрицы разделительного штампа преимущественно из инструментально-углеродистой стали, заключающийся в том, что местно на переходные участки режущей кромки матрицы наносят графито-глицериновую пасту, содержащую 70 графита и 30 глицерина, нагревают матрицу до 300-350 , затем посредством индуктора, погруженного в закалочную жидкость, нагревают режущую кромку матрицы до закалочной температуры и охлаждают. Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, при контурной закалке рабочих кромок матриц разделительных штампов. 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. 15422 1 2012.02.28 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 так называемым кольцевым эффектом - стремлением вихревых токов образовывать замкнутые контуры с минимальным периметром (электросопротивлением). 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. 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 12. 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. Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности закалки и упрощение способа за счет усовершенствования электромагнитной системы нагрева. Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе закалки матрицы разделительного штампа преимущественно из инструментально-углеродистой стали,заключающемся в том, что местно на переходные участки режущей кромки матрицы наносят графито-глицериновую пасту, содержащую 70 графита и 30 глицерина, нагревают матрицу до 300-350 С, затем посредством индуктора, погруженного в закалочную жидкость, нагревают режущую кромку матрицы до закалочной температуры и охлаждают. Использование графито-глицериновой 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 нерастворимой в воде. Таким образом, при реализации способа на переходном участке режущего контура матрицы формируется дополнительный участок токопроводящего графита, сопротивление которо 2 15422 1 2012.02.28 го 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. Сущность предложенного способа поясняется фигурами. 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 графито-глицериновой пасты 5. На фиг. 2 а показана лицевая поверхность матрицы 3 со следом закалки, образованном при нагреве по способу 1, а на фиг. 2 б - 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 А-Б (фиг. 2). Пример. Были термически обработаны матрицы из стали У 9 А разделительного штампа с рабочими окнами крестообразной формы. На пояски матрицы возле вершин прямых углов наносились слои графито-глицериновой 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 графито-глицериновой 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. В таблице приведены результаты измерения твердостиматриц в направлении АБ (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 У 8-У 10 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. Расстояние от вершины угла режущей кромки до точки измерения твердости , мм 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Твердостьпосле закалки при нагреве Прототип 15422 1 2012.02.28 Источники информации 1. Довнар С.А. и др. Контурная закалка матриц // Промышленность Белоруссии. 1974. -4. - С. 89. 2. А.с. СССР 461956,21 9/22. 3. А.с. СССР 505706,21 1/10 (прототип). 4. Таблицы физических величин. Справочник. - М. Атомиздат, 1976. - С. 305. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4