Микро-ковочное устройство

Холодная микро-ковка

Холодная микро-ковка помогает продлить срок службы штампа для горячей объемной штамповки

Износ и окончательный отказ кузнечных ковочных штампов присущ процессу металлообработки. Accurapuls Canada Inc. предлагает микро-кузнечный (или машинный молот-формовочно-ковочный) процесс, который охлаждает всю поверхность штампа, чтобы повысить твердость, закончить и / или поддерживать целостность поверхности матрицы.

Кузнечные ковочные  штампы подвержены нескольким механизмам отказа, а замена или ремонт могут быть дорогостоящими и трудоемкими. По этой причине важно сделать все возможное, чтобы максимально увеличить срок службы.

Кузнечные ковочные  штампы  испытывают два типа усталости. Первый — в холодной ковке, где повторный контакт с заготовкой приводит к механической усталости. Второй — в горячей ковке, где кузнечная ковочная поковка штамповка испытывает тепловую усталость в дополнение к механической усталости. Эти термические напряжения приводят к образованию разгарных трещин на поверхности штампа.

Другой распространенной причиной отказа является износ. Это особенно справедливо в случае кузнечных работ с открытым штампом. В процессе ковки с открытым штампом нагретая заготовка помещается в нижнюю  половину соответствующего набора штампов. По мере того, как верхняя  половина штампа устанавливается на нагретую заготовку, заготовка деформируется в форму матрицы, так как материал  переходит через поверхность матрицы. Двумя основными факторами, влияющими на характеристики износа поверхностей кузнечно-ковочной штамповой обработки, являются твердость поверхности и шероховатость.

В этой статье мы обсудим эти сбои более подробно и как микро-холодная ковка может обеспечить эффективное и экономичное решение этих проблем.

Микро — холодная ковка

Микро-холодная ковка (MCF), также известная как машинное молотковое формование, представляет собой автоматизированный процесс обработки поверхности с использованием электромагнитно-регулируемого ковочного молотка, закрепленного на станке с ЧПУ, роботом или специальной машиной. Чаще всего используется обрабатывающий центр  с ЧПУ, который выполняет окончательные фрезеровочные работы, поэтому другая машина или установка не нужны. На рисунке 1 показан молот MCF, прикрепленный к роботу.

Рисунок 1. Кузнечное устройство для холодной ковки, установленное на роботе Kuka
Рисунок 1. Кузнечное устройство для холодной ковки, установленное на роботе Kuka

Станок манипулирует молотком по поверхности штампа заготовки таким же образом, как и резак, и обеспечивает быстрое возвратно-поступательное ударное усилие. Как частота удара (до 500 ударов в секунду), так и сила удара (до 400 фунтов за удар) являются переменными для оптимизации результатов. На рисунке 2 показан молот, работающий на кузнечном штампе.

Один из наших клиентов использует этот процесс для завершения и поддержания своих штампов. В прошлом, когда на поверхности их штампов появлялись трещины или износ, им пришлось бы отказаться от матрицы, удалив до 30 мм материала. Однако теперь они внедрили новый подход.

Рисунок 2. Работа ковочного устройства на кузнечном штампе
Рисунок 2. Работа ковочного устройства на кузнечном штампе

Недавно изготовленные штампы подвергаются воздействию перед их использованием в производстве. Периодически, когда штамп испытывает износ в зонах с высоким напряжением, его вручную полируют для удаления поврежденного материала. Используя этот метод, наш клиент эффективно устраняет образование трещин в своих штамповочных штампах с использованием MCF. Они сообщили, что их ковочные штампы «живут» на 95% дольше между интервалами ремонта.

В другом случае заказчик увеличил срок службы своих матриц в целых 10 раз.

Улучшение твердости

Износ — сложная тема, особенно сложная для количественной оценки и анализа по тому факту, что существует несколько механизмов и видов износа. Наиболее распространенным механизмом износа ковки является истирание. Износ абразивного материала определяется соотношением твердости между абразивным материалом (в данном случае, заготовкой) и изношенным материалом (в данном случае — штампом). Если штамп тверже, чем заготовка, скорость износа матрицы значительно снижается. [2]

Показано, что наш процесс увеличивает твердость поверхности до глубины до 1,4 мм. [3]Увеличение твердости обратно коррелирует с твердостью исходной детали. Другими словами, кузнечный штамп, изготовленный из очень твердой инструментальной стали, не будет испытывать такого же увеличения твердости, как и кубик из низкоуглеродистой стали.

Даже в твердых сталях наш процесс может обеспечить заметную твердость. Например, в закаленной стали AISI 1045 мы наблюдали, что твердость по Виккерсу возрастает до 9,9%, от 527 до 579 HV (51-54,1 HRC). [4] Инструментальная сталь AISI H13, типичная сталь, используемая в горячих штамповочных штампах, отталкивается от ее первоначальной твердости по Виккерсу 177 HV до твердости в диапазоне от 370 HV до 560 HV (37,7-53 HRC) в зависимости от применения.

Поскольку MCF является процессом холодной обработки, увеличение твердости зависит от предела текучести. Стали H13 и 1045, закаленные до высокой твердости, имеют одинаковую текучесть и будут реагировать аналогично процессу обработки поверхности. Основываясь на этой информации, MCF является жизнеспособным вариантом для повышения твердости и износостойкости ваших ковочных штампов для горячей штамповки.

Повышение устойчивости к усталости

Потери от усталости в конечном итоге сводятся к пределу материальной выносливости. Когда материал штампа неоднократно подвергается стрессу, выходящему за пределы его предела выносливости во время операций кузнечно-прессовой обработки, материал в конечном итоге теряет свои начальные свойства. Это часто происходит в форме поверхностного растрескивания,  и это происходит до тех пор, пока она не будет отремонтирована.

В горячей ковке штампы  испытывают не только механическую усталость, связанную с неоднократным ударом заготовки, они также подвергаются термической усталости. Когда поверхность матрицы многократно нагревается и охлаждается, циклы расширения и сокращения приводят к внутренним напряжениям в материале, что приводит к образованию разгарных трещин.

Инженеры часто оценивают предел износа стальных сплавов как половину предела прочности на разрыв материала. Штамповое упрочнение является известным способом увеличения предела прочности при растяжении материала. Процесс MCF эффективно деформирует всю рабочую поверхность. По этой причине это отличный способ увеличить срок службы штампов.

Оптимальная шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности ковочных штампов — сложный вопрос. Если поверхность штампа слишком грубая, кристалл будет испытывать больший абразивный износ, что приведет к более быстрому отказу и плохой поверхности кованой части. Чрезмерно гладкая поверхность матрицы уменьшает удержание смазки между матрицей и заготовкой. Оптимальный диапазон для арифметической средней шероховатости (Ra) для ковки-штампа составляет от 1,5 до 0,51 мкм. [5]

MCF может легко производить шероховатость поверхности (Ra) между 0,3 мкм и 1,54 мкм путем изменения параметров процесса, таких как ударное усилие и диаметр шатуна. [2] На рис. 3 показан переход в гладкость поверхности измельченной части после формования.

Рисунок 3. Измельченный образец образца (обратите внимание на переход между фрезерованной поверхностью и готовой поверхностью)
Рисунок 3. Измельченный образец образца (обратите внимание на переход между фрезерованной поверхностью и готовой поверхностью)

В другом случае один из наших клиентов даже сообщил о достижении алмазного покрытия класса А (Ra ≤ 0,076 мкм) с использованием нашего процесса.

Эти усовершенствования, в сочетании с последовательностью и повторяемостью автоматизированного процесса, делают MCF очень жизнеспособным вариантом для процесса ковки-штамповки.

Преимущества автоматизации

Характеристики поверхности шероховатости в штамповочных штампах обычно выполняются путем ручной полировки матрицы. Этот метод имеет ряд недостатков. Первый — это поле для человеческой ошибки. Даже самые квалифицированные специалисты по полировке могут ошибаться и полировать штамп слишком сильно, что приводит к тому, что конечная геометрия матрицы не соответствует спецификации. Таким образом, процесс ручной полировки является непоследовательным.

Ручная полировка кузнечной штампа требует очень специфического набора навыков, и способный персонал может быть трудно найти. Аэрозольные керамические частицы из полировального оборудования также представляют опасность для здоровья персонала. Ручная полировка также является очень трудоемким процессом.

Одним из способов удовлетворения потребностей в тонко очищенной поверхности является то, что поверхность  должна быть максимально гладкой, прежде чем полировка состоится. Однако этот метод также имеет присущие ему ограничения. Во-первых, такие операции резки требуют большого количества времени обработки, используя самые лучшие и дорогие станки с высокими скоростями, подачей, точностью, жесткостью и пропускной способностью. Во-вторых, для этого требуются специальные расходные режущие инструменты, которые на самом деле «разрезают» сталь, а не просто скольжение, очистку или перетаскивание по поверхности, что может привести к поверхностным дефектам. В-третьих, операции резания просто не могут обеспечить идеальную гладкость. Поэтому, несмотря на лучшие методы окончательной обработки, вторичная полировка остается необходимым процессом для получения требуемой шероховатости поверхности.

Автоматизация этого процесса полировки через MCF является отличной альтернативой ручной полировке или улучшенному шлифованию поверхности для достижения требуемых характеристик гладкости поверхности. Потенциальные выгоды и сбережения, связанные с внедрением этого процесса в отделку и ремонт ковочных штампов, только начали обнаруживаться.

 

Яндекс.Метрика Metalweb.ru