Формообразующий инструмент

к металлурвано при горячей литья меугого инусловиях: ера- браументе, а с раз- ического ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Днепропетровский металлургический институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 258531) кл. В 31 В 7/02, 1970.(57) Изобретение оТносится к металлургии и может быть использовано приизготовлении штампов для горячейштамповки, пресс-форм дпя литья металлов под давлением и другого инструмента, работающего в условиях термоциклирования. Цель изобретения -Изобретение относитсягии и может быть использоизготовлении штампов дляштамповки, пресс-форм дляталлов под давлением и дрструмента, работающего втермоциклирования.Целью изобретения является повышение качества инструмента эа счет увеличения термостойкости формообра эующего инструмента при работе в условиях термоциклирования.На фиг. 1 показана схема темп турного поля; на фиг. 2 - формоо зующий инструмент.В формообразующем инстрсостоящем из слоев материал личными коэффициентами терм 801516281 повышение качества формообразующегоинструмента за счет увеличения термической стойкости при работе в условиях термоциклирования. Формообразующий инструмент состоит из слоевматериала с различными коэффициентами термического расширения. Слоирасположены с последовательно увеличивающимися в направлении от рабочейповерхности коэффициентами термического расширения, обратно пропорциональными максимальной температуре,возникающей в слоях, и конфигурациейсоответствующей линиям изотерм в момент максимальной температуры. Такаяконструкция повьппает долговечностьинструмента эа счет снижения уровнятермических напряжений, 2 ил,расширения, слои расположены с последовательно увеличивающимся в направлении от рабочей поверхности коэффициентом термического расширения (КТР), обратно пропорциональным максимальной температуре, возникающей в слоях, и конфигурацией, соответствующей линиям изотермы в момент максимальной температуры.В результате контактирования с нагретым деформируемым материалом в формообразующем инструменте возникает неоднородное температурное поле (фиг. 1). Рабочая поверхность нагрета до наибольших температур (С, а в направлении от рабочей поверхности температура убывает до В соответствии с распределением тем 1516281ператур деформация в монослойном инструменте нарастает от его оси к поверхности. В связи с торможением термического расширения наиболее на 5 гретых внешних слоев менее нагретыми внутренними слоями в теле инстру" мента возникают термические напряжения, причем характер их распределения по сечению качественно повторяет распределение температур и деформаций. Термические напряжения на рабочей поверхности носят циклический характер, достигая максимальньм значений при контакте с деформируемым материалом и снижаясь до минимальньм значений в режиме охлаждения. Многократные циклические изменения величины напряжений в поверхностном слое способствуют пластической деформации гравюры инструмента или образованию трещин (так называемой сетки разгара).Применение в конструкции Формообразующего инструмента слоев матери алов с различными КТР позволяет устранить или резко снизить уровень термических напряжений. Материалы в слоях подбирают так, что их КТР уменьшается в направлении от рабочей поверхности и обратно пропорционаг ен температуре. Количественные значения КТР выбирают такими, чтобы абсолютная деформация д 1 в различных слоях, нагретых до разных температур, была примерно одинакова: где о - КТР слоя; - температура слоя. 40 45 В результате разнсрть между деформациями по сечению инструмента снижается, а амплитуда в циклах при нагреве и охлаждении уменьшается.Распределение температур и положение изотерм в значительной степени определяются конфигурацией инструмента и отличаются в различных его видах. По этой причине рациональным принципом выбора конфигурации слоев50 может быть только предлагаемое соответствие их конфигурации линиям изо.терм для каждого конкретного инструмента. При термоциклировании положение иэотерм по сечению инструмента изменяется. Для конструирования слоев используют положение изотерм при максимальной температуре на поверхности инструмента в момент достижения наибольших значений.Многослойность изделий достигают последовательным нанесением шликеров из порошков различных составов. Форма для заливки шпикера имеет поверхность, представляющую зеркальное отражение конфигурации Формообразующего инструмента. В результате теплообмейа происходит послойное намораживание шликера на стенки Форьы. Толщина намороженной корочки больше в местах с усиленным теплоотводом - в углах формы, тонких сечениях и др. Вследствие подчиненности одним и тем же законам теплопередачи характер изотерм в сечении отвердевшего объема термопластичного шликера и в сечении Формообразующего инструмента при контакте его с нагретым деформируемьаю телом качественно одинаков, т.е.внутренний профиль отвердевшего шпикера, изменяясь по мере увеличения затвердевшего слоя, в точности повторяет профиль изотерм в сечении формообразующего инструмента.Лля осуществления количественного соответствия толщины конструктивных слоев в инструменте и толщины одинаково нагретых слоев добиваются выравнивания этих параметров. С этой целью опытным путем устанавливают темп намораживания корки шпикера и после достижения намораживания тол" щины слоя, равной толщине соответствующего равнопрогретого слоя, остаток незатвердевшего шликера сливают из Формы. Эту операцию повторяют для каждого слоя.П р и м е р. Осуществляют предлагаемое решение применительно к вставке пресс-Формы для литья под давлением алюминиевых сплавов (Фиг,2). В соответствии с характером распределения температур в сечении А-А конкретной вставки количество слоев равно четырем, при этом толщина первого слоя с температурой 425 С составляет 5 мм, второго слоя с температурой 375 С 10 мм, третьего слоя с температурой 275 С 15 мм и половины толщины четвертого слоя с температурой 225 С. Если вставка выполнена из однородного материала - стали КТР 11 10- ь/ОС, то приведенное распределение температур вызывает образование5 1516281термических напряжений 6, определя- демьм по формуле6=ЕЕ,5 где Е = д 1/1 о 01 1 о( агде Е - относительная деформация;1- начальный размер;Е - модуль упругости для стали193000 МПа. Расчетные значения термических напряжений (без учета частичной их релаксации) составляют для слоев по мере убывания от рабочей поверхности соответственно 920, 812, 595 и 487 МПа. Уровень напряжений в рабочих слоях примерно соответствует пределу текучести стали, что создает условия для разрушения поверхностного слоя инструмента.Расчет КТР для различных слоев производят, исходя иэ условия равенства расчетных абсолютных деформаций для всех слоев: ф фф 1.фФРасчетные значения КТР слоев, исключающие образование термических напряжений во вставке пресс-формы, составляют: Ы,= 11 10-1/С; а(=9 101/ С а 3= 6 6 10 1/ С 5,8 10 1/С.Для получения материалов с заданными КТР используют порошковые композиции, пропитанные жаростойким твердым сплавом Яд-Сг-Яь-В, в которых КТР подчиняется закону аддитивности.Поверхностный рабочий слой прессформы выполняют иэ композиционного материала УС - сплав (Я-Сг-Яд-В), причем КТР материала 5,75 "101/С при объемном содержании карбида вольфрама 603 и сплава 403. Последующие слои выполняют иэ материала (смесь 673 УС + ЗЗХ СгтС ) - сплав 01-Сг-Зх-В (КТР 6,72 10 1/С), (смесь ЗЗХ МС + 673 СгэСт) - сплав Ит.-Сг-В (КТР 8,76 10-1/С) и СгпС - сплав Ид-Сг-Яь-В (КТР 11,7;10 ф 1/С).Изготовление слоистой пресс-форип осуществляют следующим образом.В пластмассовую промодель прессформы заливают термопластичный шликер порошка карбида вольфрама и выерживают для намораживания в сечении А-А отвердевшего слоя толщиноймм, после чего жидкий остаток сливают. Затем в промодель заливают шликер смеси 673 УС и 337 Сг С, намораживают слой 1 О мм и остаток сливают. Далее заливают шликер смеси порошков ЗЗХ ИС и 677 СгС и наморажива ют слой 15 мм. Остальной объем заполняют шликером карбида хрома. Многослойную шликерную заготовку извлекают из промодели и передают на пропит"ку сплавом Мд-Сг-Зт.-В, который после 15 прочистки образует слои композиционных материалов заданной конфигурации .и с заданными КТР.Технико-экономическая эффективность технического решения состоитв том, что повьппается долговечностьформообразующего инструмента, работающего в условиях термоциклирования. Снижаются расходы на изготовление инструмента и повьппаееся качество поверхности формируемых изделий,а также их размерная точность. Устранение или уменьшение короблентЮинструмента исключает или снижаетобъем доводочных работ по зачистке 30изделий от облоя, заливов и др. Слоистая конструкция формообразующего инструмента позволяет производить выборматериала рабочего слоя не только иэсоображений обеспечения заданного 35 КТР, но и с целью достижения другихважных свойств - твердости и износо"стойкости, коррозионной стойкости,теплопроводности и др. Возможностьпослойного конструирования инструмен та может быть использована также влитьевых пресс-формах для стальныхотливок. Развитие этого вида литьясдерживается большой стоимостью прессформ из молибденового сплава. В пред лагаемом решении возможно изготовление из молибденового сплава лишь тонкой рабочей поверхности, а остальнойчасти - из недефицитных материалов.150 Кроме того, применение предлагаемого инструмента снижает затратына изготовление нужного количествапресс-Форм в 2-2,5 раза за счет повышения их стойкости. 55 Формула изобретения Формообразующий инструмент для работы в условиях термоциклирования, вы1516281 тсо( с, с С, Я цг Составитель И. НиколаеваРедактор И. Дербак Техред Л,Олийнык Корректор М. Максимиане аказ 6331/14 Тираж 894 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О полненный иэ слоев материала с различными коэффициентами термического расширения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качестваинструмента за счет увеличения термической стойкости, слои расположены споследовательно увеличивающимися в направлении от рабочей поверхностикоэффициентами термического расширения, обратно пропорциональными максимальной температуре, до которой нагреваются слои, а конфигурацию каждогослоя выполняют соответствующей линиямизотерм при максимальной температуре.