А - образец-пуансон с жесткой связью; б - термический цикл нагружения

Образец-пуансон 1 жестко крепится в ползуне пресса 2. Рабочая поверхность образца-пуансона контактирует с ударной пятой 3 (жесткость ), нагретой до заданной температуры t. Изменение силового режима термомеханического нагружения (удельная сила q) определяется варьированием жесткости эластичного элемента 4.

Термический цикл нагружения образца-пуансона (рис. 4.6, б) обеспечивается периодическим нагревом тонкого приконтактного слоя образца-пуансона с заданной амплитудой изменения температуры от t_min до t_max, чтомоделирует эксплуатационные условия работы материала инструмента. В начальный момент времени контакта точка А рабочейповерхности имеет температуру t_min. Затем при совместном перемещении образца-пуансона и ударной пяты на величину происходит нагрев тонкого слоя до температуры t_maxс одновременным нагружением егозаданной удельной силой q, что приводит к возникновению сжимающих напряжений и упругой деформации образца-пуансона.

Этот процесс происходит в течение короткого промежутка времени контакта образца-пуансона и ударной пяты τ_в . При обратном ходе происходит разгрузка образца-пуансона и его охлаждение, в результате чего температура поверхности становится выше начальной, но ниже максимальной (температура ударной пяты). В течение периода контакта в тонком слое образца-пуансона возникают наиболее высокие значения и перепады температуры.

Лекция № 5.

Тема: МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТОЙКОСТИ ПУАНСОНОВ ПОЛУГОРЯЧЕГО ВЫДАВЛИВАНИЯ

Математическая модель стойкости пуансонов (уравнение регрессии) используется для прогнозирования работоспособности натурных рабочих пуансонов, когда невозможно или экономически невыгодно проводить исследования их стойкости в производственных условиях с целью установления характера её связи с факторами технологического процесса.

Для изготовления пуансонов полугорячего обратного выдавливания различными авторами рекомендовано большое количество марок сталей и режимов их термической обработки. В условиях крупносерийного и массового производства для обеспечения необходимой стойкости рекомендуется изготовлять инструмент из теплостойких сталей повышенной твердости (быстрорежущие стали): Р12 (азотирование), Р18, Р6М5 и сталей повышенной теплостойкости (повышенной вязкости): ЗХЗМЗФ, 4Х4МВФС, 5ХЗВЗМФС, ЗХ2В8Ф, 4Х5МФС и др. Пуансоны для полугорячего выдавливания должны иметь высокую твердость: HRC 56 - 58, а температура отпуска материала: 520 - 530 °С (HRC 60 - 62).

Для установления влияния основных технологических факторов полугорячего обратного выдавливания на стойкость определенной марки стали, из которой изготовлены пуансоны, предлагается метод моделирования процесса, который по своим кинематическим, силовым и тепловым условиям практически идентичен реальному процессу.

Этот метод учитывает изменение состояния материала инструмента и температуры поверхности контакта во времени, скорости нагружения, температуры исходной заготовки, конструктивные и технологические факторы изготовления инструмента и на стадии проектирования по экспериментальным данным испытания образца-пуансона позволяет определить искомую стойкость.

В качестве модели пуансона используется образец-пуансон (см. рис. 4.5), подвергаемый испытанию на термомеханическую усталость с целью выявления момента начала образования разгарных трещин по методике, изложенной в рассматриваемой работе, на созданной опытно-промышленной установке.

Для проведения испытаний по выше приведенной методике были изготовлены образцы-пуансоны из инструментальных сталей Р6М5, ЗХЗМЗФ и 4Х5МФС по технологии штатного инструмента (оптимальная форма рабочей части, режимы закалки и отпуска, чистота и точность поверхности, балл карбидной неоднородности - не выше 3 - 4).

Например, закалка стали Р6М5 производится от температур 1160 1180 С, с трехкратным отпуском при температуре 520 - 530 °С для получения максимальной твердости HRC 60 - 62 при удовлетворительной ударной вязкости.

Испытания проводятся с целью определения стойкости модели пуансона по критерию разгаростойкости и, как результат, выявить момент образования первой трещины с последующим предварительным прогнозированием минимальной стойкости уже реальной конструкции пуансона для полугорячего обратного выдавливания.