Технология формирования биметаллического стержневого инструмента методом скоростного горячего выдавливания

Качанов И.В., Шарий В.Н., Власов В.В.

Белорусский национальный технический университет (БНТУ)

В БНТУ разработана опытная технология получения биметаллического стержневого инструмента, в основу которого положена операция образования неразъемного сварного соединения рабочей и основной частей инструмента путем совместной деформации методом скоростного горячего выдавливания (СГВ). Метод СГВ обеспечивает получение точных заготовок с повышенными механическими свойствами, предназначенных для изготовления биметаллического инструмента. При этом в качестве основы в составной заготовке использовали конструкционные стали, а для рабочей части – высоколегированные штамповые стали, с их значительной экономией (до 85–90%). Для проведения исследований в качестве материала рабочей части использовали штамповые стали 5ХНМ и ДИ23, материала основы – легированную конструкционную сталь 40Х.

Для получения биметаллических деталей типа «Толкатель» с плоской торцевой частью и «Выталкиватель» с шестигранной формообразующей рабочей частью было проведенно предварительное исследование с использованием модельных материалов, компьютерного моделирования с использованием метода обратного моделирования в пакете 3D-Deform, что позволило установить форму составных бесступенчатых заготовок, представленных на рисунке 1 (а и б).

а) б)

а) биметаллическая заготовка толкателя с плоской торцевой частью, б) биметаллическая заготовка выталкивателя с шестигранной формообразующей рабочей частью

1 – основная часть (40Х), 2 – рабочая часть (ДИ23, 5ХНМ)

Рисунок 1– бесступенчатые состаные заготовки для изготовления формообразующих деталей

Формообразование деталей проводилась в полуматрицах с формовочной конической полость, где угол конусности 2α = 60^о и с наибольшим коэффициентом вытяжки коэффициентах вытяжки λ (для толкателя λ = 3, для выталкивателя
λ = 4,37). Для экспериментов использовались скорости деформирования
50 – 80 м/с, начальная энергия удара E_д = 36,08 кДж и температура нагрева заготовок 1050 – 1100^оС. Внешний вид биметаллических деталей представлен на рисунке 2.

а) б)

а) биметаллический толкатель с плоской торцевой частью, б) биметаллический выталкиватель с шестигранной формообразующей рабочей частью

1 – основная часть (40Х), 2 – рабочая часть (ДИ23 5ХНМ), 3 сварное соединение (шов) между основной и рабочими частями биметаллического выталкивателя

Рисунок 2 – Внешний вид экспериментальных биметаллических образцов в разрезе, полученный методом СГВ

Использование данной схемы изготовления инструмента позволяет достичь значительной экономии дорогостоящих штамповых сталей (до 90%), а также улучшить качество изделий за счет лучшей проработки структуры. При этом повышаются эксплуатационные характеристики инструмента (износостойкость – 2-3 раза; технологическая прочность – в 1,75-2,5 раза; ударная вязкость – в 1,2-1,7 раза).