Статья посвящена проблеме повышения износостойкости режущих элементов штампа. Изложено влияние лазерного упрочнения на характеристики штампов.

Ключевые слова : штампы, лазерное упрочнение.

Современная листовая штамповка представляет собой сложный комплекс различных технологических этапов, включающих раскрой материалов, выбор последовательности разделительных и формоизменяющих операций, проектирование штампов и т. д. Довольно большое внимание уделяется новым технологиям упрочнения поверхностей. Статистические данные показывают, что выход из строя инструментальной оснастки в результате поломки составляет примерно 30 %, износа — 18 %, неудачного подбора стали для штампов — 11 %, от несоблюдения режима термообработки — 6 % [1]

В процессе штамповки исходная форма заготовки изменяется под воздействием на нее инструмента — штампа. Поскольку пуансон и матрица являются ответственными за точность детали, то они должны быть долговечными и не изменять своих размеров в процессе штамповки [3]. Поэтому задача повышения долговечности режущих частей штампа при холодной листовой штамповки актуальна.

Лазерная термическая обработка является эффективным методом повышения износостойкости режущих элементов штампа, поскольку обеспечивает создание на рабочей поверхности структуры, обладающей высоким комплексом свойств, включая микротвердость, прочность, остаточная напряженность и параметры шероховатости. [2]

В данной работе в качестве примера инструментальной стали рассмотрена сталь Х12М как наиболее часто применяемая. При этом лазерное упрочнение рассматривается в условиях исключения видимой оплавляемости поверхностей, при которых следы микрооплавления по высоте не превышают величины исходной шероховатости.

Зависимость микротвердости поверхности стали Х12М от плотности энергии лазерного упрочнения приведена на рис. 1.

Рис. 1. Микротвердость поверхности стали Х12М в зависимости от плотности энергии лазерного упрочнения

Выявлено, что для лазерного упрочнения с не перекрытыми зонами лазерного пятна микротвердость поверхностей возрастает. Установлено, что при обработке штамповых сталей с увеличением плотности энергии в перекрытых зонах микротвердость уменьшается. Поэтому при лазерном упрочнении режущих кромок инструментальных штампов для обеспечения высокой микротвердости целесообразна обработка с не перекрытыми зонами.

При анализе исследований микрогеометрии упрочненных лазерным излучением поверхностей стали Х12М установлено, что при обработке, исключающей видимое оплавление, значения высотных параметров R _a и R _max уменьшаются (рис. 2).

Рис. 2. Влияние плотности энергии на шероховатость стали Х12М

При этом большое значение имеет плотность подводимой энергии. Увеличение плотности энергии с 1,3 до 2,0 Дж/мм ² приводит к уменьшению параметров R _a и R _max . При приложении энергии менее 1,3 Дж/мм ² заметного изменения исходных параметров шероховатости не наблюдается. Воздействие плотности энергии более 2 Дж/мм ² может приводить к оплавлению поверхности стали Х12М.

Связанные с этим выплески металла способствуют увеличению высотных показателей шероховатости в тем большей степени, чем большая энергия прикладывается при воздействии лазерного луча. Дальнейшее увеличение энергии приводит к полному оплавлению поверхностей, при этом резко возрастают высотные параметры шероховатости и шаг микронеровностей.

Выводы:

1. Лазерное упрочнение режущих кромок штампов из инструментальных сталей является эффективным методом их упрочнения, поскольку изменяя параметры процесса упрочнения можно обеспечивать высокий комплекс характеристик поверхностного слоя.
2. Применительно к стали Х12М для повышения микротвердости и уменьшения шероховатости поверхностных слоев режущих кромок целесообразно проводить лазерное упрочнение при плотности энергии в диапазоне 1,5–1,8 Дж/мм ² .

Литература:

1. Аверкиев Ю. А. Технология холодной штамповки / А. Ю. Аверкиев. — М.: Машиностроение, 1989.
2. Поляк М. С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения: в 2 т. Т. 1 / М. С. Поляк. — М.: Машиностроение, 1995. — 832 с.
3. Упрочнение пуансонов и матриц для холодной штамповки. Гульцев Е. С., Заикин А. Н. Современные тенденции молодежной науки: сборник научных трудов национальной конференции 06–08 февраля 2020 г./ Под общ. ред. Е. Г. Цубловой. Брянск, Брянский гос. инженерно-технологический ун-т. 2020.С. 149–151.