Повышение эксплуатационной стойкости вырубных штампов методом лазерного упрочнения Ахмед Абд-Эль-Монем Юсеф

Введение к работе

Актуальность работы. Решение задачи повышения эффективности и интенсификации производственных процессов, а также экономии использования металлов, в значительной степени зависит от уровня развития и 'совершенства технологии и оборудования для обработки металлов давлением, различные способы которой широко применяются в машиностроении и металлообработке при изготовлении до 80 % различных деталей. Гак как технико-экономические показатели штамповки и качество готовых изделия в значительной мере определяются надежностью и долговечностью штампової,оснастки, то проблема повышения эксплуатационной стойкости штампов, в том числе и штампов холодного деформирования металла, является актуальной научной и практической задачей.

Данная работа является частью совместных исследований, выполненных в Московском институте стали и сплавов и Научно-исследовательским центром технологических лазеров АН Российской федерации в соответствии с координационным планом Академии наук на 1986-1990 г.г. (направление 2.25., раздел 1.1. "Развитие научных основ обработки металлических материалов с использовагаем высокоинтенсивных физических, химических и механических факторов воздействия на твердое тело в непрерывном и импульсном режимах с применением низкотемпературной плазмы, электронного луча, луча лазера, элоктроэррозии, процесса анодного растворения металла при. сверхвысоких плотностях тока, ударного воздействия и высокого гидростатического воздействия").

Цель работа. Повышение эксплуатационной стойкости вырубных штампов холодного деформирования за счет разработки и внедрения технологии их лазерного упрочнения.

Научная новизна. Уточнены закономерности формирования поверх-ностногб слоя штампов холодного деформирования, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, после их лазерной закалки без оплавления поверхности. Используя методы математического планирования эксперимента, разработана статистическая модель, которая позволяет определить глубину закалки вырубных штампов из стали У8

*

в зависимости от скорости и мощности лазерной обработки. Предложена обощонная зависимость относительной глубины закалки от комплексного безразмерного показателя лазерного излучешя, основанная на использовании тешюфизических характеристик обрабатываемого материала и безразмерных параметров лазерной обработки. На основе_ экспериментальных исследований определены параметры шероховатости поверхности после лазерной закалки без оплавления, и установлена связь комплексного показателя шероховатости с эксплуатационными характеристиками вырубных штампов холодного деформирования. Разработана и реализована на персональном компьютере математическая модель теплового состояния пуансонов вырубных штампра, которая позволяет определить температурные условия их работы на любой стадии процесса штамповки.

Практическая ценность. Разработан комплексный технологичес-,кий процесс лазерного упрочнения Еырубных штампов холодного деформрования, изготовленных из углеродистых (У8, УІО) и легированных (9ХС. ХІ2М, 5XB2G и ЭИ161) инструментальных сталей. Даны

- 5 - . .

рекомендации гго применению энергопоглощанцих покрытий, используемых при лазерной закалке инструментальных сталей, и по расположению лазерной дорожки на рабочей поверхности вырубного штампа.

Реализация работы в промышленности. Разработанный технологический процесс лазерного упрочнения вырубных штампов принят к внедрению производственной фирмой "Арма" (г.Москва). Предложенные режимы лазерной закалки заложены в разработанную технологию производства штампов холодного деформирования и оснастки' на Магнитогорском калибровочном заводе.

Апробация работы.Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на семинаре "Новые материалы_г технология, автоматизация в холодноштамповочном производстве" в'г. Пензе, 1991 г.; на семинаре специалистов промышленности и научных сотрудников Зль-Таббинского металлургического института в г. Каире (АРЕ) в І99Г г.; на научных семинарах кафедры "Машины и агрегаты металлургического производства" Московского института стали и сплавов в 1991 и 1992 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 научных
работы. -

Объем работы. Диссертация изложена на 103 листах машинопис-'ного текста и состоит из введения, шести глаз, общих выводов, списка литературы, включающего 95 наименования, и приложения; содержит 45 рисунков и В таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАбОТЫ I. Состояние вопроса, цели и задачи исследования.

Значительная часть расходов, связанных с получением деталей методом штамповки, приходится на изготовление и ремонт шт,..илового инструмента. Поэтому повышение эксплуатационной стойкости штампов является радикальным средством снижения себестоимости выпускаемой продукции и увеличения производительности труда.

. Повышение работоспособности технологического инструмента для холодного деформирования, в том числе вырубных штампов, обеспечивается правильным выбором сталей и термической обработки, в качестве которой в настоящее время применяются объемная закалка, химико-термическая обработка, вакуумное ионно-плазменное нанесение износостойких покрытий, '.поверхностное упрочнение BUCOKOKOH-цеятрированными источниками энергии.

Из литературных данных известно, .го эксплуатационная стойкость ктампового инструмента, прошедшего объемную закалку с отпуском, не всегда удовлетворяет требованиям производства из-за сравнительно низкой твердости рабочих поверхностей штампов. Основным недостатком химико-термической обработки, применяемой для .упрочннения штампов (цементация, азотирование, борирование'и др.) является повышенная хрупкость упрочненного слоя, в результате чего штампы выходят,из строя, по причине выкрашивания рабочих Кромок. Широкое применение получил штамповий инструмент с покрытием на. основе нитрида .титана, но при этом достигается очень маленькая глубина упрочнения.

Лазерная обработка дэгалей мааин и инструмента является одной из эффективных упрочняющих технологий, котораь осуществляется как без сплавления, тек и с оплавлением поверхности, а также с дополнительным введением легирующих элементов (лазерное легировь.ате). Высокие скорости нагрева и охлаждения, характерные для лазерного воздействия и недостижимые при других видах обработки, прив.дят к изменению кинетики и морфологии фазовчх превращений в сталях. Поэтому исследование и разработка процесса лазерного' упрочнения штампов холодного деформирования является актуальной научной и практической задачей.

Несмотря на обилие публикация, посвященных лазерной обработке' металлов, нет достаточных сведений о закономерностях формирования физико-мвхаг-ческих и эксплуатационных свойств поверхности закаленных непрерывным лазерным излучением инструментальных сталей. Недостаточны и противоречиЕЫ сведения о влиянии лазерной закалки на шероховатость поверхности. Характеристики лазерноупрочнекиого слоя являются особенно важными для тех инструментов и деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются одновременно значительным динамическим нагрузкам, износу и, возможно, нагреву. .

В связи с вышеизложенным в диссертации поставлены следующие задачи:

Г. Уточнить закономерности формирования поверхностного сдоя штампов холодюго дефо'ршрования, изготовленных из j .'леродастих и «тегированных инструментальных сталей.

2. Разработать математическую модель, позволяющую определить глубину закалки вирубних'штампов в зависимости от .параметров лазерной обработки.

3. Исследовать влияние лазерной закалки на параметры шерохо-
атости поверхности и установить их связь с эксплуатационными

характеристиками вырубных штампов холодного деформирования.

4. Разработать математическую модель теплового состояния
пунсонов вырубных штампов и исследовать температурше условия их
эксплуатации.

1. Дать рекомендации по применению анергопоглощавдих покрытий используемых при лазерной закалка углеродистых и легированных инструментальных сталей.

2. Разработать и внедрить технологию лазерного упроч. ния вырубных штампов холодного деформирования.

*

2. Методика проведения экспериментальных работ.

Для исследования были выбраны следующие марки сталей, как наиболее 'часто применяемые для изготовления штампов и штамповой оснастки : У8, УІО, 4СШША.,'XI2M. 5ХВ2С. 9ХС, ЭИ161.

Лазерную обработку образцов и опытных пертий вырубных штампов проводили на лазерных технологических комплексах ТЛ-1,5, МТЛ-2, и ТЛ-5М. В качестве поглощающих покрытий использовали специальные химические соединения, разработанные ШИТАвтопром и НЩТЛ АН : ЩС-5І0, СГ-504, ФС-ІМ, СФ-505, "Луч-I", фосфат марганца; толщина поглощающий покрытий составляла 25...30 мкм. При лазерном легировании использовали порошок хрома, серийно выпускаемый промышленностью, а в качестве связуидего впервые использовали поглощающее покрытие "Луч-1".

- q -

Микроструктуру упрочненных лазером слоев изучали с помощью микроскопа "Неофот-21" при увеличении в 5О...2С0О раз. Микротвердость определяли при помощи микротвердомера ПМТ-3.

Распределение легирующих элементов по глубине слоя, а также равномер гасть распределения углерода определяли на электронном сканирующем,, микроскопе с приставками-спектрометрами "Саизоап". 'Определение кож іества' остаточного аустенита проводили с помощью рентгеноструктурного анализа на дифрактометре "Дрон-ЗМ".

Испытания на износостойкость в условиях сухого трения проводили методом истирания прорези на плоской поверхности образца, прижимаемого к далиндрической абразивной поверхности вращающегося диска ; относительную износостойкость поверхности упрочненного материала оценивали путем сравнения с износостойкостью эталонного материала.

Теплостойкость стали после лазерной обработки определяли измерением твердости после нагрева до температур испытаний и охлаждения. Нагрев образцов осуществляли в высокотемпературной установке УВД-2000 до температур 200, 300, 400, 500, 600 700 С.

Параметры шероховатости поверхности определяли с помощью профилографа-профилометра "КалиСр-253".

3. Влияние параметров лазерного излучения на глубину закаленного слоя.

При лазерной обработке инструментальных сталей различные слои металла нагреваются до разной температури, и поэтому зона лазерного воздействия имеет слоистое строение. Многочисленными

- 10 -экспериментами по исследованию микроструктуры и по измерению микротвердости в зоне лазерного воздействия установлено, что при ..азерной закалке углеродистых и легирова;пшх инструментальных сталей без оплавления поверхности можно выделить два различных по природе фазовых превращений слоя. Первый из них соответствует зоне лазерной закалки из твердой фазы, в котором имеет м "ла как полная так к неполная закалка ; нижняя граница первого слоя определяется нагревом металла до критической точки А_о1. Структура этой зоны вблизи поверхности содержит мартенсит и остаточный аустенит, полученный из области гомогенного аустенита, а по мере

*

удаления от поверхности появляются элементы исходной стру.-.урц металла, полученные из области негомогенного аустенита. Второй слой-*- ато , переходная зона, _ которая образуется при нагреве металла ниже критической точки А .,.

Глубина Z закаленного слоя, под которой понимают суммарную толщину первого и второго слоев зоны лазерного влияния, является важной эксплуатационной характеристики вырубных штампов. В отечественной и зарубежной .литературе имеется достаточно много экспериментальных данных, связывающих глубину закаленного слоя с отдельными или комбинированными .технологическими параметрами лазерной обработки. Однако результаты, полученные различными авторами, противоречивы, трудно сопоставимы друг с другом из-за отсутствия полной информации'об условиях проведения экспериментов и часто носят качественный характер.

В связи с недостаточной теоретической проработкой вопросов взаимодействия лазерного излучения с инструмеитальюши сталями разработка математической модели, позволящей определить глубину

закалки в зависимости от параметров лазерной обработки, осуществляли методом математического планирования эксперимента.

Основными параметрами, влияющими на глубину Z закалки лазер-юупрочнешшх сталей, являются мощность Р лазерного излучения, диаметр й лазерного пятна и скорость V перемещения лазерного луча по обрабатываемой поверхности. Диапазоны изменения указанных параметров выбирали на основе литературных данных и результатов предварительного эксперимента. проведенного на образцах- из углеродистой инструментальной стали У8 : Р = 1,3...2,7 кВт , V = = ю...40 мм/с , d = 3".б мм.

Анализ известных литературных данных показал, что зависимость глубины Z закалки от параметров лазерного излучения носит нелинейный ..арактер, и поэтому функцию отклика представляли в виде полинома третьей степени. Для определения коэффициентов уравнения 'регрессии использовали ортогональный композиционный план третьего порядка, содержащий 20 точек. После лазерной обработки рабочей поверхности вырубного штампа изготовляли микрошлифы и с помощью микроскопа определяла глубину Z зоны лазерного воздействия. Для повышения достоверности экспериментальных данных в каждой точке плана проводили три повторных опыта ; таким образом всего было испытано 60 вырубных штампов.

После проверки однородности дисперсж? (по критерию Кохрена), оцешси значимости коэффициентов уравнения регрессш: (по критершо Отьюдента) и адеісватйости модели (по критерию Фишера) получена следующая статистическая модель глубины Z зоны закалки вырубного штампа, изготовленного из углеродистой инструментальной стали У8

Z, = ( - 0,219 + 0,007-V - 0,000089>V²) +
+ (1- 0,046^ + O,000ui-V² )-P (I)

где Z в мм, V з мм/с, ? в кВт.

Для обобщения полученных результатов о целью возможности распространения полученной математической модели (I) на другие марки инструментальных сталей в работе впервнв предложено использовать безразмерные (обобщенные) параметры : 2* - относительную глубину закалки и ж - комплексный показатель лазерного излучения, которые определяются по следующим формулам

Z = Ь ! 2₀ и . ж = ? : VV (2)

^{: Л*}

В формулах (2) введены следукщие обозначения

/Т7ЇГГІГ * 2-к-Р „ v-d

/ тс-V ^а,А-^,тпл ⁴'^а

где а - коэффициент тешературопроводноети, мм²/с; d - диаметр лазерного пучка, мм; - скорость перемещения лазерного луча по обрабатываемой поверхности, мм/с; Р -.-мощность лазерного излучения, Вт ; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(мМ'С) ; Т^ -температура плавления,С ; К - коэффициент поглощения.

Используя формулы (2)-(3) л подставляя в них соответствующие тйплофизические характеристики стали У8, зависимость (I) можно преобразовать к следующему обобщенному виду

Z* =' - 0,055 + 0,"27В-эе І4)

В связи с тем, что в- обобщенной зависимости (4) использованы 'теплофизические характеристики обрабатываемого материала а, X и Тдд, е так«е безразмерные (обобщенные) параметры скорости V* и мощности Р^г лазерной обработки, то разработанная мвтематическая

- 13 -модель может быть применена для оценки глубины Z закалки других инструментальных сталей, используемых для изготовления вырубных штампов холодного деформирования. Обработка результатов экспериментов , проведенных другими авторами, а также данные, полученные Н8ми пр^т- лазерной закалке, углеродистой стали У"Ю и легированных инструментальных сталей 9ХС, ХІ2М и 40ХН2МА, показала их хорошее соответствие с предложенной обоценной зависимостью (4).

4. Влияние лазерного излучения на шероховатость поверхности.

Шероховатость поверхности технологического инструмента* процессов обработки металлов давлением оказывает заметное влияние на его эксплуатационные свойства и качество металлопродукции. Анализ литературных данных показывает, что наиболее распространенные параметры шероховатости - среднее арифметическое отклонение профиля R_a и высота неровностей профиля по десяти точкам R₂ -недостаточно полно характеризует служебные свойства поверхностей, работающих в условиях трения и износа. В частности, экспериментально установлено, что при лазерной закалке инструментальных сталей без оплавления параметры шероховатости изменяются незначительно ; в то же время эксплуатационные -'свойства вырубных штампов до и после их лазерной обработки значительно отличаются.

При рассмотрении вопросов трения и изнашивания для обобщенной оценки шероховатости поверхности широко используется комплексный (безразмерный) показатель шероховатости

^Л =Чах / < *?>">

где Rj,^- наибольшая высота неровностей профиля, мкм; г - средний здиус кривизны вершин выступов, мкм; ь и п - безразмерные параметры опорной кривой, характвризущей распределение материала по высоте шероховатого слоя. Теоретически и экспериментально доказано , * что зависимость коэффициента трения от комплексного показателя А имеет минимум ; шероховатость поверхности, которая соответствует минимальному значению коэффициента трения и, следовательно, минимальному износу, считается оптимальной.

Эксперименты, проведенные на вырубных штампах, и образцах из углеродистой инструментальной стали У8, показали, что госле лазерной закалки без оплавления стандартные характеристики шероховатости №_а, к₂, н_иах) изменяются в пределах одного класса. На основе получениях профилограмм были построены опорные кривые,, для чего профалограмму разбивали на ряд уровней, параллельных средней линии, и определяли на каждом уровне суммарную' толщину выст„шв. После чего начальную часть опорной кривой (от вершина до средней линии) аппроксимировали степенной функцией и находили параметра ь и п, входящие в комплексный показатель шероховатости А. Результаты расчетов показали, что с достаточной дня практики точностью можно принять и и 2 и b a 4.-1, где t_ffl - относительная опорная длина профия по средней линии (стандартная характеристика, определяемая'по профилограмме). Для шлифованных образцов из стали У8 значения параметра ь меняются в диапазоне 0,9...2,1. в радиуса кривизны вершин выступов г = 0,1...0,8 мм и комплексного показателя.шероховатости A = 0,003...1.080. Полученные значения хорошо согласуются с данными других авторов.

Испол зуя образцы из 'стали У8 с различной шероховатостью поверхности, были проведеш экспериментальные исследования да определению коэффициента трения скольжения. Установлено, что зависимость коэффициента трения от комплексного показателя шероховатости имеет минимум при Л = 0,10...0,01. Эксперименты ло оценке износостойкости подтвердили, что наименьший износ соответствует 5тим значениям А как для образцов без лазерной обработки, так и для лазерноупрочненных образцов.

Сравнение шероховатости поверхности до и после лазерной закалки показывает, что наибольшие изменения претерпевают радиусу кривизны вершин выступов г, в то время как наибольшая высота неровностей профиля в^ и параметры <--торной кривой b и п меняются незначительно. Например, для шлифованной поверхности по 6 классу шероховатости : до лазерной обработки - г = 112 мкм, R^ = ГЗ мкм, b = 0,92, п - 1,95 и А = 0Д2І ; после лазерной обработки при Р = 0,6 кВт - г = 193 мкм, j^^. = II мкм, b = 0,95, п = 1,91 и А = 0,058 ; после лазерной обработки при Р = 1.2 кВт -г = 324 МКМ, Н^ = 9 МКМ, b = 1,03. п = 1,85 И А = 0,027.

5. Исследование температурных условий работы вырубных штампов

В качестве рабочего инструмента для исследования выбраны элементы штамповой оснастки пресс-автомата типа АБ6224, который эксплуатируется на производственной фирме "Арма" и предназначен для холодной вырубки стальных деталей радиаторов с частотой штамповки 125,..630 мин^-1. Материал пуансонов вырубных итттов -

углеродистая инструментальная сталь У8. Анализ эксплуатационной стойкости вырубных штампов показывает, что основной причиной потери работоспособности является износ рабочих поверхностей пуансонов. Средняя стойкость инструмента, выраженная через число отштампованных деталей за один постанов, составляет 20...25 тыс.

Одной из возможных причин повышенного износа пуансонов вырубных штампов холодного деформирования является разогрев рабочей поверхности до температур, при которых могут происходить изменения структуры стали, приводящие к снижению прочности и износостойкости. Поскольку непосредственное измерение распределения температуры по рабочей поверхности пуансонов в проц/ ^се эксплуатации вызывает значительные трудности, то было проведено теоретическое исследование температурного поля пуансона вырубного штампа на основе, численного решения двухмерного нестационарного дифференциального уравнения' теплопроводности с нелинейными теплофизическими характеристикам!

аТ гг Л) д [ ef\
_с.р— = — X— + — X— + q (5)

д% ах I ах J ay I ay J

при следующих начальных и граничных условиях:

I) В начальный момент штамповка ( і = 0 ) температурное поле

пуансона считается однородным

. Т₀ = Г ( s., у, О ) = const

Z) На участках конвективного и лучистого теплообмена пуансона с

окружающей средой

аТ г 4 4"

А,— = (V (Т.- IL-Л + со- (Т_ * 2ТЗ) - ( Т„_п + 2ТЗ) (6)

до * Р [ Р J

Здесь Т = Т(х, у, т) - температура в любой момент времени і в

произвольной точке пуансона; Т₀ - температура поверхности пуансона ; Т - температура окружающей среды ; т - время ; с, \ и а - коэффициента соответственно теплоемкости, теплопроЕодности и температуропроводности ; х и у - координаты ; п - направление градиента температуры ; єна- степень чернота поверхности пуансона и коэффициент излучения абсолютно черного тела; Oj, -коэффициент конвективной теплопередачи; р - плотность материала пуансона; q удельная мощность внутреннего источника энергии, который учитывает работу деформации при холодной вырубке и (или) работу сил трения между пуансоном и стальной полосой.

Уравнение (5) при граничном условии (6) представляли в конечно-разностной форме и решали мето, эм прогонки Алгоритм решения задачи циклической вырубки реализован на персональном компьютере и позволяет оценить температурное состояние пуансона в любой момент штамповки. Пр этом исходными данными являются: размеры пуансона, температура окружающей среды, теплофизические характеристики материала пуансона, механические характеристики материала полосы, частота штамповки, ход пуансона, а также шаги по текущим координатам Ьх, ду и времени At.

Расчеты показывают, что квазистационарннй температурный режим на рабочих поверхностях пуансона устанавливается через N₈= 12-20 циклов, при этом чем меньше длительность цикла т штамповки, тем больше значение N_s. При длительности цикла г = 0,15 с максимальная температура рабочей поверхности пувнсона достигает Т = 480 ...520С, а амплитуда колебаний температуры - ДТ = 40...80С. Установлено, что наиболее неблагоприятные температурные условия имеют место з приповерхностном слое толщиной 0.1...0,3 го -. при

- 18 -удалении от поверхности значение ^_msx быстро снижается до 100С и менее, а амплитуда AT s О. При увеличении длительности цикла до т_ц = 0,43 с максимальная температура рабочей поверхности пуансона снижается до ЗЭ0...440С, а амплитуда возрастает до 80...13Оо. Измерения температуры с помощью термопары, установленной на расстоянии 1,5 мм от рабочей поверхности пуансона, показали хорошее соответствие с результатами расчета по разработанной модели.

Анализ температурных условий эксплуатации вырубных штампов холодного деформирования показал, что температура их рабочей поверхности не достигает значений, превышещих критическую точку А_с1 (для стали У8 - А_с1 = 730С), и поэтому фазовых превращє.ий не происходит. В го жэ время при высокой интенсивности штамповки максимальная температура может превысить мартвнсигную точку Мд (для стали У8 - VL = 245С),'что вызывает появление бездафйгеион-ного мэртенситшго превращения, и достигать областей низкого и среднего отпуска. -Вызванные этими обстоятельствами изменения структуры могут привести к значительному снижению прочностных характеристик и твердости, что вызывает повышение износа рабочих поверхностей вырубного штампа.

Лазерная закалка является перспективным способом повышения теплостойкости стзлей,. поскольку она обеспечивает дополнительное насыщение матрицы легирующими элементами и способствует образованию устойчивых к нагреву фаз. Эксперименты, проведенные с образцами из углеродистых и легированных инструментальных сталей, позволяют сделать вывод о том, что лазерноупрочненше образцы' сохраняют высокую твердость при нагреве до температур 400С и выше. Например, твердость образцов из стали ХІ2М до проведения

- 19 -испытаний 'оставила 60 ГОО после предварительной объемной аакалки и 65 hrc после дополнительной лазерной обработки; после испытаний на теплостойкость при температуре 300С твердость образцов составила соответственно 58 икс и 65 HRC, при 400С - 56 нкс и Б4 то, при 500С - 50 HRC И 63 HR0.

6. "чзработка технологии лазерной обработки инструмента для холодной штамповки.

' На основе проведенных исследований разработана технология лазерного упрочнения вырубных штампов хо. .даого дофорчировашія, которая включает предварительную (традиционную) термическую обработку, лазерную закалку и окончательный отпуск. Режимы лазерной обработки выбирали в соотзетс вии с рекомендациями, изложенными в предыдущих главах ; кроме того, дополнительно били рассмотрены вопросы оценки величини остаточного прогиба, выбора наиболее эффективных энергопоглощающих покрытий и расположения лазерной дорожки на рабочей поверхности пуансона вырубного штампа.

Поверхностная лазерная закалка рабочих поверхностей пуансонов вырубных штампов приводит к появлению остаточних термических деформаций, для устранения которых может потребоваться дополнительная механическая обработка (шлифование). Для оценки этих деформаций на рабочие поверхности пуансонов наносили лазерные дорожки различной ширгаы, расположенные на различном расстоянии от режущей кромки. Как показали измерения прогиба центральной части пуансога относительно его краев, в исследуемом да . озоне

параметров лазерной обработки величина прогиба увеличивается почти пропорционально с возрастанием мощности излучения и обратно пропорционально скорости перемещения лазерного луча по обрабэтг веемой поверхности. Диаметр лазерного пучка и, следовательно, щиріша лазерной дорожки практически не влияет на величину прогиба; при расстояниях центра лазерной дорокки, првйшащих два диаметра лазерного пучка, остаточная: прогибов не наблюдается. Для уменьшения прогиба пуансона после лазерной закалки предложено интенсифицировать принудительный отвод тепла от обрабатываемого инструмента, например, путем размещения пувнсонов в ванну с проточной водой.

Глубина и ширина зоны лазерного воздействия при обработке инструментальных сталей существенно зависит ст вида применяемого энвргопоглощавдего покрытия. Несмотря на большое количество * предложенных покритий, в литературе отсутствуют систематические данные и практические рекомендации. Исследование эффективности основных видов энергопоглощающих покрытия, разработанных НИИГАв-топромом и ШЩТЛ АН СССР, проводили на образцах из легированной инструментальной стали 40ХН2МА, которые предварительно подвергали традиционной термической обработке: нормализация, отпуск, закалка в масле, отпуск. Нг основе металлографических исследований энер-гопоглощащие покрытия были проранкированы по степени влияния на глубину и ширину зоны лазерного воздействия. Полученные данные позволііли для лазерной закалки без оплавления поверхности пуансонов вырубных штампов холодного деформирования рекомендовать покрытия типа СФ-505 и ЩС-БІО.

Поскольку возможность повторного использования- пуансонов путем их перешлифовки зависит от глубины зоны лазерного влияния вдоль боковой поверхности, то расположение лазерной дорожки на торцевой рабочей поверхности пуансона является важным фактором лазерной обработки. Эксперименты показали, что глубина закаленной зоны на боковой поверхности достигает наибольших значений, когда центр лазерной дорожки совпадает с режущей кромкой ; однако при этом возможнооплавление кромки. Поэтому рекомендовано лазерную закалку проводить так, чтобы центр лазерной дорожки отстоял от ргущей кроши пуансона вырубного штампа на расстоянии, равном 0,25...0,75-d, где d - диаметр лазерного пятна.

Производственным испытаниям на ПФ "Арма" подвергали партию (20 шт.) вырубных штампов, изготовленных из стали У8 и предназначенных для получения деталей из низкоуглэродастой стали марки 08кп толщиной 0,5 мм. Стойкость пуансонов, подвергнутых лазерной закалке, повысилась в 3,6...3,2 раза по сравнению с пуансонами, обрабатываемыми по обычной технологии. Для Магнитогорских метизно - металлургического и калибровочного заводов лазерной обработке были подвергнуты образны разнообразного штампового инструмента; результаты испытаний показали, что стойкость лазерноупрочнешшх пуансонов из стали 5ХВ?С .возросла в средаем в 1,8 раза, обоечных штампов из стали Эй 161 - в 2,5 раза, вырубных штампов из стали У8 - в 2,6 раза, обрубных нокей из стали УІ0 - в 4,1 раза, отрезной втулки из стали ХІ2М - в 2,8 раза, дисковых ножей из стали ЭХС-в 2,2 раза.

1. Уточнены закономерности формирования поверхностного слс < штампов холодного деформирования, изготовленных, из углеродистых и легировашшх инструментальных сталей, после их лазерной закалки без оплавления поверхности.

2. Используя методы математического планирования эксперимента разработана статистическая модель, которая позволяет определить глубину закалки пуансонов вырубных штампов в зависимости от скорости и мощности лазерной обработки.

3. Предложена обобщенная зависимость относительной глубины заколки от комплексного безразмерного показателя лазерного излучения, основанная на использовании теплофизикескнх характеристик обрабатываемого материала и безразмерных параметров лазерной обработки.

4. На основе экспериментальных исследований определены
параметры шероховатости поверхности после лазерной закалки, и
установлена связь комплексного показатели шероховатости, с
эксплуатационными характеристиками Енрубшх штампов холодного
деформирования.

5. Разработана и реализована на персональном компьютере мате
матическая, моде ль теплового состояния пуансонов вырубных штампов,

пресс-автомата АБ6224 для холодного деформирования. Установление что при частоте штамповки 400 мин^- максимальная температура рабочей поверхности пуансона достигает 480...520С, а амплитуда -40...8ОС , ігри этом квазистационарный температурный режим уста-

навливается через 12...20 циклов. При снижении частоты штамповки до 125 мин значение максимальной температуры уменьшается до ЗЭ0...440С, а амплитуде возрастает до 80...130С.

6. Разработана материалосберегащая технология лазерного упрочнения вырубных штампов для холодной штамповки, изготовлешшх из углеродистых (УЗ.УІ0) и легированных (9ХС,П2М,5ХВ2С и ЭИ--Ш) инструментальных сталей. Даш рекомендации по применению энерго-поглощающих покрытий, применяемых при лазерной закаже инструментальных сталей, я по расположению лазерной дорожки на рабочей поверхности пуансона вырубного штампа. Опытно-промышленное опробование показало, что разработанная технология позволяет повысить стойкость элементов вырубных штампов в 2...3 раза и дополнительно снизить расход инструментальной стали за счет возможности мнэго-кратного (2...4 раза) использования штампового инструмента за счет перешлифовки. Повышение эксплуатационной стойкости штампо-инструмента привело к снижению брака в 1.8...2.2 раза.