RU2288062C1 - Lower die set heating method - Google Patents

Abstract

FIELD: plastic working of metals, namely procedure for heating lower die sets of press tools before pressing process in heating furnaces.

SUBSTANCE: method for heating lower dies set comprises steps of loading lower die set into furnace; evacuating furnace and creating in it controlled atmosphere; heating dies set till predetermined temperature; discharging it out of furnace and placing in press. Inner cavity of die set is sealed by means of membranes before loading die set in furnace; filling said cavity with inert gas such as nitrogen through technological ducts; heating die set in furnace with non-controlled atmosphere and placing it together with membranes in press. Said membranes are broken during pressing process. Invention provides protection of inner surface of die set against oxidation and decarbonization at preliminarily heating die set and placing it in press.

EFFECT: increased by two and more times period of tool working between maintenance procedures.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности нагрева матричных комплектов прессового инструмента перед процессом прессования в нагревательных печах.The invention relates to the field of metal forming, in particular the heating of die sets of a pressing tool before the pressing process in heating furnaces.

Известно, что для создания необходимых термических условий процесса прессования прессовый инструмент перед началом работы нагревают до температуры 350-550°С в зависимости от обрабатываемого материала. Кроме того, предварительный нагрев необходим в силу того, что жаропрочные стали, применяемые для изготовления прессового инструмента, имеют низкую теплопроводность, и резкое повышение температуры, возникающее в процессе прессования, может привести к выходу инструмента из строя. Поэтому перед установкой на пресс обязательно проводят нагрев матриц, пресс-шайб, подкладных колец, как правило, в камерных электрических печах сопротивления (Шур И.А. Технологическое оборудование для прессования металлов. М.: Металлургия, 1983, с.110-111). При нагреве взаимодействие неконтролируемой печной атмосферы с поверхностью нагреваемого изделия приводит к окислению и обезуглероживанию поверхностного слоя стали. При нагреве до температуры 250°С эти процессы незначительны, но при дальнейшем увеличении температуры сильно возрастают скорость и интенсивность окисления и обезуглероживания стали. Следствием этого - снижение прочностных свойств поверхностного слоя инструмента.It is known that to create the necessary thermal conditions for the pressing process, the pressing tool is heated to 350-550 ° C, depending on the material being processed, before starting work. In addition, preheating is necessary due to the fact that the heat-resistant steels used for the manufacture of pressing tools have low thermal conductivity, and a sharp increase in temperature that occurs during the pressing process can lead to failure of the tool. Therefore, before installation on the press, it is necessary to heat the dies, press washers, backing rings, as a rule, in chamber electric resistance furnaces (Shur I.A. Technological equipment for pressing metals. M .: Metallurgy, 1983, p. 110-111) . When heated, the interaction of an uncontrolled furnace atmosphere with the surface of the heated product leads to oxidation and decarburization of the surface layer of steel. When heated to a temperature of 250 ° C, these processes are insignificant, but with a further increase in temperature, the rate and intensity of oxidation and decarburization of steel greatly increase. The consequence of this is a decrease in the strength properties of the surface layer of the tool.

На качество прессуемого профиля в значительной степени влияет сохранение чистоты обработки ручья и его геометрических размеров, то есть внутренней поверхности матрицы. Данная поверхность матрицы является наиболее нагруженной частью прессового инструмента и работает в жестких условиях, поэтому она наиболее подвержена выходу из строя (разрушению) вследствие пластической деформации (смятия), хрупкого разрушения, образования сетки разгара (трещин) и износа рабочей поверхности. Защита рабочей поверхности матрицы от воздействия негативных факторов в процессе эксплуатации является одной из приоритетных в вопросе качества прессуемого профиля и долговечности прессового инструмента.The quality of the extruded profile is largely affected by the preservation of the purity of the processing of the stream and its geometric dimensions, that is, the inner surface of the matrix. This matrix surface is the most loaded part of the pressing tool and works under harsh conditions, therefore it is most susceptible to failure (destruction) due to plastic deformation (collapse), brittle fracture, formation of a heat grid (cracks) and wear of the working surface. Protection of the working surface of the matrix from the effects of negative factors during operation is one of the priorities in terms of the quality of the extruded profile and the durability of the pressing tool.

Известен способ изготовления полых профилей в среде азота, включающий экструдирование металлической заготовки из контейнера через матричный узел с рассекателем, в котором к матрице под давлением подается азот, кроме того, азот дополнительно подают по распределительному каналу к рассекателю, формирующему внутренний контур профиля (Патент РФ №2189878, МПК В 21 С 29/04, дата публ. 2002.09.27).A known method of manufacturing hollow profiles in a nitrogen environment, including extruding a metal billet from a container through a matrix unit with a divider, in which nitrogen is supplied to the matrix under pressure, in addition, nitrogen is additionally fed through a distribution channel to the divider forming the inner profile profile (RF Patent No. 2189878, IPC В 21 С 29/04, publication date 2002.09.27).

Данный способ не обеспечивает защиту рабочей поверхности матрицы в процессе предварительного нагрева и установки матрицы на пресс.This method does not provide protection for the working surface of the matrix during pre-heating and installation of the matrix on the press.

Одним из эффективных способов поддержания в рабочем состоянии внутренней поверхности матрицы служит ее предохранение при технологическом нагреве от окисления и обезуглероживания созданием в атмосфере печи инертной среды (контролируемой атмосферы), в частности в качестве защитной среды используется азот. Перед заполнением азотом печь подвергают глубокому вакуумированию, далее заполняется азотом, и проводят нагрев в инертной атмосфере до самого момента извлечения матрицы для подачи ее на пресс (Международный журнал по прессованию алюминия, "Aluminium Extrusion", выпуск на русском языке №2, 2003 г, с.11-12) - прототип.One of the effective ways to maintain the internal surface of the matrix in working condition is to protect it during technological heating from oxidation and decarburization by creating an inert atmosphere (controlled atmosphere) in the furnace atmosphere, in particular, nitrogen is used as a protective medium. Before filling with nitrogen, the furnace is subjected to deep evacuation, then it is filled with nitrogen, and heating is carried out in an inert atmosphere until the matrix is removed to press it (International Journal of Aluminum Extrusion, "Aluminum Extrusion", issue in Russian No. 2, 2003, p. 11-12) - prototype.

Недостатками известного способа являются следующие факторы:The disadvantages of this method are the following factors:

- конструкционная сложность печи для создания глубокого вакуума;- structural complexity of the furnace to create a deep vacuum;

- необходимость наличия дорогостоящего вакуумного оборудования и квалифицированного персонала для его обслуживания;- the need for expensive vacuum equipment and qualified personnel for its maintenance;

- после извлечения матрицы из печи перед установкой на пресс поверхность матрицы контактирует с кислородом атмосферы, длительность контакта регламентируется временем установки матрицы и началом процесса прессования, что на практике составляет 5-10 минут. За данное время происходит частичное окисление поверхности матрицы и, как следствие этого, снижение качества поверхности пресс-изделия и стойкости инструмента;- after removing the matrix from the furnace before installing it on the press, the surface of the matrix is in contact with atmospheric oxygen, the duration of the contact is regulated by the time the matrix was installed and the start of the pressing process, which in practice is 5-10 minutes. During this time, a partial oxidation of the matrix surface occurs and, as a consequence of this, a decrease in the surface quality of the press product and tool life;

- повышенный расход азота для создания инертной среды;- increased nitrogen consumption to create an inert environment;

- высокая стоимость печного комплекса, которая может стоить 100-150 тыс. долл. США.- the high cost of the furnace complex, which can cost 100-150 thousand US dollars.

Известен способ изготовления полых профилей из алюминия (патент Японии JP 5208211 А, публ. 20.08.1993 г.) - прототип, включающий загрузку матричного комплекта в печь для нагрева в воздушной атмосфере, нагрев его в печи до заданной температуры. После подогрева образующийся слой окалины с части рабочей поверхности удаляется посредством зачистки.A known method of manufacturing hollow aluminum profiles (Japanese patent JP 5208211 A, publ. 08/20/1993) is a prototype comprising loading a matrix set into a furnace for heating in an air atmosphere, heating it in a furnace to a predetermined temperature. After heating, the resulting layer of scale from a part of the working surface is removed by stripping.

Недостатком известной технологии является быстрый износ матрицы при частых переустановках инструмента, поэтому данный способ может быть использован только при массовом или крупносерийном производстве ограниченного количества типоразмеров изделий, имеющих значительные допуски на геометрические размеры.A disadvantage of the known technology is the rapid wear of the matrix with frequent reinstallations of the tool, therefore, this method can only be used for mass or large-scale production of a limited number of product sizes having significant tolerances on geometric dimensions.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение качества прессуемых изделий, надежности и стабильности технологического процесса, стойкости прессового инструмента, сокращение стоимости технологического оборудования и эксплуатационных затрат при производстве профиля.The problem to which the claimed invention is directed, is to improve the quality of the molded products, the reliability and stability of the process, the durability of the pressing tool, reducing the cost of technological equipment and operating costs in the production of the profile.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в защите внутренней поверхности матричного комплекта от окисления и обезуглероживания в процессе его предварительного нагрева в печах с неконтролируемой атмосферой и в период установки на пресс.The technical result achieved by the implementation of the invention is to protect the inner surface of the matrix set from oxidation and decarburization during its pre-heating in furnaces with an uncontrolled atmosphere and during installation on the press.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нагрева матричного комплекта прессового инструмента перед процессом прессования, включающем загрузку матричного комплекта в печь для нагрева в воздушной атмосфере, нагрев комплекта до заданной температуры с последующей установкой его на пресс, перед загрузкой в печь внутреннюю полость матричного комплекта герметизируют посредством установки мембран и заполняют полость инертным газом - азотом через механические каналы, а разрушение мембран осуществляют на прессе в процессе прессования.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of heating the matrix set of the pressing tool before the pressing process, which includes loading the matrix set into a furnace for heating in an air atmosphere, heating the set to a predetermined temperature and then installing it on the press, before loading the internal cavity of the matrix set into the furnace they are sealed by installing membranes and the cavity is filled with an inert gas - nitrogen through mechanical channels, and the membranes are destroyed in a press in the process Behold pressing.

Изобретение поясняется чертежом, где показаны матричный комплект в сборе, состоящий из матрицедержателя 1 и матрицы 2, а также передняя мембрана 3 и задняя 4. Внутренняя полость 5 матрицы соединена с каналами 6 подвода инертного газа (азота), который заглушен технологической заглушкой 7.The invention is illustrated by the drawing, which shows the matrix assembly, consisting of a matrix holder 1 and a matrix 2, as well as a front membrane 3 and a back 4. The internal cavity 5 of the matrix is connected to channels 6 for supplying an inert gas (nitrogen), which is plugged with a process plug 7.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. Мембраны 3 и 4 изготовляются из металлического листа, например алюминиевого, толщиной 0,2-0,5 мм и крепятся к матричному комплекту термостойким клеем, например жидким стеклом, при этом внутренняя полость 5 герметизируется от наружной атмосферы. По технологическим каналам 6 подается инертный газ, который заполняет внутреннюю полость матрицы. Каналы заглушаются технологическими заглушками 7 (в качестве технологических каналов, в случае прессования в защитной среде, по каналам, в процессе прессования, подается инертный газ). Далее матрица устанавливается в обычную электрическую печь нагрева. После нагрева матрица с мембранами устанавливается на пресс и производится процесс прессования. В процессе прессования заготовка прорывает переднюю мембрану, заполняет полость матрицы, вытесняя при этом инертный газ. Сформированный профиль прорывает заднюю мембрану, тем самым полностью исключается контакт внутренней поверхности матрицы с кислородом.The inventive method is implemented as follows. Membranes 3 and 4 are made of a metal sheet, for example aluminum, with a thickness of 0.2-0.5 mm and are attached to the matrix set with heat-resistant adhesive, for example liquid glass, while the inner cavity 5 is sealed from the outside atmosphere. An inert gas is supplied through the technological channels 6, which fills the internal cavity of the matrix. The channels are drowned out by technological plugs 7 (as technological channels, in the case of pressing in a protective medium, inert gas is supplied through the channels during the pressing process). Next, the matrix is installed in a conventional electric heating furnace. After heating, the matrix with membranes is installed on the press and the pressing process is performed. In the process of pressing, the workpiece breaks through the front membrane, fills the cavity of the matrix, displacing the inert gas. The formed profile breaks through the back membrane, thereby completely eliminating the contact of the inner surface of the matrix with oxygen.

Заявленный способ был апробирован при прессовании алюминиевых профилей на прессе усилием 24 МН. Материал матричного комплекта - сталь марки 4Х5МФС1. Матричный комплект нагревался в обычной электрической печи в воздушной атмосфере до температуры 450°С. До использования данного способа матричный комплект позволял прессовать не более 5 т профиля. После чего комплект снимался, рабочая поверхность подвергалась травлению и зачистке. Использование предложенного изобретения позволяет на таком же матричном комплекте изготовлять 10-14 т профиля без проведения промежуточного ремонта.The claimed method was tested when pressing aluminum profiles on a press with a force of 24 MN. The material of the matrix set is steel grade 4X5MFS1. The matrix set was heated in a conventional electric furnace in an air atmosphere to a temperature of 450 ° C. Before using this method, the matrix set allowed pressing no more than 5 tons of profile. After which the kit was removed, the working surface was etched and cleaned. Using the proposed invention allows to produce 10-14 tons of a profile on the same matrix set without intermediate repairs.

Claims (1)

Способ нагрева матричного комплекта прессового инструмента перед процессом прессования, включающий загрузку матричного комплекта в печь для нагрева в воздушной атмосфере, нагрев комплекта до заданной температуры с последующей установкой его на пресс, отличающийся тем, что перед загрузкой в печь внутреннюю полость матричного комплекта герметизируют посредством установки мембран и заполняют полость инертным газом - азотом - через технологические каналы, а разрушение мембран осуществляют на прессе в процессе прессования.A method of heating a matrix set of a pressing tool before the pressing process, comprising loading the matrix set into a furnace for heating in an air atmosphere, heating the set to a predetermined temperature and then installing it on a press, characterized in that before loading into the furnace, the internal cavity of the matrix set is sealed by installing membranes and fill the cavity with an inert gas - nitrogen - through the technological channels, and the destruction of the membranes is carried out on the press during the pressing process.