SU1049160A1 - Die for hot deformation - Google Patents

Abstract

ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ДЕФОШИГОВАНИЯ , содержащий металлические формообраэуюиже элемеиты, отличающийс   тем, что, с целью повышени  стойкости и снижени  их металлоемкости, формообразующие элементы выполнены с замкнутыми полост ми, в которых размещены керами к(жие вкладыши, между формообразутцими злемент«ми и керамическнми вкладышами расположена по (йкта  керамическа  прокладка. 4 СОA STAMP FOR HOT DEFICIENCY containing metal shapes and the same elements, characterized in that, in order to increase durability and reduce their metal consumption, the shape-generating elements are made with closed cavities in which ceramics are placed (inserts between the shape-forming elements and ceramic and ceramic elements and ceramic elements are located in the ceramic molds (inserts), between the shape-forming elements and ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic inserts (inserts, are placed between the shape-forming elements and ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic inserts (inserts), between the shape-forming elements and ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic elements (inserts, are placed between the shape of the element and the ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic inserts (inserts, between the shape of the element and the ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic) (ceramic liners, between the shape of the element and ceramic and ceramic, and ceramic and ceramic, are placed in the ceramics (inserts, between the shape of the element and the ceramic and ceramic and ceramic and ceramic) by (ykta ceramic gasket. 4 CO

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении формообразующих элементов штам пов дл  изотермической штамповки металлов и сплавов. Известна конструкци  формообразующего элемента, представл ющего собой матрицу, содержащз ю вставку, размещенную в обойме, снабженной крыщкой и смонтированной в корпусе , причем вставка размещена в обойме с зазором, который заполнен наполнителем. В качестве наполнител  может быть применен песок 1рафит, керамический порошок, жидкий или пластичный металл и др. Ц. Недостатком описанного формообразующего элемента  в.л етс  сложность конструкщ1и и недостаточна  конструкционна  прочность, обусловленна  тем, что в св зи с большими усили ми трени  наполнител  о стенки обоймы и вставки невозможно обеспечить равномерность напр жений сжати  вставки по всей ее высоте. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  штапм дл  гор чей изотермической щтамповки, содержащий металлические формообразующие элементы, причем формообразующие элементы представл ют из себ  металлическую обойму и установленную в ней с зазором металлическую матрицу, зазор между матрицей и обоймой заполнен теплоизол ционным материалом, в котором расположен индуктор дл  нагрева матрицы, что снижает стойкость штампа 2. Целью изобретени   вл етс  повышение стойкости и снижение металлоемкости щтампа. Указанна  цель достигаетс  тем, что в штам пе дл  гор чего деформировани , содержащем металлические формообразующие элементы, последаие выполнены с замкнутыми полост ми, в которых размещены керамт еские вкладыши,. причем между формообразующими элементами .: и керамическими вкладышами расположена пориста  кератиическа  прокладка. Выполнение формообразующих элементов монолитными с размещением в них спеченных вкладышей из высокопрочной керамики позвол ет при значительном снижении металлоемкое- 1И щтампа повысить их конструкционную прочность при рабочих температурах, близких к температурной границе работоспособности жаропрочных сплавов, свести к минимуму трудоемкость изготовлени  штампа за счет уменьщени  количества деталей в конструкции формообразующих элементов и снижени  величины припусков ria механическую обработку гравюры штампа. Снижение припусков на мехобработку возможно в св зи с тем, что наличие высокопрочной керамической вставки в теле литого форомообразующего элемента значительно затрудн ет литейную усайку и поэтому позвол ет получать заготовки повыщенной степени точности. Пористые керамические прокладки переменной толщины помещают между металлом и вкладышем с целью снижени  остаточных напр жений в металле после затвердевани  заготовки формообразующего элемента, обусловленных различным коэффициентом термического расширени . Толщина пористой прокладки определ етс  исход  из допускаемых напр жений в металле формообразующего элемента, при которых не наблюдаетс  образование гор чих трещин. Дп  случа , когда керамический вкладыш имеет форму цилиндра, толщина прокладки 5 на торцах цилиндра рассчитываетс  по формуле (. УР а толщина прокладки сГ по образующей цилиндра рассчитываетс  по формулеThe invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of forming elements of the stamp for isothermal stamping of metals and alloys. A known structure of a forming element is a matrix containing an insert placed in a holder equipped with a lid and mounted in a housing, the insert being placed in the holder with a gap which is filled with a filler. Sand 1 rafit, ceramic powder, liquid or ductile metal, etc. can be used as a filler. The disadvantage of the forming element described is the complexity of the design and the insufficient structural strength due to the fact that the cage walls and inserts cannot ensure uniformity of compression stresses of the insert over its entire height. The closest to the technical essence of the invention is a hot-isothermal stamping shtamp containing metallic forming elements, the shaping forming elements being a metal holder and a metal matrix installed in it with a gap, the gap between the matrix and the yoke is filled with heat-insulating material, which is located the inductor for heating the matrix, which reduces the resistance of the stamp 2. The aim of the invention is to increase the resistance and reduce the metal intensity of the die. This goal is achieved by the fact that, in a strain for hot deformation, containing metal forming elements, the latter is made with closed cavities in which ceramic ceramics are placed. moreover, between the formative elements.: and ceramic liners there is a porous keratic pad. Making the molding elements monolithic with placing sintered liners of high-strength ceramics in them allows a significant reduction in metal-intensive materials to increase their structural strength at operating temperatures close to the temperature limit of the heat-resistant alloys, minimizing the labor intensity of stamp making by reducing the number of parts constructions of formative elements and reduction of ria allowances; machining of a stamp engraving. Reducing the allowances for machining is possible due to the fact that the presence of a high-strength ceramic insert in the body of the molded form-forming element significantly complicates the casting cross-section and therefore allows to obtain billets with a higher degree of accuracy. Porous ceramic pads of varying thickness are placed between the metal and the liner in order to reduce residual stresses in the metal after solidification of the preform of the forming element, due to the different coefficient of thermal expansion. The thickness of the porous gasket is determined on the basis of the allowable stresses in the metal of the forming element, at which no formation of hot cracks is observed. Dp the case when the ceramic liner has the shape of a cylinder, the thickness of the gasket 5 at the ends of the cylinder is calculated by the formula (. UR and the thickness of the gasket cG by forming the cylinder is calculated by the formula

расширени  металла и кера- 50 мики;metal and ceramic expansion;

интервал температур от упруго-пластичного перехода до охлаждени ;temperature range from elastic-plastic transition to cooling;

толщины пористых керами- 55 ческих прокладок; вне1пние радиусы керамического вкладыша и металметалла;thickness of porous ceramic gaskets; Outside radii of ceramic liner and metal;

Е РE p

модуль упругости металла; объемна  дол  пор прокладки;modulus of elasticity of the metal; volumetric dol pads;

остаточные напр жени  в металле формообразующего элемента. residual stress in the metal forming element.

Расчет ведетс  по модулю упругости металтак как Е.. Е„.The calculation is carried out modulo the elasticity of the metal as E .. E „.

Мк На чертеже показан штамп дл  гор чего Iдеформировани  металлов и сплавов, продольное сечение. Штамп содержит формообразующие элемен .ты 1 с замкнутыми плоскост ми, в которых разАМщены спеченные вкладыши 2 из высокопрочной , керамики. В полост  с формообразуюu0ix элементов 1 между металлом и вкладышем расположены пористые керамические прокладки 3 переменной толицшы. Изготовление заготовок формообразующих элементов штампа производ т в следующей последовательности. 1.Изготовление керамического вкладыша. 2.Нанесение на керамический вкладыш по{жстого керамического покрыти  заданной тол щины. 3.Изготовление модели, формы и отливка заготовки. 1.Керамические вкладыши в виде цилиндров D 30 мм, 75 мм готов т гор чим литьем термопластифи1щрованной минеральной композиции окиси алюмини  с последующим предварительным обжигом в засыпке глинозема при 1100° С в течение 10-12 ч и окончательным обжигом при 1650-1700° С в течение 4 ч в атмосфере диссоциированного аммиака. 2.Толщину пористого керамического покрыти  сГ и сЛ определ ют по формуле (1) и {2) дл  случа  изготовлени  формообразующи элементов из жаропрочного сплава ЖС6У из допускаемых остаточных напр жений в металле формообразующего элемента, при которых не наблюдаетс  образовани  гор чих трещин. Данные дл  расчета: R 15 мм; R 20 мм oi-T 15 -10-6град-,о 8 « lO , At 1000°С, Е 75 мм, /и 0,3, EI 2 , Р 0,5, 50 кг/мм Из расчета по формулам (1) и (2) получено с/ 0,7, 0,2 мм. Дл  формировани  на поверхности керамического вкладыша керамического пористого покрыти  заданной толщины готов т суспензию из гидролизованного этилсиликата - 40s дисте силлиманитового концентрата дисперсностью 1-4 мкм и молотого карбамида дисперсностью 5-10 мкм. Дл  достижени , например, 50% пористости покрыти  в пшролизованный этилсиликат-40 ввод т молотый карбамид и дистеноишиманитовый концентрат в весовом соотношении 1 : 10. В зкость суспензии составл ет 35-40 с по вискозиметру В34. Суспензию нанос т на керамический вкладыш кисточкой и сушат в вакууме. Толщина каждого сло , нанесенного на керамический вкладыш, составл ет - 0,2. мм. 3. Модель отливки изготавливают из модельной массы К БК-98-2 в следующей последовательности . В модельную пресс-форму на специальных держател х (жеребейках) из сплава ЖС6У устанавливают керамический вкладыш. Прессформу заполн ют модельной массой. После затвердевани  модель извлекают из пресс-формы . На модель отливки послойно нанос т семь-восемь слоев керамического покрыти . Св зующим суспензии  вл етс  гидролизованный этилсш1икат-40. Наполнитель св зующего дистенсиллиманитовый концентрат ДСКИ фракцией 1-4 мкм. В качестве обсыпки первого сло  примен ют электрокорунд ЭК20, дл  остальных - электрокорунд ЭК-50. Сушка форм - воздущно-аммиачна , два часа на воздухе, тридцать минут в аммиачной проходной камере, тридцать минут на воздухе. Удаление модельной массы нз форм производ т растворением в воде. После удалени  модельной массы формы прокаливают в камерных электропечах при 980-1000° С в течение 8-10 ч, после чего подают на заливку. Заливку производ т в вакуумной индукционной печи жаропрочным сплавом ЖС6У. После охлаждени  отливки очищают от керамического покрыти  и обрезают литниковую систему. По сравнению с базовым объектом применение предложенного технического решени  позволит повысить стойкость штампов на 25% и значительно снизить его металлоемкость.MK The drawing shows a stamp for hot deformation of metals and alloys, a longitudinal section. The stamp contains shaping elements 1 with closed planes, in which sintered inserts 2 from high-strength ceramics are expanded. Porous ceramic spacers 3 of variable thickness are located in the cavity with the formative i0ix of elements 1 between the metal and the liner. The manufacture of blanks for forming elements of the stamp is made in the following sequence. 1. Manufacture of ceramic liner. 2. Application to the ceramic liner on {hard ceramic coating of a given thickness. 3. Making the model, shape and casting of the workpiece. 1. Ceramic liners in the form of cylinders D 30 mm, 75 mm are prepared by hot casting a thermoplastic mineralized composition of alumina with subsequent preliminary calcination in the alumina bed at 1100 ° C for 10–12 h and final calcination at 1650–1700 ° C in for 4 h in an atmosphere of dissociated ammonia. 2. The thickness of the porous ceramic coating of SG and SL is determined by the formula (1) and (2) for the case of making the forming elements of the heat resistant alloy CS6U from the permissible residual stresses in the metal of the forming element, under which no hot cracks are observed. Data for calculation: R 15 mm; R 20 mm oi-T 15 -10-6grad-, o 8 "lO, At 1000 ° C, E 75 mm, / and 0.3, EI 2, R 0.5, 50 kg / mm Based on the formulas ( 1) and (2) obtained with / 0.7, 0.2 mm. To form a ceramic porous coating of a given thickness on the surface of a ceramic liner, a suspension of hydrolyzed ethyl silicate — 40s distillite sillimanite concentrate with a dispersion of 1–4 µm and ground carbamide with a dispersion of 5–10 µm is prepared. In order to achieve, for example, 50% of the porosity of the coating, molded urea and distenoimoanite concentrate are added in a weight ratio of 1: 10 to the full-sized ethyl silicate-40. The viscosity of the suspension is 35-40 seconds using a B34 viscometer. The suspension is applied to the ceramic liner with a brush and dried under vacuum. The thickness of each layer deposited on the ceramic liner is 0.2. mm 3. The casting model is made from the model mass K BK-98-2 in the following sequence. A ceramic liner is installed in a model mold on special holders (foals) made of ZhS6U alloy. The mold is filled with a model mass. After curing, the model is removed from the mold. Seven to eight layers of ceramic coating are applied to the casting model. The binder slurry is hydrolyzed ethyl lithium-40. The filler of the binder distensillimanite concentrate DSCI fraction of 1-4 microns. The electrocorundum EK20 is used as the bedding of the first layer, for the rest - the electrocorundum EK-50. Drying forms - air-ammonia, two hours in the air, thirty minutes in the ammonia passing chamber, thirty minutes in the air. The removal of the model mass from the forms is carried out by dissolving in water. After removing the model mass, the molds are calcined in chamber electric furnaces at 980-1000 ° C for 8-10 hours, after which they are fed to the pot. The casting is performed in a vacuum induction furnace using a ZhS6U heat-resistant alloy. After cooling, the castings are cleaned of the ceramic coating and the gating system is cut. Compared with the base object, the application of the proposed technical solution will allow to increase the durability of the dies by 25% and significantly reduce its metal consumption.

Claims (1)

ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ, содержащий металлические формообразующие элементы, отличающийс я тем, что, с целью повышения стойкости и снижения их металлоемкости, формообразующие элементы выполнены с замкнутыми полостями, в которых размещены керамические вкладыши, причем между формообразующими элементами и керамическими вкладышами расположена пористая керамическая прокладка.A STAMP FOR HOT DEFORMATION, containing metal forming elements, characterized in that, in order to increase resistance and reduce their metal consumption, the forming elements are made with closed cavities in which ceramic inserts are placed, and a porous ceramic gasket is located between the forming elements and ceramic inserts. ss