СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВ Российский патент 1997 года по МПК B21J13/02 

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления прессового инструмента и может быть использовано в машиностроительной промышленности для изготовления и ремонта штампов.

Известна технология восстановления изношенных штампов с использованием электрошлакового обогрева переплавом стружки. Его сущность в том, что в кристаллизатор устанавливают штамп и заливают на его поверхность шлак, разогревают графитовыми электродами шлаковую ванну, за счет выделяемого тепла расплавляют ручьи штампа. Затем в шлаковую ванну подают стружку штамповой стали и наплавляют штамп до первоначальной высоты, чтобы впоследствии механическим путем изготовить гравюру [1]
Это технология наплавки, при которой дальнейшее восстановление штампа предусматривает превращение дорогостоящей стали в стружку, а для плохообрабатываемых сплавов описанный способ восстановления неприемлем.

Широкое применение в машиностроении получила технология электрошлакового литья штамповых кубиков, позволяющая получать отливки, близкие по форме и размерам к готовому штампу, что существенно уменьшило припуски на механическую обработку. Стойкость штампов при этом увеличилась в среднем в 1,3 раза по сравнению c изготовленными из обычных кованых заготовок. Для экономии штамповой стали и уменьшения трудоемкости при изготовлении штампов в кристаллизаторах предусмотрены медные водоохлаждаемые вставки или выфрезированные пазы в панелях, позволяющие получать штамповые кубики с приближенной конфигурацией замков и хвостовиков штампов [2]
Электрошлаковое литье штамповых кубиков повысило стойкость инструмента, появилась возможность уменьшить припуски на механическую обработку по сравнению с коваными заготовками, но при этом кубики полностью получают из переплава штамповой стали и хоть припуски уменьшены, механической обработки избежать не удалось.

Технической задачей предлагаемого способа изготовления штампов является полный отказ от механического и других видов нарезания гравюр штампов, а изготовление гравюры электрошлаковой отливкой без дальнейшей механической обработки, использование дисперсионно-твердеющих сплавов, которые трудно поддаются механической обработке, а также применение для изготовления штампов дорогостоящих мартенситностареющих сталей.

Последовательность технологии изготовления или восстановления штампов по предлагаемому способу следующая:
1. В любой печи из огнеупорного материала выплавляют необходимое количество штампового сплава, обеспечивающего работоспособность гравюры. Один из вариантов накопления жидкого металла электрошлаковый переплав с использованием источника питания устройства для электрошлаковой отливки гравюр (см. чертеж).

2. После накопления необходимого объема жидкого металла для формирования гравюры дополнительно накапливают шлак из расчета минимальной высоты шлакового слоя не менее 50 мм по всей площади днища устройства.

3. Заливку жидкого металла и шлака в устройство для формирования гравюры производят через многоручьевой желоб 1, стенки корпуса устройства, перпендикулярной теплоотводящим водяным каналам кристаллизатора 3. Желоб футерован огнеупорным материалом, его входные отверстия расположены на высоте не менее 60 мм от днища устройства, а на воронке, на такой же высоте предусмотрена летка 2 для слива шлака. Формирование гравюры в водоохлаждаемом кристаллизаторе позволяет получить ориентированное направление роста кристаллов в сторону теплоотвода, что повышает механические свойства металла и упрочняет рабочее тело гравюры.

4. Как только графитовые электроды 4 устройства окунаются в жидкий шлак, начинается его разогрев, подавая в жидкий шлак металл, наращивают тело гравюры металлом с таким же химсоставом, как и у хвостовика штампового кубика. Подавать металл в устройство можно в любом виде (стружка, порошки, проволока, пластины, а также новую порцию жидкого металла). Необходимо выполнить только одно условие обеспечить полное расплавление и растекание металла по всей площади днища устройства. Графитовые электроды поднимают по мере заполнения металлической ванны и подъема жидкого шлака.

5. По окончании выплавки гравюры жидкий шлак сливают в печь для электрошлакового переплава металла следующей гравюры.

6. Электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком соединяют отливку с хвостовиком штампового кубика, поэтому минимальная высота тела отливки должна быть не менее 50 мм.

Пример. Необходимо восстановить гравюру молотового штампа шириной 300 м и длиной 500 мм, высота объемной штамповки составляет 200 мм. Значит, глубина впадины на каждой гравюре 100 мм, а соотношение выступов и впадин находится в пределах 1:1. Для формирования гравюры из высоколегированного сплава по всей площади сечения кубика необходимо накопить жидкого металла 7500 см³, что составит около 50 кг, а так как шлак будет накапливаться в этой же печи, то ее объем должен быть не менее 15000 см³.

Для электрошлакового переплава и электрошлакового процесса в устройстве формирования гравюр используется один источник питания мощностью 650 кВА, с номинальным сварочным током 10000 А, так как эти установки запитываются в разное время. Схема подключения печи и устройства формирования гравюр бифилярная. На печи необходимо предусматривать механизм поднятия графитовых электродов и их сведения под углом для наведения шлаковой ванны, а также летку для слива металла и жидкого шлака в воронку устройства для формирования гравюр. Возбудив электрическую дугу между графитовыми электродами, расплавляют флюс для электрошлакового переплава АНФ-6. В шлаковой ванне высотой 50 70 мм производят выплавку штамповой стали до средней отметки печи с учетом высоты шлакового слоя, затем накапливают шлак до верхней отметки печи объемом 15000 см₃. Перед сливом проводят разогрев всего содержимого печи заглублением электродов в шлаковую ванну.

Графитовые электроды устройства для формирования гравюр устанавливаются на высоте гарантированного окунания в шлаковую ванну при заливке электрошлакового переплава. С момента заливки начинается разогрев шлаковой ванны, а наращивание тела гравюры до высоты не менее 50 мм происходит одновременно с кристаллизацией рабочей поверхности гравюры. Электроды поднимаются со скоростью подъема шлаковой ванны. На окончании процесса отключают питание устройства и через летку сливают жидкий шлак для дальнейшего использования. После остывания заготовки рабочей поверхности штампа, корпус устройства с огнеупорной облицовкой снимается с кристаллизатора.

В дальнейшем заготовка гравюры штампового кубика сваривается с хвостовиком из дешевой среднеуглеродистой стали при помощи известного способа сварки плавящимся мундштуком.

Использование: изготовление прессового инструмента, а именно изготовление штампов с применением электрошлаковой технологии. Сущность изобретения: в устройство для электрошлаковой отливки заливают сначала порцию расплава штамповой стали для получения точной гравюры штампа. Затем подают жидкий шлак для ведения процесса наращивания штампового кубика металлом, химический состав которого совпадает с составом хвостовика штампа. Соединяют полученный штамповый кубик с хвостовиком электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком. Способ позволяет получить биметаллический штамповый кубик, отказаться от трудоемкой операции нарезания гравюры штампа. 1 ил.

Способ изготовления штампов, при котором в устройстве для электрошлаковой отливки получают штамповый кубик, имеющий точные геометрические размеры гравюры, и соединяют его с хвостовиком, отличающийся тем, что в устройство сначала заливают порцию расплава штамповой стали для получения гравюры штампа, а затем подают жидкий шлак для ведения процесса наращивания штампового кубика металлом, химический состав которого совпадает с составом хвостовика штампа.