Классификация трещин чеканочного инструмента (штемпелей)
Классификация трещин чеканочного инструмента (штемпелей )
Чеканка. Реплика трещины штемпеля Чеканка(4) представляет операцию, при которой происходит образование выпукло-вогнутого рельефа на поверхности заготовок за счет местного изменения толщины материала и заполнения им рельефной полости чеканочного инструмента . Чеканка, в настоящее время, осуществляется на холодноштамповочных кривошипно-коленных быстроходных прессах-автоматах, требующих высоких удельных давлений при небольших рабочих ходах ползуна . Чеканка производится в закрытых штампах без вытеснения металла из рабочей полости штампа . В процессе работы пресса энергия удара преобразуется в пластическую деформацию заготовки, в упругую деформацию штемпелей, а часть энергии - в тепловую , что приводит к нагреванию штемпелей .Упругая деформация штемпелей генерирует сжимающие и растягивающие напряжения, а материал заготовки, из-за свойств текучести, не только заполняет форму рельефа, но и перемещается в радиальном направлении от центра заготовки , что ведет к возникновению сил трения между поверхностями чеканочного инструмента и материалом заготовки . Марки металлов из которых изготавливается рабочий чеканочный инструмент, в дальнейшем по тексту – штемпеля отличаются от марок металлов заготовок твердостью и пределом текучести . Заготовки монет изготавливаются из латуни, бронзы, медно-никелевого сплава , а также стали и меди с нанесенными плакированными слоями мельхиора или латуни . Среднее удельное давление прессования составляет 2000 МПа , соответственно рабочие штемпеля изготавливаются из инструментальных легированных сталей обладающих высокой износостойкостью типа Х12Ф1 . Твердость штемпелей после термообработки 59-61 HRC . Высокое удельное давление прессования сопоставимо с пределом текучести для материала штемпелей . Снижение предела текучести материалов штемпелей , даже на небольшую величину, ведет к пластическим деформациям поверхности самих штемпелей при отсутствии заготовки . Установленный ресурс штемпелей зависит от толщины и марки штампуемого материала, марки материала штемпелей, используемого оборудования и может составлять до 600 тыс.циклов . На основании многолетних статистических данных причин отказа штемпелей ()– выработка установленного ресурса по количеству ударов составляет 38% , а появление трещин на штемпеле составляет 10% . При чеканке материал заготовки заполняет полость трещины штемпеля и на монете остается выпуклый оттиск трещины - реплика . Реплику трещины на монете будем использовать для классификации трещин штемпелей. Скорость чеканки зависит от марки используемого оборудования и составляет от 3 монет в секунду, что позволяет с помощью реплик отследить историю развития трещин. В дальнейшем, ниже по тексту, реплика трещины на монете – трещина штемпеля .
Причины зарождения трещин в штемпелях: остаточные напряжения, конструктивные и приобретенные концентраторы напряжений Остаточные напряжения возникают при усилиях растяжения и сжатия и сохраняются внутри изделия. после прекращения усилий . Классификация уравновешивающихся остаточных напряжений впервые была приведена академиком Н.Н.Давиденковым (5). Рассмотрим классификацию в следующей формулировке : - остаточные напряжения 1-ого рода (макроскопические), имеют ориентацию, связанную с формой изделия . - остаточные напряжения 2-ого рода (микронапряжения, кристаллитные), распространяются на отдельные зерна металла или группу зерен - остаточные напряжения 3-его рода (субмикроскопические), относятся к искажениям атомной решетки кристалла . Остаточные напряжения всех видов существуют совместно друг с другом, суммируются , достигая на некоторых участках критической величины , что может привести к зарождению микротрещин . Существуют две физические причины возникновения микротрещин сходные с явлениями фазовых превращений : вакансионное зарождение и образование микротрещин вследствие слияния дислокаций . Внутренние напряжения в изделиях возникают на этапах термообработки, механообработки, шлифовки (где присутствуют процессы нагревания и охлаждения), а также в процессе чеканки - за счет упругой деформации генерирующей сжимающие и растягивающие напряжения . При нарушениях технологических режимов изготовления (термообработки, шлифовки) внутренние напряжения возникают неконтролируемо и достаточно большой величины , что может привести к возникновению микротрещин или даже к разрушению заготовок Местные изменения сплошности или однородности (концентраторы напряжений) приводящие к местному(локальному) повышению напряжений , также могут привести к зарождению микротрещин . Понятие “концентрация напряжений” ввел профессор Инглис : концентрация напряжений – число, показывающее, во сколько раз локальное напряжение превышает среднее значение напряжений. Инглис обратил внимание, что сквозной эллиптический вырез в пластине создает локальные напряжения на границе выреза во много раз превышающие средние напряжения на удалении от выреза : σгр. = σср. (1+2(a/b)) , где a,b – большая и малая полуоси эллипса (1) Причем локальные напряжения не связаны с размерами выреза, а зависят только от формы выреза . К конструктивным граничным концентраторам напряжений отнесем кромки штемпеля . К конструктивным поверхностным концентраторам напряжений отнесем : острые углы, выточки, границы полостей выпукло-вогнутого изображения . Конструктивные поверхностные концентраторы напряжений находятся на различных высотах на выпукло-вогнутом изображении друг относительно друга и создают неоднородность . К приобретенным концентраторам напряжений отнесем мелкие острые сколы приобретенные в результате усталости материала штемпелей . Следовательно, причинами зарождения трещин могут быть высокие внутренние остаточные напряжения, конструктивные и приобретенные концентраторы напряжений , а также комбинации этих факторов .
Рост трещин в результате ударного воздействия и ослабления поверхностного слоя Микротрещины, зарождающиеся в изделиях, должны располагаться в соответствии с напряженным состоянием . При напряженном состоянии во всем объеме изделия следует ожидать глубоких трещин, а при двухосном напряженном состоянии в поверхностном слое . Штемпеля с трещинами выходящими на поверхность отбраковываются на этапах пооперационного технического контроля, а штемпеля с внутренними трещинами , с остаточными внутренними напряжениями различной величины могут быть использованы в качестве чеканочного инструмента . Микротрещины размерами от 10-9 до 10-7 м могут существовать достаточно длительное время в указанном диапазоне. Существующая в теле трещина станет распространяться, если высвобождение энергии деформации на единицу длины трещины превзойдет работу на разрыв связей . Причинами распространения трещин являются сжимающие и растягивающие напряжения возникающие в процессе чеканки и ведущие к перераспределению внутренних напряжений штемпелей, которые могут достичь критичной величины на некоторых участках, а также обезуглероживание, со временем, поверхностного слоя штемпелей - приводит к снижению критичной величины работы на разрыв связей .Ослабление поверхностного слоя, со временем, происходит также из-за трения между поверхностями штемпелей и материалом заготовок . Трещина после превышения размеров 10-7 м представляет собой мощный концентратор напряжений и может уже быстро расти за счет сконцентрированных напряжений в процессе ударных воздействий при чеканке : Чем острее кончик трещины, тем большую величину напряжения она концентрирует, а с увеличением длины(глубины) увеличивается и скорость роста трещины . Существуют три основных типа раскрытия трещин относительно фронта, с помощью которых или их комбинаций может быть описана любая трещина :
Рис.1 Типы раскрытия трещин относительно фронта
Стрелки на Рис.2 указывают направления сдвиговых напряжений . Тип I – трещина нормального отрыва . В дальнейшем будем называть – “отрыв” Тип II – трещина поперечного сдвига. В дальнейшем будем называть такие трещины – “сдвиг” Тип III – трещина продольного сдвига В дальнейшем будем называть такие трещины – “ступенька”
Классификация трещин штемпелей
Каталог трещин штемпелей можно получить по заявке по электронной почте указанной в http://inginer.ru/contacts.html
Используемая литература : 1. ГОСТ 22472-87 Штампы для листовой штамповки. Общие технические условия 2. ГОСТ 5950-2000 Прутки, полосы, мотки из инструментальной стали. Общие технические условия 3. ГОСТ 25.506-85 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости ( вязкости разрушения ) при статистическом нагружениии 4. Орлов С.В., Чулкин С.Г., Жуков В.А. Деградация рельефа поверхности чеканочного инструмента, Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы Международной науч.-практ.конференции, СПб,Из-во Политех.ун-та, 2011г. 5. Давиденков Н.Н. К вопросу классификации и проявлении остаточных напряжений, Заводская лаборатория , №3 , 1958г.
Размещена 08.11.2013 | Просмотров: 2281 | Источник:
Читайте также:
Формирование товарищества собственников жилых либо нежилых помещений в деревне Расторжение брака Assassin's Creed 3 уже в пути Оперативное финансовое планирование, его содержание и значение Послеродовая депрессия молодых отцов Что такое сальса? Шуруповёрт, как выбрать Плюсы и минусы твердотельных SSD накопителей Обмен квартир или ищите маклера Финансовая работа на предприятии, ее содержание и задачи
|