15 Мая 2018

ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ШТАМПОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ СЛОЖНОКОНТУРНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ МАЛЫХ СЕЧЕНИЙ (Монография, часть 16)

(читать ЧАСТЬ 15)

2.4.1. Обеспечение надежности по критерию объемной прочности инструментов

Исследования данного направления включают разработку научных методов уменьшения отказов рассматриваемых штампов из-за объемных выкрашиваний и изломов рабочих кромок тонкостенных сложноконтурных пуансонов малых сечений, изготовленных из твердого сплава, а также из-за выкрашивания рабочих кромок и трещин стенок твердосплавных вставных матриц, имеющих рабочие окна, соответствующие указанным профилям сечения пуансонов. В состав исследований входят: поиск физических и геометрических факторов, влияющих на разрушение рабочих кромок инструментов: нахождение зависимостей разрушающих напряжений, действующих в локальных объемах материала инструмента от воздействующих внешних механических факторов, механических параметров материала и геометрических факторов, описывающих локальную характеристику сложности контура инструмента. Наблюдениями автора установлено [14 15], что излом пуансона происходит от циклически действующих растягивающих напряжений, максимальные величины которых образуются в объемах материала, прилегающих к опасным переходным зонам участков контура. Геометрическими факторами, характеризующими опасные переходные зоны контуров сечений пуансона и их расположение, приняты места, в которых текущая ширина сечения приближается к толщине штампуемого материала [14, 15]. Трещины стенок вставных матриц происходят от статически действующих растягивающих напряжений, максимальные величины которых образуются в объемах материала, прилегающих к опасным переходным зонам контура окна матрицы, расположенным у выпуклостях к наружу окна. Данные разрушения происходят, в отличие от пуансонов, значительно реже и объясняются действием высоких внутренних контактных давлений, образующихся, как правило, при забивке полости окна матрицы отходами.

Геометрическими факторами,  характеризующими   опасные переходные зоны контуров матриц и их  расположение, приняты места, в которых соблюдается наибольшее соотношение текущего радиуса контура к текущей толщине стенки вставной матрицы [15,16].

Выкрашивание же рабочих кромок как пуансонов так и матриц, происходит от циклически действующих растягивающих напряжений в объемах, близко расположенным к зонам пластического контакта с разделяемым материалом. При этом выкрашивания могут в общем наблюдаться, во всех местах рабочего контура инструмента, но у пуансонов, как правило, в неопасных зонах; изломы же – в основном в указанных выше опасных зонах у обоих инструментов.

На основании разработанных физических моделей объемного разрушения инструментов произведены расчетные оценки вероятности наступления данных отказов и стойкости к их наступлению. Произведенная проверка этих параметров, рассчитанных по другим (вероятностным) моделям показали незначительное расхождение – в пределах 10%. Анализ данных моделей позволяет определить конструктивные методы обеспечения надежности штампов по рассматриваемому критерию.

На Рис. 2.5 представлена структурная схема обеспечения надежности исследуемых штампов по критерию объемной прочности его инструментов. Схема показывает специфику этапов обеспечения надежности штампов по данному критерию, включая модели отказов, расчет, методы и оценки обеспечения.

2.4.2. Обеспечение надежности по критерию поверхностной прочности инструментов

Данное направление исследований включает научные методы уменьшения числа отказов из-за заусенцев недопустимой по техническим условиям высоты на поверхностях отштампованных деталей. Исследованиями автора [2,17] доказано, что значительное количество таких отказов является следствием повышенного износа рабочих кромок сложноконтурных инструментов по сравнению с износом таковых у инструментов простых форм, сопоставимых по размерам поперечных сечений с  первыми. Эти исследования включают выявление физических и геометрических факторов, влияющих на износ инструментов. В работе [19] принято и доказано, что в условиях разделительных операций характерна механика адгезионного износа, которая состоит из: образования металлической связи в результате разрыва химических связей между материалом инструмента и кислородом в виде пленок окислов, разрушение данных связей и последующий выход продуктов данного разрушения из контактной зоны. При этом разрыв металлических связей является результатом активации приповерхностных слоев зоны контакта. Энергия для такой активации выделяется пластической деформацией микронеровностей контактируемых поверхностей, которая мультигенерирует дефекты кристаллической структуры. Деформация разрушает адгезионные связи в локальных зонах нахождения дефектов структуры материала.

Механика износа твердосплавного инструмента состоит из образования адгезионной связи после контакта штампуемого материала с кобальтовой прослойкой, удаление разрушенной прослойки из контактной зоны с последующим выносом зерен карбида вольфрама при следующем контакте. Процессы разрушения кобальтовой прослойки начинаются с мультигенерирования дефектов ее кристаллической структуры, имеющих, как правило,технологическое происхождение. Повышенный износ сложноконтурных твердосплавных инструментов объясняется повышенным количеством таких дефектов в местах перегиба их контуров поперечных сечений, которых значительно больше, чем в поперечных сечениях инструментов простых контуров.

Геометрическими факторами, характеризующими интенсивность изнашивания в местах участков перегиба контуров инструментов, приняты полярные углы обхвата участков перегиба и их текущие радиусы [17]. В данной работе также принято допущение, основанное на данных наблюдений, что микроразрушение приповерхностного слоя твердого сплава (износ), а также его макроразрушение (выкрашивания и изломы) имеют общую физическую природу возникновения. Первоначальное накопление субмикротрещин от мультигенерации указанных дефектов кристаллических структур кобальтовой прослойки приводит к микроразрушению (износу), а дальнейшее объединение таких трещин в макроскопическую под воздействием усталостных и (или) технологических факторов  характеризует макроразрушение данного слоя, т.е. процесс возникновения выкрашивания или излома. В отдельных случаях излом возникает и от макродефектов, т.е. от трещин технологического происхождения в виде  макропустот. Рост изначальных размеров возникших усталостных трещин  или технологических трещин в геометрически опасных местах переходных зон инструментов приводит зачастую к излому (усталостному у пуансона и статическому у матриц), а рост таковой в неопасных местах в пределах зон пластического контакта со штампуемым материалом приводит обычно к усталостному выкрашиванию кромок у обоих инструментов.

С данным видом отказа имеет непосредственную связь и отказ в виде вытягивания на поверхность зеркала матрицы отходов. Данное явление наблюдается как результат повышенного износа кромок инструментов сложного контура. Наблюдениями установлено, что данное нарушение устойчивости движения отходов при сложноконтурном...

(читать ЧАСТЬ 17)