blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-2-155-160blackmet-2705Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИсследование изменения температуры прессового инструмента при обработке лазеромInvestigation of changes in temperature of pressing tool during laser processinghttps://orcid.org/0000-0002-9019-4675ЧиченевН. А.ChichenevN. A.

Николай Алексеевич Чиченев, д.т.н., профессор кафедры инжиниринга технологического оборудования

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Nikolai A. Chichenev, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Engineering of Technological Equipment”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

chich38@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4368-5965ГорбатюкС. М.GorbatyukS. M.

Сергей Михайлович Горбатюк, д.т.н., профессор кафедры «Инжиниринг технологического оборудования»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Sergei M. Gorbatyuk, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Engineering of Technological Equipment”

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

sgor02@mail.ruСоломоновК. Н.SolomonovK. N.

Константин Николаевич Соломонов, д.т.н., профессор кафедры социально-гуманитарных, естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин

Россия, 394026, Воронеж, ул. Урицкого, 75а

Konstantin N. Solomonov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Social, Humanitarian, Natural Sciences and General Professional Discipline

75a Uritskogo Str., Voronezh 394026, Russian Federation

konssol@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1099-5801СниткоС. А.SnitkoS. A.

Сергей Александрович Снитко, д.т.н., доцент, заведующий кафед­рой «Обработка металлов давлением»

Россия, Донецкая народная республика, 283001, Донецк, ул. Артема, 58

Sergei A. Snitko, Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Head of the Chair “Metal Forming”

58 Artema Str., Donetsk, Donetsk People’s Republic 283001, Russian Federation

snitko_sa@mail.ruЧиченеваО. Н.ChichenevaO. N.

Ольга Николаевна Чиченева, к.т.н., доцент

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Ol’ga N. Chicheneva, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof.

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

chich38@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationФилиал Ростовского государственного университета путей сообщения в г. ВоронежРоссияVoronezh Branch of the Rostov State Transport UniversityRussian FederationДонецкий национальный технический университетРоссияDonetsk National Technical UniversityRussian Federation202420042024672155160Copyright © Чиченев Н.А., Горбатюк С.М., Соломонов К.Н., Снитко С.А., Чиченева О.Н., 20242024Чиченев Н.А., Горбатюк С.М., Соломонов К.Н., Снитко С.А., Чиченева О.Н.Chichenev N.A., Gorbatyuk S.M., Solomonov K.N., Snitko S.A., Chicheneva O.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2705

Работа посвящена повышению износостойкости кузнечно-прессового инструмента, в частности пуансонов для пробивки отверс­тий и вырубных штампов. Низкая стойкость инструмента приводит к повышению стоимости готовых изделий, увеличению трудовых и материальных затрат на замену изношенного инструмента и его наладку, снижению производительности прессового оборудования и повышению количества бракованной продукции. Представлена методика теоретического исследования для решения задачи по расчету температурного поля штампового инструмента при лазерной обработке. Составлено дифференциальное уравнение для численного решения поставленной задачи. Предложены режимы лазерной термообработки пуансона для пробивки отверстий и штампового инструмента из стали повышенной твердости. Натурные испытания, проведенные в промышленных условиях, показали, что рекомендованные режимы лазерной термообработки позволили повысить стойкость пуансона, предназначенного для пробивки отверстий, в 2 – 3 раза, а стойкость вырубных штампов в 2,2 – 2,8 раз.

The article is devoted to improving the wear resistance of forging tools, in particular punches for punching holes and cutting stamp dies. Low tool life leads to an increase in the cost of finished products, an increase in labor and material costs for replacing worn tools and adjusting them, a decrease in the productivity of pressing equipment and an increase in the number of defective products. A method is presented for theoretical research of solving the problem of calculating the temperature field of a stamp die tool during laser processing. A differential equation was compiled for a numerical solution of the problem. The authors proposed the modes of laser heat treatment of a punch for punching holes and a stamp die tool made of high-hardness steel. Field tests conducted in industrial conditions showed that the proposed laser heat treatment modes made it possible to increase resistance of the punch intended for punching holes by 2 – 3 times and the resistance of the stamp dies by 2.2 – 2.8 times.

кузнечно-прессовое производствополе температурпуансонштамплазерpress forgingtemperature fieldpunchstamp dielaserReferencesРогов В.А., Позняк Г.Г. Технология машиностроения. Штамповочное и литейное производство: Учебник. Москва: Издательство Юрайт; 2022:319.Rogov V.A., Poznyak G.G. Mechanical Engineering Technology. Stamping and Foundry production: Textbook. Moscow: Yurait Publ.; 2022:319.Константинов И.Л., Сидельников С.Б. Кузнечно-штамповочное производство: Учебник. Москва: НИЦ ИНФРА-М; 2021:464.Konstantinov I.L., Sidel’nikov S.B. Press Forging: Textbook. Moscow: Scientific Research Center INFRA-M; 2021:464.Семенов Е.И. Ковка и горячая штамповка: Учебник. Москва: МГИУ; 2011:414.Semenov E.I. Forging and Hot Stamping: Textbook. Moscow: MSIU; 2011:414.Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник. Москва: Академия; 2008:479.Bocharov Yu.A. Press Forging Equipment: Textbook. Moscow: Akademiya; 2008:479.Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник / Под ред. Л.И. Живова. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2006:560.Zhivov L.I., Ovchinnikov A.G., Skladchikov E.N. Press For­ging Equipment: Textbook. Moscow: N.E. Bauman MSTU Publ.; 2006:560.Ефремов Д.Б., Степанов В.М., Чиченева О.Н. Модернизация механизма быстрого отжима валков прокатной клети ДУО стана 2800 АО «Уральская Сталь». Сталь. 2020;(8):44–47.Efremov D.B., Stepanov V.M., Chicheneva O.N. Upgrading of the roll emergency lifting mechanism of the mill 2800 rolling stand of the JSC “Ural Steel”. Stal’. 2020;(8):44–47. (In Russ.).Nefedov A.V., Svichkar V.V., Chicheneva O.N. Re-engineering of equipment to feed the melting furnace with aluminum charge. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021: 1198–1204. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_139Nefedov A.V., Svichkar V.V., Chicheneva O.N. Re-engineering of equipment to feed the melting furnace with aluminum charge. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021: 1198–1204. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_139Нефедов А.В., Китанов А.А., Чиченев Н.А. Реинжиниринг роликовой закалочной машины листопрокатного цеха АО «Уральская Сталь». Черные металлы. 2022;(3):22–26.Nefedov A.V., Kitanov A.A. Chichenev N.A. Reengineering of the roller hardening machine of the sheet-rolling shop of JSC Ural Steel. Chernye metally. 2022;(3):22–26. (In Russ.).Нефедов А.В., Танчук А.В., Чиченев Н.А. Модернизация привода опрокидывателя рудных вагонеток Донского ГОК АО «ТНК Казхром». Горный журнал. 2022;(8): 52–56. https://doi.org/10.17580/gzh.2022.08.07Nefedov A.V., Tanchuk A.V., Chichenev N.A. Modernization of the tipper drive for ore trolleys at the Donskoy Mining and Processing Plant of TNK Kazchrome JSC. Gornyi zhurnal. 2022;(8):52–56. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/gzh.2022.08.07Самусев С.В., Фадеев В.А., Сидорова Т.Ю. Разработка эффективных калибровок формовки листовой заготовки для производства прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметров. Металлург. 2020;(7):55–59.Samusev S.V., Fadeev V.A., Sidorova T.Yu. Development of effective calibrations for forming blank for production of longitudinal welded pipes of small and medium diameters. Metallurgist. 2020;64(7-8):658–664.Горбатюк С.М., Морозова И.Г., Наумова М.Г. Разработка рабочей модели процесса реиндустриализации производства термической обработки штамповых сталей. Из­­вестия вузов. Черная металлургия. 2017;60(5):410–415. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-410-415Gorbatyuk S.M., Morozova I.G., Naumova M.G. Development of the working model of production reindustrialization of die steel heat treatment. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(5):410–415. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5-410-415Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочник. В 3-х т. Т. 3. Термическая и термомеханическая обработка стали и чугуна / Под ред. Рахштадта А.Г., Капуткиной Л.М., Прокошкина С.Д., Супова А.В. Москва: Интермет Инжиниринг; 2007:919.Metallurgy and Heat Treatment of Steel and Cast Iron: Refe­rence Book. In 3 vols. T. 3. Thermal and Thermomechanical Processing of Steel and Cast Iron / Rakhshtadt A.G., Kaputkina L.M., Prokoshkina S.D., Supova A.V. eds. Moscow: Intermet Engineering; 2007:919.Стенико А., Тами В. Совершенствование процесса прямой закалки на заводе компании Nucor Tuscaloosa. Черные металлы. 2018;(12):41–43.Steniko A., Tami V. Improvement of direct hardening process at the Nucor Tuscaloosa plant. Chernye metally. 2018;(12):41–43. (In Russ.).Chichenev N.A., Gorbatyuk S.M., Naumova M.G., Morozova I.G. Using the similarity theory to describe laser harde­ning processes. CIS Iron and Steel Review. 2020;19:44–47Chichenev N.A., Gorbatyuk S.M., Naumova M.G., Morozova I.G. Using the similarity theory to describe laser harde­ning processes. CIS Iron and Steel Review. 2020;19:44–47Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учебное пособие. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2006:663.Grigor’yants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technological Processes of Laser Processing: Tutorial. Moscow: N.E. Bauman MSTU Publ.; 2006:663.Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / Под ред. В.Я. Панченко. Москва: ФИЗМАТЛИТ; 2009:664.Laser Technologies for Materials Processing: Modern Problems of Fundamental Research and Applied Developments. Panchenko V.Ya. ed. Moscow: FIZMATLIT; 2009:664.Milenin A., Petrov P., Petrov M., Krutina E. Numerical model of fracture in magnesium alloys during forming processes. Steel Research International. 2012;(SPL. ISSUE):847–850.Milenin A., Petrov P., Petrov M., Krutina E. Numerical model of fracture in magnesium alloys during forming processes. Steel Research International. 2012;(SPL. ISSUE):847–850.Максимов Е.А. Шаталов Р.Л., Крутина Е.В. Методика расчета деформационных и энергосиловых парамет­ров при совмещенной ротационной вытяжке и поперечной прокатке дисков колес. Производство проката. 2019;(10):9–14.Maksimov E.A., Shatalov R.L., Krutina E.V. Procedures for calculation of deformation and energy-power parameters for combined rotary drawing and cross rolling of wheel disks. Proizvodstvo prokata. 2019;(10):9–14. (In Russ.).Kiani-Rashid A.R., Rounaghi S.A. The new methods of graphite nodules detection in ductile cast iron. Materials and Manufacturing Processing. 2011;26(2):242–248. https://doi.org/10.1080/10426914.2010.520788Kiani-Rashid A.R., Rounaghi S.A. The new methods of graphite nodules detection in ductile cast iron. Materials and Manufacturing Processing. 2011;26(2):242–248. https://doi.org/10.1080/10426914.2010.520788Di Cocco V., Iacoviello F., Cavallini M. Damaging micromechanisms characterization of a ferritic ductile cast iron. Engineering Fracture Mechanics. 2010;77(11):2016–2023. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.03.037Di Cocco V., Iacoviello F., Cavallini M. Damaging micromechanisms characterization of a ferritic ductile cast iron. Engineering Fracture Mechanics. 2010;77(11):2016–2023. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.03.037Chaus A.S., Soyka J., Pokrovskii A.I. Effect of hot plastic deformation on microstructural changes in cast iron with glo­bular graphite. The Physics of Metals and Metallography. 2013; 114(1):84–95. https://doi.org/10.1134/S0031918X13010031Chaus A.S., Sojka J., Pokrovskii A.I. Effect of hot plastic deformation on microstructural changes in cast iron with glo­bular graphite. The Physics of Metals and Metallography. 2013;114(1):84–95. https://doi.org/10.1134/S0031918X13010031Zhao X., Jing T.F., Gao Y.W., Qiao G.Y., Zhou J.F., Wang W. Morphology of graphite in hot compressed nodular iron. Journal of Materials Science. 2004;39(19):6093–6096. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041709.60100.56Zhao X., Jing T.F., Gao Y.W., Qiao G.Y., Zhou J.F., Wang W. Morphology of graphite in hot compressed nodular iron. Journal of Materials Science. 2004;39(19):6093–6096. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041709.60100.56Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. Москва: Наука; 1964:487.Carslaw H.S., Jaeger J.C. Conduction of Heat in Solids. London: Oxford University Press; 1947.Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математичес­кой физики: учебник. Москва: МГУ им. М.В. Ломоносова; 2004:800.Tikhonov A.N., Samarskii A.A. Equations of Mathematical Physics: Textbook. Moscow: M.V. Lomonosov MSU; 2004:800.Thambynayagam R. K. M. The Diffusion Handbook: App­lied Solutions for Engineers. McGraw-Hill Professional; 2011:2048.Thambynayagam R. K. M. The Diffusion Handbook: App­lied Solutions for Engineers. McGraw-Hill Professional; 2011:2048.Ткаченко Л.А., Репина А.В. Теория теплообмена: Учеб­ное пособие. Казань: Изд-во Казанского университета; 2017:151.Tkachenko L.A., Repina A.V. Heat Transfer Theory: Tutorial. Kazan: Kazan University Publ.; 2017:151.Ushakov I.V. Method of mechanical testing of laser treated metallic glass by indenters with different geometry. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2007;6597:659714. https://doi.org/10.1117/12.726773Ushakov I.V. Method of mechanical testing of laser treated metallic glass by indenters with different geometry. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2007;6597:659714. https://doi.org/10.1117/12.726773Shinkaryov A.S., Ozherelkov D.Yu., Pelevin I.A., Eremin S.A., Anikin V.N., Burmistrov M.A., Chernyshikhin S.V., Gromov A.A., Nalivaiko A.Yu. Laser fusion of aluminum powder coated with diamond particles via selective laser melting: powder preparation and synthesis description. Coatings. 2021;11(10):1219. https://doi.org/10.3390/coatings11101219Shinkaryov A.S., Ozherelkov D.Yu., Pelevin I.A., Eremin S.A., Anikin V.N., Burmistrov M.A., Chernyshikhin S.V., Gromov A.A., Nalivaiko A.Yu. Laser fusion of aluminum powder coated with diamond particles via selective laser melting: powder preparation and synthesis description. Coatings. 2021;11(10):1219. https://doi.org/10.3390/coatings11101219Ganzulenko O.Y., Petkova A.P. Simulation and approbation of the marking laser process on metal materials. Journal of Physics: Conference Series. 2021;1753(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1753/1/012016Ganzulenko O.Y., Petkova A.P. Simulation and approbation of the marking laser process on metal materials. Journal of Physics: Conference Series. 2021;1753(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1753/1/012016Пичуев А.В., Петров В.Л. Обоснование схемы замещения шахтной подземной электрической сети для анализа режимов утечки тока через изоляцию. Горные науки и технологии. 2023;8(1):78–86. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-01-72Pichuev A.V., Petrov V.L. Equivalent circuit for mine power distribution systems for the analysis of insulation leakage current. Mining Science and Technology (Russia). 2023;8(1):78–86. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-01-72Zhang Y.Q., Jiang S.Y., Zhao Y.N., Shan D.B. Isothermal precision forging of complex-shape rotating disk of aluminum alloy based on processing map and digitized techno­logy. Materials Science and Engineering: A. 2013;580:294–304. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.05.059Zhang Y.Q., Jiang S.Y., Zhao Y.N., Shan D.B. Isothermal precision forging of complex-shape rotating disk of aluminum alloy based on processing map and digitized techno­logy. Materials Science and Engineering: A. 2013;580:294–304. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.05.059Zheng J.H., Lin J.G., Lee J., Pan R., Li C., Davies C.M. A novel constitutive model for multi-step stress relaxation ageing of a pre-strained 7xxx series alloy. International Journal of Plasticity. 2018;106:31–47. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.02.008Zheng J.H., Lin J.G., Lee J., Pan R., Li C., Davies C.M. A novel constitutive model for multi-step stress relaxation ageing of a pre-strained 7xxx series alloy. International Journal of Plasticity. 2018;106:31–47. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.02.008

The authors declare that there are no conflicts of interest present.