硬质合金模具

什么是硬质合金模具

作者：未知来源：网络点击数: 2507 日期：2008-6-11

在制造冲模时，利用高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温和膨胀系数小的硬质合金材料作为凸、凹模的冲模，称为硬质合金冲模。作为冲模凸、凹模材料的主要是钨钻类硬质合金。

硬质合金冲模的结构基本上与钢制冲模结构相同，可制做成单工序模，也可制成复合模及连续模。但因硬质合金本身有脆性，故冲裁时最好不使硬质合金刃口单边受力，在大批量生产所采用的模具结构，多为连续模结构。

无论采用何种结构形式，硬质合金冲模与一般钢制冲模相比，在结构上应具有如下特点 :

1 、模柄

硬质合金冲模多采用浮动式模柄结构，以避免在冲压时，压力机的精度对冲压工艺的影响。

2 、模架

硬质合金模具所采用的模架应具有足够的刚性。模板应比一般钢制冲模模板厚 5 ～lOmm ，多用 45 号钢制造， HRC38 ～420

3 、导向机构

模具的导向机构动作要平稳可靠、精度要高，一般采用滚珠导柱式模架，并多采用四导柱导向结构。

4 、垫板

为了防止硬质合金在冲压时碎裂，凹模及凸模都应加装淬硬的的垫板。（材料可用 T7 ）

5 、卸料及顶出装置

卸料及顶出装置，应尽量采用固定式卸料板结构，以防止冲压时对凹模的冲击作用。采用弹性卸料板时，要加小导柱对卸料板导向。为避免冲击，卸料板的压料台阶高度 h 应该比导料板厚度 H 小一个料厚，及 h=H-t-0.05 。

6 、凸、凹模间隙

凸、凹模间隙比钢制冲模要大，一般为料厚的 0.15 倍或取普通冲模间隙的 1.5 倍。

7 、导料板、定位销、导向销要进行热处理淬硬。

8 、凹模镶块结构，要保证与固定板组合后相对稳定。

硬质合金自本世纪20年代初由德国科学家发明以来，其"widia"（似金刚石）的名称面市，并首先制作钨丝拉伸模得到工业应用，取代了当时价格昂贵的金刚石拉伸模。我国硬质合金起步虽晚，但发展迅速。目前，硬质合金模具基本上已系列化和标准化。从近几年发展情况来看，我国硬质合金模具的研究和设计的理论已更深入也更科学，应用也更广泛。

一、硬质合金模具的种类

我国硬质合金模具根据用途可分为四类；

第一类为硬质合金拉丝模具，这类模具占硬质合金模具的绝大部分。我国目前拉丝模的主要牌号YG8、YG6、YG3，其次是YG15、YG6X、YG3X，近几年来主要硬质合金生产厂家也研制一些新牌号，如用于高速拉丝的新牌号YL，还有从国外引进的拉丝模牌号CS05（YLO．5），CG20（YL20），CG40（YL30）；ZK10、ZK20／ZK30。

第二类模具是冷镦冷冲模、整形模，主要牌号有YC20C、YG20、YG15、CT35以及株洲硬质合金厂的新牌号YJT30和中南工大粉末冶金厂的 MO15。

第三类模具是用于磁性材

料生产的无磁合金模，还有一些厂在研制生产。如YSN系列的YSN（包括20、25、30、35、40）以及钢结无磁模牌号TMF。如自贡硬质合金厂的YWC无磁合金。

第四类为热作模，这类合金暂无标准牌号，市场需要在增加。有些厂家正在研制开发，如YD40及上海材料所的旋锻模用CNW。

上述四类模具由于开发时间不同、材质的适应性有限、推广措施跟不上等原因，市场上的销售量差别很大。

二、硬质合金模具的使用技术现状

同样材质的硬质合金毛坯，在加工制成模具后，其使用寿命有的长，有的则很短。经解剖分析后，发现问题出在设计、加工、组装以及焊接等上。

1、硬质合金模具设计技术状况

拉丝模是一结构较简单的模具。80年代以前我国一直沿用前苏联的"直线型"理论设计，80年代后才有部分厂家引用50年代就提出了的"圆滑过渡"技术理论。近年来，我国学者对拉丝模进行了角度设计和环沟磨损的理论分析，提出了最大、最小拉拔角的概念，分析了金属在拉伸变形过程中对模具产生不均匀磨损的机理。广东工学院的研究人员对冷镦小规格螺钉用硬质合金模具进行了解剖分析，得出国产模具寿命低（200-400万次）而日本模具寿命高（900-1000万次）的秘密所在，其关键技术是在角度的设计上。即日本模在模芯底部与模套内孔底面中心接触部位采用了双凸面设计。它的优点是能使受力最大的中心部位保证紧密压靠，四周留下的空隙又可供过盈配合时，储藏从孔壁挤出的多余金属。沈阳桥梁厂对冷镦M12螺母用的硬质合金凹模，由原来的六角设计改为六瓣编装镶套组合起来使用。其平

均寿命 50万件／模，高的达 120万件／模。笔者认为这种设计比较合理，一是因为它比整体结构设计模节约硬质合金；二是它装配简单；三是模具更换容易，损坏一瓣可更换一瓣。

2．加工与装配技术对硬质合金模具的影向

硬质合金模具的尺寸精度和形位精度是靠磨削来实现的。由于对硬质合金的磨削力是对一般钢材磨削力的2-3倍。所以要求磨床的动力要大，刚性要高，就我国目前的机床水平，还没有加工硬质合金的专用磨床。故常造成加工误差，误差的累积效应将严重的损伤模具的使用寿命。在电火花加工过程中，由于放电的瞬间模具材料受到高达10000 C左右的高温作用和液体介质的作用，会使表层发生金相组织的变化，还有可能渗碳（工作液中的碳），渗金属（铜钨电极），甚至出现显微裂纹等，无疑影响寿命。镶套是为了使合金能承受更大的冲击和挤压负荷，不论是热压镶套还是冷压镶套，间隙要求都很严。一般冷压镶套选择0．03-0．05mm的过盈量，热压镶套为 0．08-0．10mm，型腔套的加温取700-800C，硬质合金取300C左右。热压完成后，放人600C箱式炉中保温Zh，以消除应力。

硬质合金的焊接也是一项关键技术，一般采用钎焊的较多。湖南省冶金材料研究所曾为西安飞机发动机制造公司研制了一种镍基钎焊料，在真空炉中钎焊硬质合金收到良好效果。

三、非标硬质合金和新型硬质合金模具应用现状

1．非标硬质合金模具毛坯应用状况

所谓非标是指未列于国家标准中的异型毛坯。这方面用得较多的是无磁模、级进模等。

无磁模一般选YG15或YG20硬质合金制作。如四川899厂就用 YG15来制软磁压模。江西光学仪器总厂就用YG20和 YG20C作软磁镜面冲载模。在冲载镍基合金IJ50时，镜面平行度＜0．005mm，粗糙度Ra＜0．2卜m，改用冲载技术后比研磨加工效率要高出几十倍。自贡无线电一厂用YWC无磁硬质合金作软磁材料成型模，寿命达50-100万次。无论是单工位还是多任务位级进模，大多选YG15、YG20和YG20C为主，也有选钢结合金的。如上海手表厂用硬质合金制作的分轮片组合级进模，在 300-400次／min的冲速下工作了216万次，生产高精度合格产品400万个。定子级进模也以300次／min的速度生产合格产品近 100

万个。南京长江机器厂的电机定、转子铁芯冲模刃磨1次可冲50万次，总寿命达5000-6000万次。江苏华晶电子集团的硬质合金多任务位级进模，在冲速400－600次／min下冲裁引线框架材料，总寿命约5000万次。大连电机厂的电器插件产品级进冲裁模，改用国产硬质合金后，使用寿命在7000万次以上，时间达 2年多。

近些年来，粉末冶金制品成形模、整形模也开始选用硬质合金材料。如YGS成形模每付可压70万件产品，而钢模仅1000次／副，高铬钢5000件／副。沪州长江机械厂用YGS 做双金属轴套整形模，寿命达 100万件以上，而GCr15钢模寿命仅 1000件。

四．新型硬质合全模具材料的开发

在开发新型硬质合金材料上，前几年以铁镍代钻为热门。如湖南省冶金材料所开发的相当于 YG、YG20、YG25的高强韧性硬质合金，在用于冷镦模、冷挤压模等方面收到较好的