硬質(zhì)合金自本世紀(jì)20年代初由德國(guó)科學(xué)家發(fā)明以來(lái)，以其"widia"（似金剛石）的名稱(chēng)面市，并首先制作鎢絲拉伸模得到工業(yè)應(yīng)用，取代了當(dāng)時(shí)價(jià)格昂貴的金剛石拉伸模。
我國(guó)硬質(zhì)合金起步雖晚，但發(fā)展迅速。目前，硬質(zhì)合金模具基本上已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。從近幾年發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)硬質(zhì)合金模具的研究和設(shè)計(jì)的理論已更深入也更科學(xué)，應(yīng)用也更廣泛。
一、硬質(zhì)合金模具的種類(lèi)
我國(guó)硬質(zhì)合金模具根據(jù)用途可分為四類(lèi)；
第一類(lèi)為硬質(zhì)合金拉絲模具，這類(lèi)模具占硬質(zhì)合金模具的絕大部分。我國(guó)目前拉絲模的主要牌號(hào)YG8、YG6、YG3，其次是YG15、YG6X、YG3X，近幾年來(lái)主要硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠家也研制一些新牌號(hào)，如用于高速拉絲的新牌號(hào)YL，還有從國(guó)外引進(jìn)的拉絲模牌號(hào)CS05（YLO．5），CG20（YL20），CG40（YL30）；ZK10、ZK20／ZK30。
第二類(lèi)模具是冷鐓冷沖模、整形模，主要牌號(hào)有YC20C、YG20、YG15、CT35以及株洲硬質(zhì)合金廠的新牌號(hào)YJT30和中南工大粉末冶金廠的
MO15。
第三類(lèi)模具是用于磁性材
料生產(chǎn)的無(wú)磁合金模，還有一些廠在研制生產(chǎn)。如YSN系列的YSN（包括20、25、30、35、40）以及鋼結(jié)無(wú)磁模牌號(hào)TMF。如自貢硬質(zhì)合金廠的YWC無(wú)磁合金。
第四類(lèi)為熱作模，這類(lèi)合金暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，市場(chǎng)需要在增加。有些廠家正在研制開(kāi)發(fā)，如YD40及上海材料所的旋鍛模用CNW。
上述四類(lèi)模具由于開(kāi)發(fā)時(shí)間不同、材質(zhì)的適應(yīng)性有限、推廣措施跟不上等原因，市場(chǎng)上的銷(xiāo)售量差別很大。
二、硬質(zhì)合金模具的使用技術(shù)現(xiàn)狀
同樣材質(zhì)的硬質(zhì)合金毛坯，在加工制成模具后，其使用壽命有的長(zhǎng)，有的則很短。經(jīng)解剖分析后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在設(shè)計(jì)、加工、組裝以及焊接等上。 1、硬質(zhì)合金模具設(shè)計(jì)技術(shù)狀況
拉絲模是一結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的模具。80年代以前我國(guó)一直沿用前蘇聯(lián)的"直線型"理論設(shè)計(jì)，80年代后才有部分廠家引用50年代就提出了的"圓滑過(guò)渡"技術(shù)理論。
近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)拉絲模進(jìn)行了角度設(shè)計(jì)和環(huán)溝磨損的理論分析，提出了最大、最小拉拔角的概念，分析了金屬在拉伸變形過(guò)程中對(duì)模具產(chǎn)生不均勻磨損的機(jī)理。廣東工學(xué)院的研究人員對(duì)冷鐓小規(guī)格螺釘用硬質(zhì)合金模具進(jìn)行了解剖分析，得出國(guó)產(chǎn)模具壽命低（200-400萬(wàn)次）而日本模具壽命高（900-1000萬(wàn)次）的秘密所在，其關(guān)鍵技術(shù)是在角度的設(shè)計(jì)上。即日本模在模芯底部與模套內(nèi)孔底面中心接觸部位采用了雙凸面設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)是能使受力最大的中心部位保證緊密壓*，四周留下的空隙又可供過(guò)盈配合時(shí)，儲(chǔ)藏從孔壁擠出的多余金屬。沈陽(yáng)橋梁廠對(duì)冷鐓M12螺母用的硬質(zhì)合金凹模，由原來(lái)的六角設(shè)計(jì)改為六瓣編裝鑲套組合起來(lái)使用。其平均壽命
50萬(wàn)件／模，高的達(dá)
120萬(wàn)件／模。筆者認(rèn)為這種設(shè)計(jì)比較合理，一是因?yàn)樗日w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模節(jié)約硬質(zhì)合金；二是它裝配簡(jiǎn)單；三是模具更換容易，損壞一瓣可更換一瓣。
2．加工與裝配技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金模具的影向
硬質(zhì)合金模具的尺寸精度和形位精度是*磨削來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于對(duì)硬質(zhì)合金的磨削力是對(duì)一般鋼材磨削力的2-3倍。所以要求磨床的動(dòng)力要大，剛性要高，就我國(guó)目前的機(jī)床水平，還沒(méi)有加工硬質(zhì)合金的專(zhuān)用磨床。故常造成加工誤差，誤差的累積效應(yīng)將嚴(yán)重的損傷模具的使用壽命。
在電火花加工過(guò)程中，由于放電的瞬間模具材料受到高達(dá)10000
C左右的高溫作用和液體介質(zhì)的作用，會(huì)使表層發(fā)生金相組織的變化，還有可能滲碳（工作液中的碳），滲金屬（銅鎢電極），甚至出現(xiàn)顯微裂紋等，無(wú)疑影響壽命。
鑲套是為了使合金能承受更大的沖擊和擠壓負(fù)荷，不論是熱壓鑲套還是冷壓鑲套，間隙要求都很?chē)?yán)。一般冷壓鑲套選擇0．03-0．05mm的過(guò)盈量，熱壓鑲套為
0．08-0．10mm，型腔套的加溫取700-800C，硬質(zhì)合金取300C左右。熱壓完成后，放人600C箱式爐中保溫Zh，以消除應(yīng)力。
硬質(zhì)合金的焊接也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一般采用釬焊的較多。湖南省冶金材料研究所曾為西安飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司研制了一種鎳基釬焊料，在真空爐中釬焊硬質(zhì)合金收到良好效果。
三、非標(biāo)硬質(zhì)合全和新型硬質(zhì)合金模具應(yīng)用現(xiàn)狀
1．非標(biāo)硬質(zhì)合金模具毛坯應(yīng)用狀況
所謂非標(biāo)是指未列于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的異型毛坯。這方面用得較多的是無(wú)磁模、級(jí)進(jìn)模等。
無(wú)磁模一般選YG15或YG20硬質(zhì)合金制作。如四川899廠就用 YG15來(lái)制軟磁壓模。江西光學(xué)儀器總廠就用YG20和
YG20C作軟磁鏡面沖載模。在沖載鎳基合金IJ50時(shí)，鏡面平行度＜0．005mm，粗糙度Ra＜0．2卜m，改用沖載技術(shù)后比研磨加工效率要高出幾十倍。自貢無(wú)線電一廠用YWC無(wú)磁硬質(zhì)合金作軟磁材料成型模，壽命達(dá)50-100萬(wàn)次。
無(wú)論是單工位還是多任務(wù)位級(jí)進(jìn)模，大多選YG15、YG20和YG20C為主，也有選鋼結(jié)合金的。如上海手表廠用硬質(zhì)合金制作的分輪片組合級(jí)進(jìn)模，在
300-400次／min的沖速下工作了216萬(wàn)次，生產(chǎn)高精度合格產(chǎn)品400萬(wàn)個(gè)。定子級(jí)進(jìn)模也以300次／min的速度生產(chǎn)合格產(chǎn)品近
100萬(wàn)個(gè)。南京長(zhǎng)江機(jī)器廠的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵芯沖模刃磨1次可沖50萬(wàn)次，總壽命達(dá)5000-6000萬(wàn)次。江蘇華晶電子集團(tuán)的硬質(zhì)合金多任務(wù)位級(jí)進(jìn)模，在沖速400－600次／min下沖裁引線框架材料，總壽命約5000萬(wàn)次。大連電機(jī)廠的電器插件產(chǎn)品級(jí)進(jìn)沖裁模，改用國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金后，使用壽命在7000萬(wàn)次以上，時(shí)間達(dá)
2年多。
近些年來(lái)，粉末冶金制品成形模、整形模也開(kāi)始選用硬質(zhì)合金材料。如YGS成形模每付可壓70萬(wàn)件產(chǎn)品，而鋼模僅1000次／副，高鉻鋼5000件／副。滬州長(zhǎng)江機(jī)械廠用YGS做雙金屬軸套整形模，壽命達(dá)
100萬(wàn)件以上，而GCr15鋼模壽命僅 1000件。
四．新型硬質(zhì)合全模具材料的開(kāi)發(fā)
在開(kāi)發(fā)新型硬質(zhì)合金材料上，前幾年以鐵鎳代鉆為熱門(mén)。如湖南省冶金材料所開(kāi)發(fā)的相當(dāng)于
YG、YG20、YG25的高強(qiáng)韌性硬質(zhì)合金，在用于冷鐓模、冷擠壓模等方面收到較好的效果。天津硬質(zhì)合金研究所也以鐵鎳代鉆研制了相當(dāng)YG（15-20）的硬質(zhì)合金模具材料，在標(biāo)準(zhǔn)件的滾鍛、鋼球冷鐓方面與YG20效果相當(dāng)。
近幾年來(lái)新的研究熱門(mén)是細(xì)晶、超細(xì)晶，甚至納米晶硬質(zhì)合金和梯度硬質(zhì)合金。梯度硬質(zhì)合金又有成分梯度、組織結(jié)構(gòu)梯度等，此外也有用金屬熔液滲透處理方法來(lái)生產(chǎn)梯度硬質(zhì)合金的，如梯度硬質(zhì)合金頂錘等。細(xì)晶和超細(xì)晶硬質(zhì)合金也已面市，如細(xì)晶YGS拉絲模在拉制＜φl(shuí)mm的鋼絲時(shí)，是一般拉絲模的3倍。此外，還有鑲鑄、鑲嵌硬質(zhì)合金熱作模具，在軋管與線材軋制方面取得了很好的效果。
五、硬質(zhì)合金模具市場(chǎng)分析
模具是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的重要裝備。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，許多由切削加工的零件和產(chǎn)品，越來(lái)越多的被模制成分件所代替，因此模具市場(chǎng)潛力很大。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2000年我國(guó)共進(jìn)口模具9．77億美元，折合人民幣80億元。硬質(zhì)合金模具市場(chǎng)，相應(yīng)硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的增長(zhǎng)而遞增。
1．硬質(zhì)合金頂錘
目前，我國(guó)人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)600Mg（0．3Gcar），按每生產(chǎn)2000g（10kcar）人造金剛石消耗頂錘 10
kg計(jì)算，頂錘年消耗在3000t左右，若考慮技術(shù)進(jìn)步因素，年消耗也在1500、2000t。
2．硬質(zhì)合金拉絲模
我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量已過(guò)億噸，線材產(chǎn)量也達(dá)
1800萬(wàn)t，加之銅鋁線材的迅速發(fā)展，拉絲模的需求占硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的6％-7％，應(yīng)在500t左右，考慮技術(shù)進(jìn)步和鋼結(jié)合金的部分替代，也應(yīng)在400t范圍。
3．冷鐓、冷沖、成形和整形等模具
由于我國(guó)機(jī)械、電器、微電機(jī)等工業(yè)的迅速發(fā)展，高速?zèng)_床的大量引進(jìn)，估計(jì)這類(lèi)模具的市場(chǎng)容量在100-150t。
4．無(wú)磁模
近幾年，我國(guó)研制了一系列無(wú)磁模具，由于制作上的難度和價(jià)格昂貴等因素，推廣速度慢，據(jù)估算需求在 15t以?xún)?nèi)。
5．熱作硬質(zhì)合金
高速線材軋機(jī)軋輥是一種帶軋槽或軋孔的制品，工作時(shí)，1000-1100C的鋼坯以70-120m／min的速度穿過(guò)，使之受到高溫高頻次的熱應(yīng)力作用，因而它是一種易損部件。目前我國(guó)不同規(guī)模的這類(lèi)生產(chǎn)線有30
多條，估計(jì)需求量在100-150t。 |
