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硬质合金模具的使用技术现状

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"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墩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。沈阳桥梁厂对冷墩Ml2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/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响

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℃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0.08-0.1Omm,型腔套的加温取700-800℃,硬质合金取300℃左右。热压完成后,放入600箱式炉中保温2h,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。

一、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YGl5或YG2O硬质合金制作。如四川899厂就用YGl5来制软磁压模。江西光学仪器总厂就用YG2O和YG2OC作软磁镜面冲载模。在冲载镍基合金IJ5O时,镜面平行度《0.0O5mm,粗糙度Ra〈0.2Um,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工位级进模,大多选YGl5、YG2O和YG2OC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工位级进模,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YG8成形模每付可压70万件产品而钢模仅I000次厂副,高铬钢副。沪州长江机械厂用YG8做双金属轴套整形模,寿命达100方件以上,而GCrl5钢模寿命仅1000件。

二、新型硬质合金模具材料的开发

在开发新型硬质合金材料上,前几年以铁镍代钴为热门 。如湖南省冶金材料所开发的相当于YG15、YG2O、YG25的高强韧性硬质合金,在用于冷墩模、冷挤压模等方面收到较好的效果天津硬质合金研究所也以铁镍代钴研制了相当GY(15-20)的硬质合金模具材料,在标准件的滚锻、钢球冷墩方面与YG2O、效果相当 。近几年来新的研究热门是细晶、超细晶,甚至纳米晶硬质合金和梯度硬质合金。梯度硬质合金又有成分梯度、组织结构梯度等,此外也有用金属熔液渗透处理方法来生产梯度硬质合金的,如梯度硬质合金顶锤等。细晶和超细晶硬质合金也已面市,如细晶YG8拉丝模在拉制〈少lmm的钢丝时,是一般拉丝模的3倍。此外,还有镶铸镶嵌硬质合金热作模具,在轧管与线材轧制方面取得了很好的效果。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。

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