我国硬质合金模具的技术现状与市场分析 (一)(二）（三）

五民

硬质合金自本世纪20年代初由德国科学家发明以来，以其"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

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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。

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三、非标硬质合全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效果。天津硬质合金研究所也以铁镍代钻研制了相当YG（15-20）的硬质合金模具材料，在标准件的滚锻、钢球冷镦方面与YG20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YGS拉丝模在拉制＜φlmm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。


五、硬质合金模具市场分析
　　 模具是现代工业中不可缺少的重要装备。随着高新技术的发展，许多由切削加工的零件和产品，越来越多的被模制成分件所代替，因此模具市场潜力很大。据海关统计，2000年我国共进口模具9．77亿美元，折合人民币80亿元。硬质合金模具市场，相应硬质合金总产量的增长而递增。
　1．硬质合金顶锤
　　 目前，我国人造金刚石年产量已达600Mg（0．3Gcar），按每生产2000g（10kcar）人造金刚石消耗顶锤 10 kg计算，顶锤年消耗在3000t左右，若考虑技术进步因素，年消耗也在1500、2000t。
　2．硬质合金拉丝模
　　 我国钢铁产量已过亿吨，线材产量也达 1800万t，加之铜铝线材的迅速发展，拉丝模的需求占硬质合金总产量的6％-7％，应在500t左右，考虑技术进步和钢结合金的部分替代，也应在400t范围。
　3．冷镦、冷冲、成形和整形等模具
　　 由于我国机械、电器、微电机等工业的迅速发展，高速冲床的大量引进，估计这类模具的市场容量在100-150t。
　4．无磁模
　　 近几年，我国研制了一系列无磁模具，由于制作上的难度和价格昂贵等因素，推广速度慢，据估算需求在 15t以内。
　5．热作硬质合金
　　 高速线材轧机轧辊是一种带轧槽或轧孔的制品，工作时，1000-1100C的钢坯以70-120m／min的速度穿过，使之受到高温高频次的热应力作用，因而它是一种易损部件。目前我国不同规模的这类生产线有30 多条，估计需求量在100-150t。