我國硬質(zhì)合金模具的技術現(xiàn)狀與市場分析 (一)(二）（三）

五民

硬質(zhì)合金自本世紀20年代初由德國科學家發(fā)明以來，以其"widia"（似金剛石）的名稱面市，并首先制作鎢絲拉伸模得到工業(yè)應用，取代了當時價格昂貴的金剛石拉伸模。 我國硬質(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準化。從近幾年發(fā)展情況來看,，我國硬質(zhì)合金模具的研究和設計的理論已更深入也更科學,，應用也更廣泛。


一,、硬質(zhì)合金模具的種類
　　 我國硬質(zhì)合金模具根據(jù)用途可分為四類,；
　　 第一類為硬質(zhì)合金拉絲模具，這類模具占硬質(zhì)合金模具的絕大部分,。我國目前拉絲模的主要牌號YG8,、YG6、YG3,，其次是YG15,、YG6X、YG3X,，近幾年來主要硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠家也研制一些新牌號,，如用于高速拉絲的新牌號YL,，還有從國外引進的拉絲模牌號CS05（YLO．5），CG20（YL20）,，CG40（YL30）,；ZK10、ZK20／ZK30,。
　　 第二類模具是冷鐓冷沖模,、整形模，主要牌號有YC20C,、YG20、YG15,、CT35以及株洲硬質(zhì)合金廠的新牌號YJT30和中南工大粉末冶金廠的 MO15,。
　　 第三類模具是用于磁性材
料生產(chǎn)的無磁合金模，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)無磁模牌號TMF。如自貢硬質(zhì)合金廠的YWC無磁合金,。

　　 第四類為熱作模,，這類合金暫無標準牌號，市場需要在增加,。有些廠家正在研制開發(fā),，如YD40及上海材料所的旋鍛模用CNW。
　　 上述四類模具由于開發(fā)時間不同,、材質(zhì)的適應性有限,、推廣措施跟不上等原因，市場上的銷售量差別很大

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二,、硬質(zhì)合金模具的使用技術現(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,，有的則很短,。經(jīng)解剖分析后，發(fā)現(xiàn)問題出在設計,、加工,、組裝以及焊接等上,。
　1、硬質(zhì)合金模具設計技術狀況
　　 拉絲模是一結(jié)構(gòu)較簡單的模具,。80年代以前我國一直沿用前蘇聯(lián)的"直線型"理論設計,，80年代后才有部分廠家引用50年代就提出了的"圓滑過渡"技術理論。 近年來,，我國學者對拉絲模進行了角度設計和環(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程中對模具產(chǎn)生不均勻磨損的機理,。廣東工學院的研究人員對冷鐓小規(guī)格螺釘用硬質(zhì)合金模具進行了解剖分析，得出國產(chǎn)模具壽命低（200-400萬次）而日本模具壽命高（900-1000萬次）的秘密所在,，其關鍵技術是在角度的設計上,。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計。它的優(yōu)點是能使受力最大的中心部位保證緊密壓靠,，四周留下的空隙又可供過盈配合時,，儲藏從孔壁擠出的多余金屬。沈陽橋梁廠對冷鐓M12螺母用的硬質(zhì)合金凹模,，由原來的六角設計改為六瓣編裝鑲套組合起來使用,。其平均壽命 50萬件／模，高的達 120萬件／模,。筆者認為這種設計比較合理,，一是因為它比整體結(jié)構(gòu)設計模節(jié)約硬質(zhì)合金；二是它裝配簡單,；三是模具更換容易,，損壞一瓣可更換一瓣。
　　2．加工與裝配技術對硬質(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靠磨削來實現(xiàn)的,。由于對硬質(zhì)合金的磨削力是對一般鋼材磨削力的2-3倍,。所以要求磨床的動力要大，剛性要高,，就我國目前的機床水平,，還沒有加工硬質(zhì)合金的專用磨床。故常造成加工誤差,，誤差的累積效應將嚴重的損傷模具的使用壽命,。 在電火花加工過程中，由于放電的瞬間模具材料受到高達10000 C左右的高溫作用和液體介質(zhì)的作用,，會使表層發(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荷，不論是熱壓鑲套還是冷壓鑲套,，間隙要求都很嚴,。一般冷壓鑲套選擇0．03-0．05mm的過盈量，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,，以消除應力。
　　 硬質(zhì)合金的焊接也是一項關鍵技術,，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發(fā)動機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,。

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三、非標硬質(zhì)合全和新型硬質(zhì)合金模具應用現(xiàn)狀
　　1．非標硬質(zhì)合金模具毛坯應用狀況
　　 所謂非標是指未列于國家標準中的異型毛坯,。這方面用得較多的是無磁模,、級進模等。
　　 無磁模一般選YG15或YG20硬質(zhì)合金制作,。如四川899廠就用 YG15來制軟磁壓模,。江西光學儀器總廠就用YG20和 YG20C作軟磁鏡面沖載模。在沖載鎳基合金IJ50時,，鏡面平行度＜0．005mm,，粗糙度Ra＜0．2卜m，改用沖載技術后比研磨加工效率要高出幾十倍,。自貢無線電一廠用YWC無磁硬質(zhì)合金作軟磁材料成型模,，壽命達50-100萬次。 無論是單工位還是多任務位級進模,，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進模,，在 300-400次／min的沖速下工作了216萬次，生產(chǎn)高精度合格產(chǎn)品400萬個,。定子級進模也以300次／min的速度生產(chǎn)合格產(chǎn)品近 100萬個,。南京長江機器廠的電機定、轉(zhuǎn)子鐵芯沖模刃磨1次可沖50萬次,，總壽命達5000-6000萬次,。江蘇華晶電子集團的硬質(zhì)合金多任務位級進模,，在沖速400－600次／min下沖裁引線框架材料，總壽命約5000萬次,。大連電機廠的電器插件產(chǎn)品級進沖裁模,，改用國產(chǎn)硬質(zhì)合金后，使用壽命在7000萬次以上,，時間達 2年多,。
　　 近些年來，粉末冶金制品成形模,、整形模也開始選用硬質(zhì)合金材料,。如YGS成形模每付可壓70萬件產(chǎn)品，而鋼模僅1000次／副,，高鉻鋼5000件／副,。滬州長江機械廠用YGS做雙金屬軸套整形模，壽命達 100萬件以上,，而GCr15鋼模壽命僅 1000件,。

四．新型硬質(zhì)合全模具材料的開發(fā)
　　 在開發(fā)新型硬質(zhì)合金材料上，前幾年以鐵鎳代鉆為熱門,。如湖南省冶金材料所開發(fā)的相當于 YG,、YG20、YG25的高強韌性硬質(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YG（15-20）的硬質(zhì)合金模具材料,，在標準件的滾鍛,、鋼球冷鐓方面與YG20效果相當。 近幾年來新的研究熱門是細晶,、超細晶,，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生產(chǎn)梯度硬質(zhì)合金的，如梯度硬質(zhì)合金頂錘等,。細晶和超細晶硬質(zhì)合金也已面市,，如細晶YGS拉絲模在拉制＜φlmm的鋼絲時，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。隨著高新技術的發(fā)展,，許多由切削加工的零件和產(chǎn)品,，越來越多的被模制成分件所代替，因此模具市場潛力很大,。據(jù)海關統(tǒng)計,，2000年我國共進口模具9．77億美元，折合人民幣80億元,。硬質(zhì)合金模具市場,，相應硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的增長而遞增。
　1．硬質(zhì)合金頂錘
　　 目前,，我國人造金剛石年產(chǎn)量已達600Mg（0．3Gcar）,，按每生產(chǎn)2000g（10kcar）人造金剛石消耗頂錘 10 kg計算，頂錘年消耗在3000t左右,，若考慮技術進步因素,，年消耗也在1500、2000t,。
　2．硬質(zhì)合金拉絲模
　　 我國鋼鐵產(chǎn)量已過億噸,，線材產(chǎn)量也達 1800萬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％，應在500t左右,，考慮技術進步和鋼結(jié)合金的部分替代,，也應在400t范圍。
　3．冷鐓,、冷沖,、成形和整形等模具
　　 由于我國機械、電器,、微電機等工業(yè)的迅速發(fā)展,，高速沖床的大量引進，估計這類模具的市場容量在100-150t,。
　4．無磁模
　　 近幾年,，我國研制了一系列無磁模具，由于制作上的難度和價格昂貴等因素,，推廣速度慢,，據(jù)估算需求在 15t以內(nèi)。
　5．熱作硬質(zhì)合金
　　 高速線材軋機軋輥是一種帶軋槽或軋孔的制品，工作時,，1000-1100C的鋼坯以70-120m／min的速度穿過,，使之受到高溫高頻次的熱應力作用，因而它是一種易損部件,。目前我國不同規(guī)模的這類生產(chǎn)線有30 多條,，估計需求量在100-150t。