什么是钢结硬质合金

什么是钢结硬质合金

钢结硬质合金是近三十年来才发展起来的一种新型工模具材料，它是在合金钢的基体上均匀分布

30-50％硬质颗粒，经过烧结、锻造而成，因而既具有象硬质合金那样的高硬度、高强度、高耐磨性，又具有合金钢的可冷、热加工性能，如锻、车、铣、刨、磨、热处理等。它作为一种可加工、高耐磨的材料，已经广泛应用于各种拉伸模、冲裁模、挤压模、压型模、整形模、冷热轧辊、耐磨零件，使用寿命均比常用工模具钢提高十倍甚至几十倍以上，取得了非常显著的经济效果。

钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化物（主要是碳化钛、碳化钨）做硬质相，用粉末冶金方法生产的复合材料。其微观组织是细小的硬质相，弥散均匀分布于钢的基体中（用于模具的钢结硬质合金，基体主要采用含铬、钼、钒的中高碳合金工具钢或高速钢）。

钢结硬质合金是介于钢和硬质合金之间的一种材料，具有以下特点：

工艺性能好具有可加工性和可热处理性，在退火状态下，可以可以采用普通切削加工设备和刀具进行车、铣、刨、磨、钻等机械加工。还可以锻造、焊接。与硬质合金相比，成本低，适用范围更广。良好的物理、力学性能

钢结硬质合金在淬硬状态具有很高的硬度。由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以与高钴硬质合金接近。与高合金模具钢相比，具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。与硬质合金相比，具有较好的韧性。

具有良好的自润滑性、较低的摩擦系数、优良的化学稳定性。

钢结硬质合金在拉深模具中的应用

许多钢结硬质合金烧结坯件经退火后可进行普通的切削加工，经淬火、回火后有近似于金属陶瓷硬质合金的硬度和良好的耐磨性，也可以进行焊接和锻造，并具有耐磨、抗氧化等特性。尽管这类材料成本较高，制模难度较大，但使用后可显著提高模具的使用寿命，在大批量生产中具有很好的技术经济效果。因此，在更大范围、更深层次推广它，对模具行业具有非常重要的意义。

1、原生产中存在的问题

矿用自救器下外壳尺寸如图1所示，材料为08A1，料厚0.8mm，生产批量为大批量。成形该制件需两次拉深。原模具中，凹模材料均为Crl2，所用设备为普通双动压力机。生产中，模具使用一段时间后，制件表面就会出现明显的擦伤痕迹，严重影响了外观质量。观察发现:第一道拉深工序结束后，半成品外表面已有少量划痕，二次拉深后擦伤、划痕明显增多，而且凹模工作表面磨损严重，还常常粘附着制件材料。修模后也只能拉深几千个壳体。为解决这一问题，工厂曾尝试提高模具制造精度，降低表面粗糙度值，甚至抛光、镀铬，但仍不能从根本上解决产品表面拉伤、模具寿命短的问题。

2、工艺分析

通过分析可知:原模具结构、模具工作部分结构参数以及拉深过程中的润滑方式基本合理，制件产生擦伤、划痕主要与模具与被加工坯料表面之间摩擦面的接触状况有关。

一方面，拉深过程中坯料与模具表面接触时会产生很大的压力，此时，若干摩擦与边界润滑区得不到润滑剂的补充，就会使该处的摩擦状态急剧恶化另一方面,08A1属软材料，若模具硬度低，则会加剧变形热的产生尽管Cr12的热处理硬度已较高，但对本例大批量连续拉深仍显不够。上述原因导致了模具使用一段时间后，摩擦面的温度急剧升高)在高温下，局部金属熔敷产生摩擦粘结，使半成品首先出现擦伤和细微划痕。此时，若没有及时修模，前道工序中产生的擦伤和细微划痕必然会在下一道工序中加剧模具的磨损进而又增加了拉深力、零件侧壁的拉应力和摩擦阻力，使摩擦面温度进一步升高，从而再一次引起金属熔敷，加剧摩擦粘结的产生，导致恶性循环、熔敷愈严重，划痕愈明显。

根据以上分析，同时考虑到钢结硬质合金GT35具有高硬度(淬火硬度可达69-73HRC),高耐磨性、热处理变形小以及良好的机加性等特点，可以满足本例拉深的使用及加工工艺要求，所以我们将凹模材料Cr12改为钢结硬质合金GT35。

3、模具制造中的注意事项

为充分发挥钢结硬质合金GT35的优良特性，得高樟具寿命.凹樟采用镶套结构如图2所示。

首次拉深时模套要起到压料作用，故选用耐磨性好、热处理硬度较高的Cr12为镶套。二次拉深时，压边部分在合金圈内，故洗用45钢作为镶查材料。

(1)凹模的切削加工钢结硬质合金GT35在良好的退火状态下，硬度一般为39-46HRC。可进行车、铣、刨、鏜、锉、攻螺纹等工作。切削过程中，切削速度不宜过高，进给量不宜过大，背吃刀量不宜过小。实践证明:切削速度过高，进给量过大，背吃刀量过小，则刀刃与工件摩擦大，发热量大，会使刀刃磨损量加大、此外，由于刀刃与工件表面相挤压，加工面发亮并变硬，因而会使继续切削加工更加困难、实际加工中可先试低速，然后逐步提高转速。

切削刀具可以选用YT类硬质合金。刀具的几何角度宜采用前角0或负前角1o-2o，后角6o-7o，刀尖磨成圆弧状(R0.3-0.5mm)。切削时，不用切削液干态切削，以免工件急剧硬化.使切削困难。此外，当表层硬壳层切削困难时，可先用45o偏刀将工件表面切成坡面，然后加大背吃刀量切削较软的部分，使硬壳层随切屑一起剥落。

(2)模套及凹模外表面的磨削加工凹模外套的内孔应加以磨削，表面粗糙度值达到,圆柱度公差应控制在0.015mm以内。钢结硬质合金凹模与模套的结合面也应加以磨削，以保证结合面的紧密。磨削GT35时，磨料硬度要高，在保证加工表面粗糙度的前提下，可选择粒度粗一些的砂轮，以免烧伤工件。砂轮硬度也要适当软一些(可选碳化硅砂轮GC60JV)。磨削时采用乳化液冷却，磨削深度为0.004-0.006mm。

(3)凹模工作部分加工钢结硬质合金凹模机加工后用线切割将内孔切成，留一定的研磨余量。二次拉深模的45斜面用电火花加工成形。

(4)凹模装配模套与凹模采用热压装配，预加应力通过模套内径与合金圈外径的过盈配合获得。模具设计中，应根据装配温度及需要预加应力的大小准确计算模套内径尺寸。模套加热可在热处理箱式电炉中进行。当温度升高到350℃时开始计算时间，保温2h。同时在凹模底部放一磨好的平板与之一起加温，以免出炉后冷却太快，影响装配。

(5)其他注意事项模具导向应平稳可靠。模具上下板的厚度应适当加大，以提高模具的刚性和稳定性，并减小振动。

模具加工完，应使用高硬度的金刚石油石和金刚石研磨膏研磨工作面，以保证表面粗糙度，减小电加工中的变质层，充分发挥钢结硬质合金的高硬度、高耐磨性。

实践证明，使用钢结硬质合金GT35制造的自救器下外壳拉深模，不仅保证了产品的质量，而且极大地提高了模具的使用寿命，取得了良好的经济效益