硬质合金模具制作加工方法

　　公司从2003年开始制作YG系列的硬质合金模具，工作中经过实践验证和反复的试验对比，对硬质合金部件的结构和加工的方法进行了不断改进。在生产中使用稳定，给公司创造了可观的经济效益。

　　1. 硬质合金模具结构
　　由于硬质合金的特殊性，其价格居高不下，为了降低模具成本，制作过程中常把它用在最关键的部位——采用镶嵌硬质合金部件的模具结构。对于镶嵌环形、块状硬质合金套的模具，结构简单，加工方法简便，目前已在成型、拉伸等工序的模具中广泛使用。

　　采用硬质合金外圆周面作为工作面（见图1、图3）；采用硬质合金内圆周面作为工作面（见图2、图4）。

　　2. 硬质合金模具
　　镶套的装配和固定硬质合金模具镶套传统采用熔铜焊接和热装。根据与硬质合金配合的钢质材料，选取合理的过盈量，把装配结合面进行各自的粗加工。硬质合金属于粉末冶金材料，其抗压强度较大，而抗拉强度较小。

　　（1）镶嵌硬质合金外套，多采用铜焊接（见图1），使用脱水硼砂，硬质合金外套粗加工内孔，钢质材料内芯外圆周接合面加工成多边形。使硬质合金内孔和钢质内芯采用内结多边形的结构，使其配合后既能保证定位精度又能使熔铜顺利流入多边形的空隙，牢固地结合为一体。

　　如果采用过盈配合，则用小过盈配合，防止撑裂。

　　注意：铜焊接后及时保温，放入烘箱或埋入保温性较好的材料， 缓慢降至室温，时效去除内部应力。

　　（2）镶嵌硬质合金内套，为防止使用过程中配合松动，采用过盈配合，加热钢质外套压入硬质合金内套（见图2）。但是要严格控制过盈适量，防止过大撑裂钢质外套。

　　注意：热装后同焊接后一样，及时保温，放入烘箱或埋入保温性较好的材料，缓慢降至室温，时效去内部应力。

　　（3）采用物理冷挤压固定的方法（见图3、图4）。制作过程中钢质材料和硬质合金套小过盈量并采用细螺纹挤压固定，螺纹联接处加涂锁固厌氧胶。

　　图1、图2两种方式为传统结构的装配方式，结构简单，制作成本较低。缺点是，无论是热装还是铜焊接，或多或少都会使构架材料及YG8材料的组织发生不利的变化；使用过程中容易发生镶套撑裂、脱落的情况。

　　图3、图4为近年来采用越来越的装配方式，避免了高温对模具材料的影响，保证了模具在使用过程中的稳定性。缺点是制作过程较复杂，加工工艺要求较高。

　　3. 硬质合金模具的磨削
　　磨削硬质合金的刀具是金刚石砂轮，以往采用树脂结合剂的金刚石砂轮，近几年随着超硬材料的发展，陶瓷结合剂金刚石砂轮出现并迅速推广使用，承担了磨削硬质合金的主要任务。陶瓷结合剂金刚石砂轮的优点是使用寿命长，加工过程磨损量很小，基本不用考虑砂轮损耗的补偿。目前我公司主要使用“北京安泰”和“郑州研创”品牌的陶瓷结合剂金刚石砂轮。

　　（1）磨削砂轮选择：粗磨主要考虑加工效率，金刚石砂轮的粒度可以选择140#～170#；精磨，要考虑加工的尺寸公差和形位公差，金刚石砂轮的粒度可以选择170#～200#；抛光，主要考虑表面的粗糙度，金刚石砂轮的粒度可以选择270#～325#，表面要求再高的可以选择W32～W40粒度的金刚石砂轮，自制抛光研磨膏。市面出售的金刚石研磨膏如果不能满足生产使用，也可以自行配制，用机油、腊、凡士林、硬质酸及金刚石微粉等原料，按照一定比例配置而成。

　　（2）磨削：选择合适尺寸的金刚石砂轮，如果没有合适尺寸的，可自制非标准砂轮。根据使用要求，在市面选购相近的型号再加工成需要的尺寸。根据磨床装夹需要，加工出合格的砂轮固定轴，再用磷酸和氧化铜混合均匀后作为粘结剂，均匀涂在基体和砂轮的接合面。粘结完成，静止放置一段时间，凝固后用火缓慢加热接合面部位，使其粘结均匀牢固。自然冷却，再放置24h即可使用。

　　（3）切削液的选择：磨削硬质合金的切削液可选用市售的专用乳化液，我公司经过几年的实践验证，也可以采用亚硝酸钠溶液。使用亚硝酸钠溶液，用市售的亚硝酸钠溶解入自来水，兑成亚硝酸钠溶液，成本不到0.2元/kg；市面销售的专用乳化液售价4～5元/kg左右。使用亚硝酸钠溶液的缺点是，工件表面容易残留碱白的痕迹，去除方法是磨削完后及时清洗擦干工件表面；使用专用乳化液的缺点是，磨削过程会产生大量泡沫，磨削过程观察困难。

　　（4）防锈处理方法：硬质合金零件磨削完毕，及时用绒布擦干，吹风烘干效果更好，否则长时间存放容易生锈。硬质合金生锈后，不容易去除，虽有市售的硬质合金清洗剂，但是效果不好，锈迹不能完全去掉。去掉的方法有两个：①磨完后及时擦干。②锈点用研磨或抛光进行处理。因此工件完成后，短时间不投入使用要真空密封或涂油防锈。

　　4. 硬质合金模具的车削
　　硬质合金因为硬度高，以往只能采取磨削加工。随着我公司超硬材料的研究和发展，于2011年成功开发了金刚石聚晶复合片项目，其中刀具类的金刚石聚晶复合片刀头的研制成功，解决了YG类硬质合金不能被车削的难题。

　　（1）聚晶复合片车刀头的制作，焊接刀头采取银合金焊接，尽量不用铜焊接。因为铜的熔点较高，焊接过程中很容易使复合片中的金刚石氧化，而银合金焊接的熔点较低，焊接过程短。在银合金焊接全过程中要把握焊接的温度和时间，温度太高容易使金刚石氧化，温度太低则造成焊接介质熔化不充分，焊接不牢固。

　　（2）硬质合金车削和磨削相比的特点：①车削加工效率高、经济效益好。去除相同体积的金属时，车削往往可以采用较大的切削深度和较高的转速，而磨削则只能采用小进给量，否则容易产生磨削烧伤，磨削的加工进给量每次一般控制在0.02～0.05mm，而车削的进给量每次可达到0.3mm以上，能耗仅为磨削的1/5。②车削可以倒角、加工内外螺纹、退刀槽等形状，磨削只能加工光滑表面，不能直接加工复杂形状。车削一次装夹可完成多表面的加工，磨削则不能。③车削所用的刀具，基本可不使用切削液，是一种洁净的加工工艺。磨削必须采用切削液。④车刀的成本较低，磨削必须选用昂贵的金刚石砂轮。⑤磨削的优点是，可以加工出镜面，车削的表面粗糙度稍差，操作不熟练易出现崩裂现象。

　　在实际的加工过程中，根据不同的需要采用车削、磨削相结合的方式。

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