CN101912888B - 拉丝模模芯的制作方法 - Google Patents

拉丝模模芯的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拉丝模模芯的制作方法，所述方法包括以下工艺过程：将金属粉末与粘结剂加入混合机搅拌混合，制得混合料；加入捏合机捏合粉碎，再加入螺杆挤出机挤出造粒，制得物料粒子；加入注塑机，通过注塑成型，制得拉丝模模芯毛坯件；放置在二氯甲烷、汽油或苯中，取出，放入真空脱脂炉中进行溶剂脱脂；放入真空烧结炉中，烧结、保温和冷却；再在烧结炉内进行低压热等静压处理和退火软化热处理，最后再进行脱皮、机加工、研磨、淬火、回火、去毛刺和抛光处理得到拉丝模模芯。采用本发明方法制的拉丝模模芯产品密度、硬度、抗弯强度、抗压强度、耐磨性和耐腐蚀性均得到了提高。

Description

拉丝模模芯的制作方法
(一)技术领域
本发明涉及一种拉丝模模芯的制作方法。属模具生产技术领域。
(一)技术领域
拉丝模模芯的传统生产方法是采用碳化钨钴粉末经粉末冶金压制成型。该种方法生产出的产品表面光洁度低，产品复杂程度低，而且产品密度、硬度、抗弯强度、抗压强度、耐磨性和耐腐蚀性等指标均较低。而拉丝模模芯结构复杂，形状特殊，需经粉末冶金后再进行大量的后续机加工，这样导致生产成本提高，生产周期加长等。并且产品致密性较低，材质均匀性较差，生产出的拉丝模的使用寿命也就相对较短。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能提高产品密度、硬度、抗弯强度、抗压强度、耐磨性和耐腐蚀性的拉丝模模芯的制作方法。
本发明的目的是这样实现的：一种拉丝模模芯的制作方法，包括以下工艺过程：
步骤一、混料
将金属粉末与粘结剂按12.5～25∶1的质量比加入混合机搅拌混合，制得混合料，搅拌混合温度为68-72℃，时间为5～10分钟，其中所述金属粉末各组份的投料质量分数为：碳化钛28-35％、碳化钨46-54％、钴4-4.6％、镍1.6-2.4％、钼1.9-2.6％和铬3.7-4.9％，余量为铁，各组份的质量分数总和为100％，所述金属粉末为采用气雾化方法生产的球型颗粒，其各组份的粒度控制在粒径为20μm以下的占粉末粒度分布的90％以上；所述粘结剂的体积分数为：聚丙烯50％～80％、微晶蜡10％～30％和硬脂酸3％～15％，各组份的体积分数总和为100％。
步骤二、捏合造粒
将步骤一制得的混合料加入捏合机捏合粉碎，捏合粉碎温度控制在140℃～170℃，时间2.5小时～3小时，然后再加入螺杆挤出机挤出造粒，制得物料粒子。
步骤三、注塑成型
将步骤二制得的物料粒子加入注塑机，通过注塑成型，制得拉丝模模芯毛坯件。
步骤四、溶剂脱脂
将步骤三制得的拉丝模模芯毛坯件放置在二氯甲烷、汽油或苯中，15～25小时后，取出，放入真空脱脂炉中，在氮气保护气氛下在8～20小时加热到750℃±20℃，保温1小时±0.5小时后冷却至室温，经过溶剂脱脂，脱除70％～90％的粘结剂。
步骤五、烧结
将经步骤四溶剂脱脂后的拉丝模模芯毛坯件放入真空烧结炉中，在温度1400-1500℃、真空1.01×10-3Pa气氛下，以1-1.5L/min的速度通入氮气保护气，烧结42-70小时后，保温1小时±0.5小时，最后冷却至40℃。
步骤六、热等静压处理和软化
将经步骤五烧结后的拉丝模模芯毛坯件在烧结炉内加压至1-6MPa、氮气流量1.2-2.3L/min下，进行热等静压处理，处理时间为150-300min，后进行退火软化热处理，退火软化热处理温度为520℃，时间40min，冷却到室温，得到硬度HRC40-50、密度6.6-6.8g/cm3的拉丝模模芯毛坯件，
步骤七、脱皮、机加工、研磨、淬火、回火、去毛刺和抛光处理
将经步骤六热等静压处理和软化后的拉丝模模芯毛坯件去掉外皮，经机加工，再经研磨后进行淬火热处理，淬火热处理温度930-1100℃，时间30min，后放入水中、取出，冷却至室温，再进行回火处理，回火处理温度180-200℃，时间2个小时，消除材料的热应力，最后进行去毛刺和抛光处理，得到拉丝模模芯。
由于注塑成型要求喂料注塑时的合金粉末具有流动性和润滑性，因此粘结剂要选择具有良好的润滑性、适当的粘性、低熔点、较宽的热解温度区间、并且易于脱脂和不与合金粉末起化学反应的粘结剂。本发明选用聚丙烯、微晶蜡和硬脂酸的混合物作为粘结剂，这三种成分主要提供三种作用：1、提供粘结强度；2、在脱脂初期，较易被取出的填充相；3、在粘结剂和粉末间提供表面活化作用。
本发明的有益效果是：
与传统硬质合金粉末冶金成型的拉丝模模芯相比，使用本发明方法制作的拉丝模模芯，具有较高的硬度和抗弯性能，密度减小，具有优越的耐腐蚀性能，钢丝生产过程中，与润滑粉末和钢丝之间摩擦系数变小，使得同比下的拉丝模使用寿命可以提高50％以上，拉丝速率提高20％以上。特别适合于大批量生产小型、复杂的高密度金属或金属化合物制品。该方法不仅继承了传统粉末冶金的生产工序少、切削少的优点，而且克服了材料密度低、材质不均匀，不易形成结构、形状复杂产品的缺陷，同时还能控制产品的精度，获得产品的一致性好，降低产品成本。
若经使用后，拉丝模芯出现磨损，尺寸超差的零件还可经过再次回火软化，修复后再经过热处理，可以重新得到完好如新的零件，大幅延长了拉丝模的使用寿命，提高了性价比。
(四)附图说明
图1为本发明拉丝模模芯的制作方法的工艺流程图。
(五)具体实施方式
参见图1，图1为本发明拉丝模模芯的制作方法的工艺流程图。由图1可以看出，本发明拉丝模模芯的制作方法，包括以下工艺过程：
步骤一、混料
将金属粉末与粘结剂按19∶1的质量比加入混合机搅拌混合，制得混合料，搅拌混合温度为68-72℃，时间为5～10分钟。其中金属粉末的质量分数为：碳化钛34％、碳化钨52％、钴4.5％、镍2.3％、钼1.9％、铬4.1％和铁1.2％。金属粉末要求采用气雾化方法生产的球型颗粒，粒度控制在粒径为20μm以下的占粉末粒度分布的90％以上。粘结剂的体积分数为：聚丙烯68％、微晶蜡21％和硬脂酸11％。
步骤二、捏合造粒
将步骤一制得的混合料加入捏合机捏合粉碎，捏合粉碎温度控制在140℃～170℃，时间2.5小时，然后再加入螺杆挤出机挤出造粒，制得物料粒子。
步骤三、注塑成型
将步骤二制得的物料粒子加入注塑机，通过注塑成型，制得拉丝模模芯毛坯件。
步骤四、溶剂脱脂
将步骤三制得的拉丝模模芯毛坯件放置在二氯甲烷溶剂(汽油或苯)中，20小时后，取出，放入真空脱脂炉中，在氮气保护气氛下以2℃/min的升温速率，将其在8～20小时加热到750℃，保温1小时后冷却至室温。经过溶剂脱脂，脱除70％～90％的粘结剂。
步骤五、烧结
将经步骤四溶剂脱脂后的拉丝模模芯毛坯件放入真空烧结炉中，在1400-1500℃，在真空1.01×10-3Pa气氛下，通入1-1.5L/min氮气保护气，烧结42-70小时，保温1小时，最后冷却至40℃。
步骤六、热等静压处理和软化
将经步骤五烧结后的拉丝模模芯毛坯件在烧结炉内加压至6MPa、氮气流量1.2-2.3L/min下，进行热等静压处理，处理时间为150-300min，后进行退火软化热处理，退火软化热处理温度为520℃，时间40min，冷却到室温，得到硬度HRC40-50、密度6.6-6.8g/cm3的拉丝模模芯毛坯件，
步骤七、脱皮、机加工、研磨、淬火、回火、去毛刺和抛光处理
将经步骤六低压热等静压处理和退火软化热处理后的拉丝模模芯毛坯件用车床和磨床去掉外皮，按照图纸车削加工，再进行研磨提高产品的表面光洁度，之后进行淬火热处理，淬火热处理温度930-1100℃，时间30min，后放入水中、取出，冷却至室温，再进行回火处理，回火处理温度180-200℃，时间2个小时，消除材料的热应力，最后进行去毛刺和抛光处理，得到拉丝模模芯。
对成型后的拉丝模模芯进行镶套，定径等后道加工，制成成品拉丝模。

Claims (1)

1.一种拉丝模模芯的制作方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程：
步骤一、混料
将金属粉末与粘结剂按19∶1的质量比加入混合机搅拌混合，制得混合料，搅拌混合温度为68-72℃，时间为5～10分钟，其中所述金属粉末各组份的投料质量分数为：碳化钛34％、碳化钨52％、钴4.5％、镍2.3％、钼1.9％和铬4.1％，余量为铁，各组份的质量分数总和为100％，所述金属粉末为采用气雾化方法生产的球型颗粒，其各组份的粒度控制在粒径为20μm以下的占粉末粒度分布的90％以上；所述粘结剂的体积分数为：聚丙烯68％、微晶蜡21％和硬脂酸11％，各组份的体积分数总和为100％，
步骤二、捏合造粒
将步骤一制得的混合料加入捏合机捏合粉碎，捏合粉碎温度控制在140℃～170℃，时间2.5小时～3小时，然后再加入螺杆挤出机挤出造粒，制得物料粒子，
步骤三、注塑成型
将步骤二制得的物料粒子加入注塑机，通过注塑成型，制得拉丝模模芯毛坯件，
步骤四、溶剂脱脂
将步骤三制得的拉丝模模芯毛坯件放置在二氯甲烷、汽油或苯中，15～25小时后，取出，放入真空脱脂炉中，在氮气保护气氛下在8～20小时加热到750℃±20℃，保温1小时±0.5小时后冷却至室温，
步骤五、烧结
将经步骤四溶剂脱脂后的拉丝模模芯毛坯件放入真空烧结炉中，在温度1400-1500℃、真空1.01×10-3Pa气氛下，以1-1.5L/min的速度通入氮气保护气，烧结42-70小时，保温1小时±0.5小时，最后冷却至40℃，
步骤六、热等静压处理和软化
将经步骤五烧结后的拉丝模模芯毛坯件在烧结炉内加压至1-6MPa、氮气流量1.2-2.3L/min下，进行热等静压处理，处理时间为150-300min，后进行退火软化热处理，退火软化热处理温度为520℃，时间40min，冷却到室温，得到硬度HRC40-50、密度6.6-6.8g/cm3的拉丝模模芯毛坯件，
步骤七、脱皮、机加工、研磨、淬火、回火、去毛刺和抛光处理
将经步骤六热等静压处理和软化后的拉丝模模芯毛坯件去掉外皮，经机加工，再经研磨后进行淬火热处理，淬火热处理温度930-1100℃，时间30min，后放入水中、取出，冷却至室温，再进行回火处理，回火处理温度180-200℃，时间2个小时，消除材料的热应力，最后进行去毛刺和抛光处理，得到拉丝模模芯。
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