CN108436075B - 硬质合金坯料低压成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硬质合金制备工艺的技术领域，具体公开了一种硬质合金坯料低压成型工艺，包括以下步骤：1.混料：将金属粉末和粘接剂混合；2.准备模具：模具包括模腔，模腔内壁紧密贴合有模套；3.注射成型：将步骤1中混合后的产物注射入模套内成型；4.脱模：将模套与成型坯料一起取出；5.脱蜡预烧：将模套与成型坯料一起放入烧结炉内脱蜡；6.真空烧结；7.出炉：降温后排出炉内氩气，将坯料卸出。本发明通过在成型坯料外包裹一层模套，避免成型坯料在脱模、转移过程中受损，从而避免经济损失，同时减少成型坯料与空气接触的面积，提高最终产品的质量。

Description

硬质合金坯料低压成型工艺
技术领域
本发明涉及硬质合金制备工艺的技术领域，具体公开了一种硬质合金坯料低压成型工艺。
背景技术
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛应用于刀具的制备，例如车刀、镗刀、铣刀等。
制备硬质合金的工艺一般为：金属粉末制备、硬质合金混合料制备、成型、成型剂脱除(脱蜡)、烧结、后续处理、硬质合金制品。其中，在成型剂脱除阶段前，需要将成型的硬质合混合料(成型坯料)脱模后转移至脱蜡炉中进行脱蜡，而成型坯料在转移过程中容易受到损伤，特别是在制备细长的硬质合金刀片时，细长的成型坯料在脱模和转移的过程中，由于其受力点集中，可能导致成型坯料断裂，造成经济损失，或者是在成型坯料上留下夹痕，甚至是裂纹，影响硬质合金制品的外观和质量。
发明内容
本发明意在提供一种硬质合金坯料低压成型工艺，以解决成型坯料在脱模和转移的过程中可能受损造成经济损失的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：硬质合金坯料低压成型工艺，包括以下步骤：
步骤A：混料：将金属粉末与粘结剂放入混料机加热搅拌，混合均匀，混合温度为100～120℃，混合时间为30～45min；所述粘结剂包括石蜡、塑型剂和硬脂酸，石蜡、塑型剂和硬脂酸分别占粘接剂总质量的50～80％、5～20％以及5～25％；
步骤B：准备模具：所述模具包括模腔，模腔内壁紧密贴合有模套，所述模套的材料为聚苯乙烯，模套的壁厚为2～3mm，模套的长度比模腔的长度长7～10mm，模套伸出模腔的一端开口，模套的侧壁内埋有两个拉杆，两个拉杆相对设置；
步骤C：低压注射成型：将步骤A中混合后的产物注射入模套内成型，形成成型坯料，注射温度为65～70℃，注射压力为2～4MPa；
步骤D：脱模：冷却至室温后，通过取出模套将成型坯料取出模腔；
步骤E、脱蜡预烧：将模套和模套内的成型坯料一起放入烧结炉内，通入氢气，氢气流量为180～230L/min，将烧结炉内的空气排尽后升温至80℃，进行模套的脱除，保温时间为120～160min；再升温至为340～380℃，进行脱蜡，脱蜡保温时间为110～160min；再升温至750～850℃继续预烧，保温时间为360min；750～850℃的保温时间内，调整炉内气压为0.08～0.09MPa，采用脉冲压力氢气进行冲刷，排出烧结炉内残余石蜡；
步骤F：真空烧结：抽出烧结炉内的氢气，进行真空烧结，烧结温度为1380～1400℃，烧结时间为120～180min，真空烧结后期通入氩气保护烧结；
步骤G：出炉：在炉体内充满氩气的条件下，炉体内部温度降温至50℃以下，抽出炉内氩气后将坯料卸出。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：
步骤A中，在100～120℃的条件下，粘接剂受热融化，此时将金属粉末和粘结剂进行混合30～45min，使得金属粉末和粘结剂形成具有一定流动性和粘性的流体，便于后续低压注射成型。
步骤B中，准备模具时，该模具包括模腔，模腔内壁紧密贴合有模套，该模套的制作材料为聚苯乙烯，该模套能够在温度为65～70℃条件下保持正常状态，因此，混合后的金属粉末与粘接剂能够注入模套内成型。并且，由于模套的侧壁上埋有拉杆，因此能够方便工作人员从模腔内取出模套。
步骤C中，将步骤A中混合后的产物注入模套内成型，在注射温度为65～70℃、注射压强为2～4MPa的条件下，模套内的金属粉末和粘接剂形成了成型坯料。
步骤D中，在脱模时，通过拉动模套上的拉杆，将模套拉出模腔，这样脱模时无需打开模具，使得脱模方便快捷。另外，在成型坯料的脱模、转移过程中，由于模套包裹在成型坯料外，因此，成型坯料不会直接受到夹持力，而是模套缓冲了夹持力，避免成型坯料外表面受损。并且，模套能够有效减少成型坯料与空气的接触面积，同时能够避免杂质落在成型坯料上，从而提高产品质量。
步骤E中，将模套和成型坯料放入烧结炉内，由于聚苯乙烯会在80℃条件下发生分解，生成苯和甲苯气体，苯和甲苯气体能够随着氢气排出烧结炉，在120～160min内完成聚苯乙烯的分解排出；随后升温至340～380℃进行脱蜡，将成型坯料中的石蜡气化脱除，脱除时间为110～160min；最后升温至750～850℃，保温时间为360min，在这段时间中，采用脉冲压力氢气进行冲刷，能够将成型坯料中残留的石蜡脱除，提高最终产品的质量。
步骤F中，抽出烧结炉内的氢气，进行真空烧结，烧结温度为1380～1400℃，烧结时间为120～180min，并在烧结后期通入氩气进行保护。
步骤G中，当烧结炉内部温度降低至50℃以下时，抽出烧结炉内的氩气，再将坯料卸出。
进一步，所述步骤B中的聚苯乙烯中添加有碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤，碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的总添加的体积与聚苯乙烯的体积之比为0.8～1:5。碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤具有优良的韧性，两者能够增加聚苯乙烯模套的抗冲击能力和动态压缩能力，提高模套的性能。而碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤在80℃条件下均呈粉末状态，能够随着氢气离开烧结炉，不会对产品造成影响。
进一步，所述碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的添加体积比为1～1.2:1。当碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的添加体积比为1～1.2:1时，聚苯乙烯模套的抗冲击能力和动态压缩能力达到平衡值。
进一步，所述步骤E中，脱蜡温度为350℃，脱蜡保温时间为120min。该脱蜡工艺条件下，脱蜡过程中，游离的碳量略多，有利于真空烧结时还原产品氧化物。
附图说明
图1为本发明的硬质合金坯料低压成型工艺流程图；
图2为模具与模套的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：模具1、模套2、拉杆3。
实施例基本如图1和图2所示，硬质合金坯料低压成型工艺，具体包括如下步骤：
步骤A：混料：将金属粉末与粘结剂放入混料机加热搅拌，混合均匀，混合温度为110℃，混合时间为40min。粘结剂包括石蜡、塑型剂和硬脂酸，石蜡、塑型剂和硬脂酸分别占粘接剂总质量的50～80％、5～20％以及5～25％。金属粉末和粘接剂混合后形成具有一定流动性和粘性的流体，方便后续注射成型。
步骤B：准备模具：模具1包括模腔，模腔的内壁紧密贴合有模套2，模套2的材料为聚苯乙烯，模套2的壁厚为3mm，模套2的长度比模腔的长度长7mm，模套2伸出模腔的一端开口，模套2的左侧壁和右侧壁内均埋有拉杆3，两个拉杆3相对设置。
在模套2的压制过程中，在可发性聚苯乙烯粒珠中添加碳化硅纤维和聚芳酰胺短纤，碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的总添加的体积与聚苯乙烯的体积之比为1:5，而碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的添加体积比为1:1，三者混合均匀后，经加热预发后在聚苯乙烯成型模具中加热成模套2，并且在模套2成型的过程中，在模套2的左侧壁和右侧壁上均埋入拉杆3，使得成型后的模套3的左侧壁和右侧壁上均有一个拉杆3，方便工作人员从模具1的模腔内取出模套2。而且，较于普通的聚苯乙烯制成的模套2，添加碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤后制成的模套2具有更好的抗冲击能力和动态压缩能力。
步骤C：低压注射成型：将步骤A中混合后的产物注射入模套2内成型，形成成型坯料，注射温度为65℃，注射压力为2.5MPa。
步骤D：脱模：冷却至室温后，工作人员通过拉杆3将模套2从模具1的模腔中拉出，再使用夹具夹住模套2的外壁，转移模套2和模套2内的成型坯料至烧结炉内。过程中，由于夹具直接对模套2施加夹持力而不接触成型坯料，并且聚苯乙烯制成的模套2具有一定的形变量，因此，成型坯料的外表面不会留下夹痕。另外，由于成型坯料在模套2内部，因此，模套2能够有效减少成型坯料与空气的接触面积，同时避免杂质落在成型坯料的表面，进而提高最终产品的质量。
步骤E：脱蜡预烧：将模套2和模套2内的成型坯料一起放入烧结炉内，通入氢气，氢气流量为200L/min，将烧结炉内的空气排尽后升温至80℃，进行模套2的脱除，保温时间为160min，模套2在80℃下发生分解，生成苯和甲苯气体，能够随着氢气排出烧结炉。该过程中，由于碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤在80℃的条件下处于粉末状态，因此，当聚苯乙烯分解后，粉末状的碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤被氢气吹起，进而被氢气携带离开烧结炉。
再升温至为350℃，进行脱蜡，脱蜡保温时间为120min。
再升温至800℃继续预烧，保温时间为360min。
在800℃的保温时间内，通过抽气泵调整炉内气压为0.09MPa，然后采用脉冲压力氢气进行冲刷，排出烧结炉内残余石蜡。
步骤F：真空烧结：利用抽气泵抽出烧结炉内的氢气，进行真空烧结，烧结温度为1380℃，烧结时间为150min。在1380℃温度下，真空烧结120min后，通入氩气进行保护烧结。
步骤G：出炉：在炉体内充满氩气的条件下，通过外加降温装置对烧结炉进行降温，当炉体内部温度降温至50℃以下时，利用抽气泵抽出炉内氩气，然后将坯料卸出。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (4)

1.硬质合金坯料低压成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：混料：将金属粉末与粘结剂放入混料机加热搅拌，混合均匀，混合温度为100～120℃，混合时间为30～45min；所述粘结剂包括石蜡、塑型剂和硬脂酸，石蜡、塑型剂和硬脂酸分别占粘接剂总质量的50～80％、5～20％以及5～25％；
步骤B：准备模具：所述模具包括模腔，模腔内壁紧密贴合有模套，所述模套的材料为聚苯乙烯，模套的壁厚为2～3mm，模套的长度比模腔的长度长7～10mm，模套伸出模腔的一端开口，模套的侧壁内埋有两个拉杆，两个拉杆相对设置；
步骤C：低压注射成型：将步骤A中混合后的产物注射入模套内成型，形成成型坯料，注射温度为65～70℃，注射压力为2～4MPa；
步骤D：脱模：冷却至室温后，通过取出模套将成型坯料取出模腔；
步骤E：脱蜡预烧：将模套和模套内的成型坯料一起放入烧结炉内，通入氢气，氢气流量为180～230L/min，将烧结炉内的空气排尽后升温至80℃，进行模套的脱除，保温时间为120～160min；再升温至340～380℃，进行脱蜡，脱蜡保温时间为110～160min；再升温至750～850℃继续预烧，保温时间为360min；750～850℃的保温时间内，调整炉内气压为0.08～0.09MPa，采用脉冲压力氢气进行冲刷，排出烧结炉内残余石蜡；
步骤F：真空烧结：抽出烧结炉内的氢气，进行真空烧结，烧结温度为1380～1400℃，烧结时间为120～180min，真空烧结后期通入氩气保护烧结；
步骤G；出炉：在炉体内充满氩气的条件下，炉体内部温度降温至50℃以下，抽出炉内氩气后将坯料卸出。
2.根据权利要求1所述的硬质合金坯料低压成型工艺，其特征在于：所述步骤B中的聚苯乙烯中添加有碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤，碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的总添加的体积与聚苯乙烯的体积之比为0.8～1:5。
3.根据权利要求2所述的硬质合金坯料低压成型工艺，其特征在于：所述碳化硅纳米纤维和聚芳酰胺短纤的添加体积比为1～1.2:1。
4.根据权利要求1所述的硬质合金坯料低压成型工艺，其特征在于：所述步骤E中，脱蜡温度为350℃，脱蜡保温时间为140min。
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