新型硬質(zhì)合金模具加工工藝在耐火材料行業(yè)的實踐

錢玉林

（瑞泰馬鋼新材料科技有限公司，安徽 馬鞍山243000）

1 引言

雖然硬質(zhì)合金具有很多優(yōu)點，但是由于硬質(zhì)合金的成本極高，所以常用于大批量加工且附加值較高的產(chǎn)品成型中。硬質(zhì)合金模具設(shè)計技術(shù)屬于耐火材料機壓成型用于模具制作領(lǐng)域的實用新型技術(shù)，主要適用于轉(zhuǎn)爐鑲鋯板閘閥機壓成型生產(chǎn)。所以為了能夠改善鋯板槽周邊的疏松情況，降低破損程度，機械制造業(yè)研發(fā)了新型硬質(zhì)合金模具，使用該模具后，磚坯的合格率達到了90%，明顯提高了其經(jīng)濟效益。

2 硬質(zhì)合金模具的發(fā)展前景

在金屬機械制造業(yè)中，切削加工是最關(guān)鍵的加工手段，在各個工業(yè)部門都發(fā)揮著很重要的作用。新型的模具不僅能夠在很大程度上提高加工的效率、精度、產(chǎn)品質(zhì)量以及擴大領(lǐng)域，還能降低模具的損耗，從而提高制造業(yè)的經(jīng)濟效益[1]。所以新型模具的開發(fā)對機械制造業(yè)的發(fā)展有重要的促進作用。硬質(zhì)合金屬于一種新型的模具材料，該新型模具有較高的硬度、良好的耐磨性、抗壓強度高、耐熱性強等優(yōu)勢。硬質(zhì)合金模具能夠適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，逐步向精密化發(fā)展。硬質(zhì)合金模具也能夠滿足精密產(chǎn)品的精度要求，加工出高質(zhì)量、高精度的產(chǎn)品。

硬質(zhì)合金具有較高的耐磨性能，將硬質(zhì)合金應(yīng)用在耐火材料的模具上，按照結(jié)構(gòu)主要分為整體式的結(jié)構(gòu)和分體式的結(jié)構(gòu)。整體式的結(jié)構(gòu)指的是模具的整體全部使用硬質(zhì)合金的材料，雖然整體式的加工工藝比較簡單，但是結(jié)構(gòu)成本極高。如果模具低于特定厚度時，就會出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致報廢，增加加工的成本。而且由于硬質(zhì)合金材料的韌性較差，盡管國外的加工工藝相對較好，但是使用的價值仍很低，所以即使厚度處于50～70mm 時，也經(jīng)常出現(xiàn)一經(jīng)使用就斷裂的現(xiàn)象，使得模具只能做報廢處理。采取分體式結(jié)構(gòu)的主要作用在于減小硬質(zhì)合金在模具中占據(jù)的比例，從而降低使用模具時出現(xiàn)斷裂的概率。硬質(zhì)合金材料的板大多數(shù)都在10～16mm，該尺寸的合金板材具有一定程度的強硬度和韌性，通過對整塊合金板材采取鑲嵌以及膠粘的方法，雖然工藝相對較復(fù)雜，但是能夠避免整體式結(jié)構(gòu)的不足。通常來說，模具能夠完全貼合在模箱中，不同大小、不同形狀的模板、墊板、稍板和模箱中間都不存在縫隙，但是目前的技術(shù)還達不到這種要求，所以在實際使用模具的過程中，仍然會存在斷裂的情況，最終出現(xiàn)非正常行為的報廢，沒有將硬質(zhì)合金自身的價值充分體現(xiàn)出來，未能降低模具的成本。因此，新型硬質(zhì)合金模具在使用過程中，避免斷裂的方法成為新型硬質(zhì)合金是否能應(yīng)用在耐火材料的模具行業(yè)中的關(guān)鍵因素。

3 硬質(zhì)合金模具的冷熱加工工藝

為了提高硬質(zhì)合金的抗彎強度，降低使用期間的斷裂概率，開發(fā)了小塊膠粘、小塊釬焊的工藝手法。膠粘工藝加工操作簡單，由于處于常溫環(huán)境中作業(yè)，很好地保留了硬質(zhì)合金的優(yōu)點，但是其他不同型號的結(jié)構(gòu)膠在遇到較大壓力時，結(jié)構(gòu)膠的特性就會改變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠沒有粘結(jié)力，持續(xù)使用時，極易出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法繼續(xù)使用。小塊釬焊是對硬質(zhì)合金使用釬焊的工藝，將多個小塊的合金釬焊在一個結(jié)構(gòu)鋼上面，再通過組裝以及磨制等程序，最終加工成模具。該種加工工藝的合金以及結(jié)構(gòu)鋼的基體具有較高的強度，但是大面積地進行焊接會對合金材料本身的性能造成損害，降低合金材料的耐磨性，合金材料內(nèi)部的組織在焊接期間會發(fā)生變化，產(chǎn)生細小的裂紋。當(dāng)這些合金材料受到外力作用時，裂紋的程度就會放大，然后就會出現(xiàn)碎裂和掉塊的情況，最終造成合金模具報廢。

螺栓連接的加工工藝主要是在硬質(zhì)合金塊上面加工出螺紋狀的孔，在基體上加工出六角螺釘過孔，再借助六角螺釘?shù)牧α繉⒂操|(zhì)合金與基體相連接。由于該加工工藝不經(jīng)歷高溫環(huán)境進行焊接，就不會對硬質(zhì)合金材料造成一定的傷害。因此，該加工工藝突出了硬質(zhì)合金具備的性能，不僅實現(xiàn)了將硬質(zhì)合金材料與普通材料相結(jié)合的目的，也充分發(fā)揮了硬質(zhì)合金材料具備的耐磨性能，而且使用化整為零的工藝手法，巧妙地彌補了硬質(zhì)合金材料在韌性方面的不足之處。

4 新型硬質(zhì)合金模具加工工藝在耐火材料行業(yè)的實踐

將新型的硬質(zhì)合金模具加工工藝應(yīng)用在耐火材料中，能夠保證磚坯鋯板槽的周邊沒有破損，提高磚坯的體積和密度，使磚坯的合格率上升20個百分點，預(yù)估每年降低成本40萬元，所以應(yīng)該大力推廣新型硬質(zhì)合金模具。下文就新型硬質(zhì)合金模具加工工藝在耐火材料行業(yè)的實踐進行了探討。

4.1 魚雷罐車

魚雷罐車通常使用耐火磚或者高鋁磚砌筑內(nèi)壁?，F(xiàn)階段，通過運用抗渣金屬侵蝕能力較強的浸瀝青的爐襯，使得魚雷罐的使用壽命得到了一定的延長。魚雷罐的使用壽命在很大程度上依賴其實際的使用過程以及使用條件。其中，使用條件包括魚雷罐的實際運輸距離以及每天運送鐵水的次數(shù)，另外，魚雷罐車內(nèi)部的渣含量以及倒渣與裝渣次數(shù)都會影響魚雷罐車的使用壽命。假設(shè)魚雷罐車的正常使用壽命為20萬t，如果魚雷罐車通過間歇性地使用，并且在每次使用完畢之后都將罐內(nèi)的鐵水熔渣清理干凈之后，再用水泥粘結(jié)制造的耐火材料噴撲，這樣一來，魚雷罐車的整體的使用壽命可以延長至60萬t。對每噸砌磚或者進行噴撲所需要的時間大致相同，所以選擇噴撲還是選擇磚砌完全取決于模具加工廠自己的決定及意向。最重要的一點是，在對魚雷罐車內(nèi)部的鐵水進行脫硫處理時，會對魚雷罐車整體的使用壽命造成嚴重的影響，從而突顯了使用更昂貴的耐火材料的必要性[2]。

4.2 提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量以及外在尺寸的精度

由于新型硬質(zhì)合金模具的粗糙度低且表面摩擦系數(shù)較小，當(dāng)出磚排氣以及成型加壓時，不易出現(xiàn)層裂的情況。平板類型的產(chǎn)品常用于加工盛金屬溶液的器皿，而器皿的使用壽命根據(jù)加工的質(zhì)量而定，產(chǎn)品外在尺寸的精度是決定器皿質(zhì)量的主要因素。傳統(tǒng)的一組模具只能成型幾百塊磚，而成型一個金屬器皿需要幾千塊磚，因此，磚的消耗量較大，在加工的過程中，磚塊之間極易留有間隙，間隙會被鐵水或鋼水所侵蝕，直接影響了金屬器皿的使用壽命。使用新型硬質(zhì)合金耐磨型的模具一次能夠成型一萬塊磚，同時，能夠保證產(chǎn)品外在尺寸的精度，不僅從根本上解決了問題，還能延長產(chǎn)品的使用壽命。

4.3 降低模具的成本費用

一套硬質(zhì)合金的成型數(shù)量為7500～10000，影響合金模具的成型數(shù)量的原因是裝模高度以及產(chǎn)品的形狀尺寸，硬質(zhì)合金模具每次產(chǎn)生磨損的厚度大約為0.1mm，在磨床上每次修復(fù)要磨去0.5～0.7mm，因此，一組模具能夠使用十次以上。新型的硬質(zhì)合金材料內(nèi)部與外部的組織與性能一樣，不會因磨制加工而降低耐磨性，所以一組新型硬質(zhì)合金模具能夠成型十萬塊，是普通模具成型的幾百倍。普通模具價格為1500元，而新型硬質(zhì)合金模具價格為30000元，新型模具價格是普通模具的300 倍，但是總體算下來，普通模具加工的損耗卻是新型硬質(zhì)合金模具的15 倍。因此，使用新型的硬質(zhì)合金模具能夠降低模具的成本費用。

4.4 提高成型的效率

使用普通的模具，一組模具只能加工大約300 塊，因此，每個班組加工8h 就需要更換一次模具，同種類型磚塊更換一次模具的時間需要45min。同時，如果需要加工不同類型的磚塊時，可能需要更換兩次模具，不同類型磚塊更換一次模具的時間需要1h，一臺機器每天3個班至少需要消耗2～3h的時間來更換模具。而使用新型硬質(zhì)合金模具時，一組模具可以持續(xù)生產(chǎn)30個班，不僅增加了工作的時間，提高了班組的產(chǎn)量，還降低了班組的勞動量。除此之外，新型的硬質(zhì)合金模具表面粗糙度較低，摩擦系數(shù)較小，因此，磚塊與模腔之間產(chǎn)生的摩擦力較小，一個成型周期中能夠?qū)崿F(xiàn)多次排氣和出磚，充分體現(xiàn)了新型模具的便捷性以及成型的高效率。

5 結(jié)語

新型硬質(zhì)合金模具的冷熱加工工藝充分展現(xiàn)了新型模具的優(yōu)點，使具有高性價比的新型模具在加工產(chǎn)品時得到廣泛推廣，鋼結(jié)硬質(zhì)合金還普遍應(yīng)用于鋼管位拔的內(nèi)模、壓彎模、螺紋環(huán)規(guī)等方面。該加工工藝充分利用了硬質(zhì)合金材料具有的高耐磨性特點，不僅降低了加工產(chǎn)品時消耗的模具費用成本，還延長了產(chǎn)品的整體使用壽命和提高了產(chǎn)品成型的工作效率。