一种钢基冲压模具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钢基冲压模具，包括合金层和钢基体，合金层和钢基体之间设置有硼箔夹层，合金层按照质量百分比由以下组分组成，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％‑15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％‑2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％，其中，Ta丝的丝径为0.3mm‑1mm，WC粉末的粒度为6μm‑18μm，Ta粉末的粒度为5μm‑10μm，Fe粉末的粒度为1μm‑4μm，石墨粉的的粒度为2μm‑5μm。本发明专利技术还公开了一种钢基冲压模具的制备方法，采用该方法制备的钢基冲压模具具有良好的耐磨性、韧性以及损伤容限，能有效防止模具使用过程中的开裂情况。

【技术实现步骤摘要】
一种钢基冲压模具及其制备方法
本专利技术属于模具
，涉及一种钢基冲压模具及其制备方法。
技术介绍
冲压是在室温下利用安装在压力机上的冲压模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压加工时，凹、凸模具之间往复不断地分合，因此要求模具具有良好的耐冲击性和刚性，从而在反复冲压下不易变形或断裂。冲压模具多采用合金钢材质，在长期反复冲击下，表面易发生高温氧化和塑性变形，影响成型精度和效果。据此，学者们采用多种表面改性方法提高冲压模具的抗冲击变形能力。专利号为CN103084572A的专利技术专利公开了一种利用超音速喷涂技术在冲压模具表面制备耐磨复合涂层的技术。复合层是由碳化钨或碳化铬构成的陶瓷相和镍基合金相构成，陶瓷相提高表面硬度，镍基合金使涂层和模具整体形成牢固结合，提高了模具的使用寿命和耐磨性；专利号为CN203853449U的技术专利公开了一种在冲压模具表面利用PVD法制备TiN、CrN、TiCN等涂层的方法。在冲头的外表面均匀设置硬质合金层，凹模的内表面设置抗磨层，包括高强度弹性复合层和与高强度弹性复合层平滑连接的树脂层。硬质合金层增加了冲头的刚性和抗磨损程度，延长了冲头的使用寿命；凹模刀口部表面采用树脂层和陶瓷颗粒层共同作用，利用陶瓷颗粒优异的耐磨性能，增强了凹模的抗磨性；陶瓷颗粒层表面均匀涂覆的树脂层，提高了凹模的耐冲击强度。此外，专利号为CN109371217A的专利技术专利公开了一种冷冲压模具的表面处理方法。冷冲压模具的基体材料为T10A钢、7SiCrMnMoV钢、CrWMn钢或Cr12Mo1V1钢中的一种。进行如下处理：(1)硬度调整预处理，三次500℃以上的高温淬火、回火处理；(2)补焊及抛光处理；(3)表面脱脂处理；(4)喷砂处理；(5)PVD处理；(6)二次抛光处理。其中喷砂涂层选用TiN、CrN、TiCN、TiAlN、CrAlN或CrAlTiN中的一种。此专利技术使冷冲压模具的表面更加符合装配制造的要求，提高模具的综合性能，延长了模具的使用寿命。可见，表面改性可改善冲击模具的抗冲击变形行为，提高使用寿命。但是，超音速喷涂与PVD方法制备的改性层厚度有限且工艺复杂，条件苛刻；而且，PVD与设置改性层方法又存在层间界面结合强度低、韧性较差的问题，限制了冲压模具使用寿命的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种钢基冲压模具，解决了现有冲压模具韧性差，在使用过程中频繁开裂的问题。本专利技术所采用的第一技术方案是一种钢基冲压模具，包括合金层和钢基体，合金层和钢基体之间设置有硼箔夹层，合金层按照质量百分比由以下组分组成，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％。Ta丝的丝径为0.3mm-1mm，WC粉末的粒度为6μm-18μm，Ta粉末的粒度为5μm-10μm，Fe粉末的粒度为1μm-4μm，石墨粉的的粒度为2μm-5μm。本专利技术所采用的第一技术方案是一种钢基冲压模具的制备方法，包括以下步骤:步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％；步骤2，混料，将步骤1称取的WC粉末、Ta粉末、Fe粉末和石墨粉混合均匀，形成混合粉末，将混合粉末与塑化剂依次加入混炼机中进行混炼，形成混合物料；步骤3，根据冲压模具的形状和尺寸将称取的Ta丝编织成Ta骨架，冲压模具入口侧和底部的相邻Ta丝之间间距小于冲压模具侧面相邻Ta丝之间间距；步骤4，根据冲压模具底部形状，选取上表面形状与冲压模具底部完全匹配、严密对接的钢基体，将该钢基体放置于注射成型模具的下模具内，在钢基体表面放置一层硼箔夹层，将Ta骨架放置于硼箔夹层上面；步骤5，注射成型，将与下模具相配合的上模具放置于Ta骨架上，通过注射成型机从上模具的注射孔中将混合物料注射于注射成型模具中，注射完毕后顶压保压一段时间进行脱模，即得冲压模具的预制件；步骤6，将预制件放置于石墨模具内，石墨模具的上下表面与预制件上下面相贴合，将带有石墨模具的预制件放入烧结炉中依次进行脱脂和常压烧结，先将炉温从室温升至脱脂温度保温一段时间，完成脱脂；将炉温升至烧结温度保温一段时间，然后降温，最后随炉冷却至室温，取出脱模，即制得一种钢基冲压模具。步骤2中，采用混料机进行混料，混料过程中，混料机的转速为65r/min～75r/min，混料时间为3h～8h；混炼过程中，混炼机转速为88r/min～92r/min，混炼时间为1h～2h。步骤2中，混合粉末与塑化剂的质量百分比为99.3-99.6wt.％：0.4-0.7wt.％，塑化剂为石蜡基多聚合物粘结剂。步骤5中，注射成型过程中，注射成型机的注射压力为60MPa-150MPa，注射温度为180-260℃，注射完毕后顶压保压1min～4min进行脱模。步骤6中，预制件在真空或惰性保护气氛中进行脱脂和常压烧结。步骤6中，脱脂温度为600-700℃，在脱脂温度下的保温时间为5h-10h。步骤6中，常压烧结包括先将炉温升至1375-1450℃保温0.1-0.5h，再将炉温降至1000-1130℃保温1-8h，随后降温至800±10℃保温40-60min，最后随炉冷却至室温。步骤6中，炉温的降温速率为5℃/min～10℃/min。本专利技术的有益效果如下：(1)采用WC、Ta、Fe、石墨和Ta丝组成冲压模具的硬质合金层，多元多尺度的颗粒相互作用，提高了冲压模具的耐磨性，Ta丝的加入，提高了冲压模具的韧性以及损伤容限，能有效防止模具使用过程中的开裂情况；(2)硬质合金层与钢基体相互配合，有效提高了冲压模具的抗冲击和抗磨损性能，同时又控制了制造成本，提高了冲压模具的实用性；(3)通过热熔焊结合常压烧结工艺，以硼箔作为夹层，提高了硬质合金层与钢基体之间的结合力，进而增加冲压模具的使用寿命。附图说明图1是本专利技术钢基冲压模具在注射成型模具中的结构示意图；图2是本专利技术钢基冲压模具中合金层的结构示意图；图3是本专利技术钢基冲压模具中Ta骨架的结构示意图。图中，1.注射孔，2.上模具，3.Ta骨架，4.硼箔夹层，5.钢基体，6.下模具，7.合金层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种钢基冲压模具，参照图1和图2，包括合金7和钢基体5，合金层7和钢基体5之间设置有硼箔夹层4，合金层7按照质量百分比由以下组分组成，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％。其中，Ta丝的丝径为0.3mm-1mm，WC粉末的粒度为6μm-18μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢基冲压模具，其特征在于，包括合金层(7)和钢基体(5)，合金层(7)和钢基体(5)之间设置有硼箔夹层(4)，所述合金层(7)按照质量百分比由以下组分组成，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢基冲压模具，其特征在于，包括合金层(7)和钢基体(5)，合金层(7)和钢基体(5)之间设置有硼箔夹层(4)，所述合金层(7)按照质量百分比由以下组分组成，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％。


2.根据权利要求1所述的一种钢基冲压模具，其特征在于，所述Ta丝的丝径为0.3mm-1mm，WC粉末的粒度为6μm-18μm，Ta粉末的粒度为5μm-10μm，Fe粉末的粒度为1μm-4μm，石墨粉的的粒度为2μm-5μm。


3.一种钢基冲压模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC粉末55％～65％、Ta粉末10％-15％、Fe粉末3.5％～10％、石墨粉1％-2％和Ta丝20％～25％，以上各组分的质量百分比之和为100％；
步骤2，混料，将步骤1称取的WC粉末、Ta粉末、Fe粉末和石墨粉混合均匀，形成混合粉末，将混合粉末与塑化剂依次加入混炼机中进行混炼，形成混合物料；
步骤3，根据冲压模具的形状和尺寸将称取的Ta丝编织成Ta骨架(3)，冲压模具入口侧和底部的相邻Ta丝之间间距小于冲压模具侧面相邻Ta丝之间间距；
步骤4，根据冲压模具底部形状，选取上表面形状与冲压模具底部完全匹配、严密对接的钢基体(5)，将所述钢基体(5)放置于注射成型模具的下模具(6)内，在钢基体(5)表面放置一层硼箔夹层(4)，将Ta骨架(3)放置于硼箔夹层(4)上面；
步骤5，注射成型，将与所述下模具(6)相配合的上模具(2)放置于Ta骨架(3)上，通过注射成型机从上模具(2)的注射孔(1)中将混合物料注射于注射成型模具中，注射完毕后顶压保压一段时间进行脱模，即得冲压模具的预制件；
步骤6，将预制件放置于石墨模具内，石墨模具的上下表面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟黎声，樊荣，赵梓源，朱建雷，白海强，许云华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61