新型硬质合金模具加工工艺在耐火材料行业的实践

钱玉林

（瑞泰马钢新材料科技有限公司，安徽 马鞍山243000）

1 引言

虽然硬质合金具有很多优点，但是由于硬质合金的成本极高，所以常用于大批量加工且附加值较高的产品成型中。硬质合金模具设计技术属于耐火材料机压成型用于模具制作领域的实用新型技术，主要适用于转炉镶锆板闸阀机压成型生产。所以为了能够改善锆板槽周边的疏松情况，降低破损程度，机械制造业研发了新型硬质合金模具，使用该模具后，砖坯的合格率达到了90%，明显提高了其经济效益。

2 硬质合金模具的发展前景

在金属机械制造业中，切削加工是最关键的加工手段，在各个工业部门都发挥着很重要的作用。新型的模具不仅能够在很大程度上提高加工的效率、精度、产品质量以及扩大领域，还能降低模具的损耗，从而提高制造业的经济效益[1]。所以新型模具的开发对机械制造业的发展有重要的促进作用。硬质合金属于一种新型的模具材料，该新型模具有较高的硬度、良好的耐磨性、抗压强度高、耐热性强等优势。硬质合金模具能够适应现代科技的发展，逐步向精密化发展。硬质合金模具也能够满足精密产品的精度要求，加工出高质量、高精度的产品。

硬质合金具有较高的耐磨性能，将硬质合金应用在耐火材料的模具上，按照结构主要分为整体式的结构和分体式的结构。整体式的结构指的是模具的整体全部使用硬质合金的材料，虽然整体式的加工工艺比较简单，但是结构成本极高。如果模具低于特定厚度时，就会出现断裂的现象，最终导致报废，增加加工的成本。而且由于硬质合金材料的韧性较差，尽管国外的加工工艺相对较好，但是使用的价值仍很低，所以即使厚度处于50～70mm 时，也经常出现一经使用就断裂的现象，使得模具只能做报废处理。采取分体式结构的主要作用在于减小硬质合金在模具中占据的比例，从而降低使用模具时出现断裂的概率。硬质合金材料的板大多数都在10～16mm，该尺寸的合金板材具有一定程度的强硬度和韧性，通过对整块合金板材采取镶嵌以及胶粘的方法，虽然工艺相对较复杂，但是能够避免整体式结构的不足。通常来说，模具能够完全贴合在模箱中，不同大小、不同形状的模板、垫板、稍板和模箱中间都不存在缝隙，但是目前的技术还达不到这种要求，所以在实际使用模具的过程中，仍然会存在断裂的情况，最终出现非正常行为的报废，没有将硬质合金自身的价值充分体现出来，未能降低模具的成本。因此，新型硬质合金模具在使用过程中，避免断裂的方法成为新型硬质合金是否能应用在耐火材料的模具行业中的关键因素。

3 硬质合金模具的冷热加工工艺

为了提高硬质合金的抗弯强度，降低使用期间的断裂概率，开发了小块胶粘、小块钎焊的工艺手法。胶粘工艺加工操作简单，由于处于常温环境中作业，很好地保留了硬质合金的优点，但是其他不同型号的结构胶在遇到较大压力时，结构胶的特性就会改变，导致结构胶没有粘结力，持续使用时，极易出现脱落的现象，导致无法继续使用。小块钎焊是对硬质合金使用钎焊的工艺，将多个小块的合金钎焊在一个结构钢上面，再通过组装以及磨制等程序，最终加工成模具。该种加工工艺的合金以及结构钢的基体具有较高的强度，但是大面积地进行焊接会对合金材料本身的性能造成损害，降低合金材料的耐磨性，合金材料内部的组织在焊接期间会发生变化，产生细小的裂纹。当这些合金材料受到外力作用时，裂纹的程度就会放大，然后就会出现碎裂和掉块的情况，最终造成合金模具报废。

螺栓连接的加工工艺主要是在硬质合金块上面加工出螺纹状的孔，在基体上加工出六角螺钉过孔，再借助六角螺钉的力量将硬质合金与基体相连接。由于该加工工艺不经历高温环境进行焊接，就不会对硬质合金材料造成一定的伤害。因此，该加工工艺突出了硬质合金具备的性能，不仅实现了将硬质合金材料与普通材料相结合的目的，也充分发挥了硬质合金材料具备的耐磨性能，而且使用化整为零的工艺手法，巧妙地弥补了硬质合金材料在韧性方面的不足之处。

4 新型硬质合金模具加工工艺在耐火材料行业的实践

将新型的硬质合金模具加工工艺应用在耐火材料中，能够保证砖坯锆板槽的周边没有破损，提高砖坯的体积和密度，使砖坯的合格率上升20个百分点，预估每年降低成本40万元，所以应该大力推广新型硬质合金模具。下文就新型硬质合金模具加工工艺在耐火材料行业的实践进行了探讨。

4.1 鱼雷罐车

鱼雷罐车通常使用耐火砖或者高铝砖砌筑内壁。现阶段，通过运用抗渣金属侵蚀能力较强的浸沥青的炉衬，使得鱼雷罐的使用寿命得到了一定的延长。鱼雷罐的使用寿命在很大程度上依赖其实际的使用过程以及使用条件。其中，使用条件包括鱼雷罐的实际运输距离以及每天运送铁水的次数，另外，鱼雷罐车内部的渣含量以及倒渣与装渣次数都会影响鱼雷罐车的使用寿命。假设鱼雷罐车的正常使用寿命为20万t，如果鱼雷罐车通过间歇性地使用，并且在每次使用完毕之后都将罐内的铁水熔渣清理干净之后，再用水泥粘结制造的耐火材料喷扑，这样一来，鱼雷罐车的整体的使用寿命可以延长至60万t。对每吨砌砖或者进行喷扑所需要的时间大致相同，所以选择喷扑还是选择砖砌完全取决于模具加工厂自己的决定及意向。最重要的一点是，在对鱼雷罐车内部的铁水进行脱硫处理时，会对鱼雷罐车整体的使用寿命造成严重的影响，从而突显了使用更昂贵的耐火材料的必要性[2]。

4.2 提高产品的内在质量以及外在尺寸的精度

由于新型硬质合金模具的粗糙度低且表面摩擦系数较小，当出砖排气以及成型加压时，不易出现层裂的情况。平板类型的产品常用于加工盛金属溶液的器皿，而器皿的使用寿命根据加工的质量而定，产品外在尺寸的精度是决定器皿质量的主要因素。传统的一组模具只能成型几百块砖，而成型一个金属器皿需要几千块砖，因此，砖的消耗量较大，在加工的过程中，砖块之间极易留有间隙，间隙会被铁水或钢水所侵蚀，直接影响了金属器皿的使用寿命。使用新型硬质合金耐磨型的模具一次能够成型一万块砖，同时，能够保证产品外在尺寸的精度，不仅从根本上解决了问题，还能延长产品的使用寿命。

4.3 降低模具的成本费用

一套硬质合金的成型数量为7500～10000，影响合金模具的成型数量的原因是装模高度以及产品的形状尺寸，硬质合金模具每次产生磨损的厚度大约为0.1mm，在磨床上每次修复要磨去0.5～0.7mm，因此，一组模具能够使用十次以上。新型的硬质合金材料内部与外部的组织与性能一样，不会因磨制加工而降低耐磨性，所以一组新型硬质合金模具能够成型十万块，是普通模具成型的几百倍。普通模具价格为1500元，而新型硬质合金模具价格为30000元，新型模具价格是普通模具的300 倍，但是总体算下来，普通模具加工的损耗却是新型硬质合金模具的15 倍。因此，使用新型的硬质合金模具能够降低模具的成本费用。

4.4 提高成型的效率

使用普通的模具，一组模具只能加工大约300 块，因此，每个班组加工8h 就需要更换一次模具，同种类型砖块更换一次模具的时间需要45min。同时，如果需要加工不同类型的砖块时，可能需要更换两次模具，不同类型砖块更换一次模具的时间需要1h，一台机器每天3个班至少需要消耗2～3h的时间来更换模具。而使用新型硬质合金模具时，一组模具可以持续生产30个班，不仅增加了工作的时间，提高了班组的产量，还降低了班组的劳动量。除此之外，新型的硬质合金模具表面粗糙度较低，摩擦系数较小，因此，砖块与模腔之间产生的摩擦力较小，一个成型周期中能够实现多次排气和出砖，充分体现了新型模具的便捷性以及成型的高效率。

5 结语

新型硬质合金模具的冷热加工工艺充分展现了新型模具的优点，使具有高性价比的新型模具在加工产品时得到广泛推广，钢结硬质合金还普遍应用于钢管位拔的内模、压弯模、螺纹环规等方面。该加工工艺充分利用了硬质合金材料具有的高耐磨性特点，不仅降低了加工产品时消耗的模具费用成本，还延长了产品的整体使用寿命和提高了产品成型的工作效率。