用于调整硬质合金压制条件的方法

摘要

本发明涉及用于调整硬质合金产品压制条件的方法。具体而言，公开了一种用于调整硬质合金产品的压制条件的方法，包括初算压制条件的理论值、第一次试压和试烧、采用计算公式调整压制条件以及将所调整的压制条件作为最终确定的压制条件。本发明确定最终的压制条件仅需进行一次试压和试烧即可，具有消除调整盲目性和简化调整程序的优点。

权利要求

1.一种用于调整硬质合金产品的压制条件的方法，包括以下步骤：初步计算压制条件的理论值而得到初算压坯单重和初算压坯高度；

基于所述初算压坯单重和所述初算压坯高度在压模中填装适量的混合料粉末进行压制而获得试制压坯高度（H1）和试制压坯单重（W1），并对压制所得的压坯制品进行烧结而得到烧结坯块制品以获得所述烧结坯块制品的试制烧结坯块制品高度（h1）以及试制烧结坯块制品体积（v1）；

根据所述烧结坯块制品的目标尺寸（v2，h2）并利用第一公式计算得到所述烧结坯块制品的目标压坯单重（W2）以及利用第二公式计算得到所述烧结坯块制品的目标压坯高度（H2）；以及将所述烧结坯块制品的目标压坯单重（W2）和目标压坯高度（H2）调整作为所述硬质合金产品的最终压制条件，其中，所述第一公式为

，以及

所述第二公式为

，

式中，

W2——目标压坯单重（单位：g）

W1——试制压坯单重（单位：g）

v2——目标烧结坯块制品体积（单位：cm3）v1——试制烧结坯块制品体积（单位：cm3）H2——目标压坯高度（单位：mm）

H1——试制压坯高度（单位：mm）

h2——目标烧结坯块制品高度（单位：mm）h1——试制烧结坯块制品高度（单位：mm）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压制包括单向的单轴压制成型和双向的单轴压制成型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用所述目标压坯单重和所述目标压坯高度，在压模中填装适量的混合料粉末进行压制以得到最终的压坯制品。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在初步计算压制条件的理论值之前，确定混合料质量、压模质量、压制方式、烧结工艺的参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压制和烧结的步骤仅进行一次。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质合金产品为六面体形状。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质合金产品为圆环形状。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压坯制品为等高压坯。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压坯制品为不等高压坯，其最高部位与最低部位的高度差相比于所述压坯制品的高度而言较小。

10.一种硬质合金产品，其采用根据权利要求1-9中任一项所述的方法调整压制条件进行压制并经烧结而成。

说明书

用于调整硬质合金压制条件的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及硬质合金的生产技术领域，且具体地涉及硬质合金压制条件的调整和设定。

背景技术

[0002] 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，其具有硬度高、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。当前，硬质合金广泛用作刀具材料，模具材料、耐磨材料、矿山工具材料等。

[0003] 硬质合金的生产制备通常包括混合料制备、压制成型、烧结等主要过程。为了使合金具有必要的强度和硬度，将粘结金属以细粉末状加入到硬质化合物中，必要时加入其他组元，以制成均质的且粒度达到一定要求的混合料。随后，在压模中填装混合料粉末并在压力机下加压，经脱模后得到所需形状和尺寸的压坯制品。最后，再将压坯制品进行烧结，也即加热到一定温度，并保持一定的时间，然后冷却，从而得到一定尺寸的烧结坯块制品。

[0004] 硬质合金烧结坯块制品尺寸控制的好坏，直接体现产品的质量，并且与生产成本的高低密切相关。对于单轴压制的硬质合金产品，当混合料质量、压模质量、压制方式、烧结工艺等确定之后，其烧结坯块制品的尺寸大小，则完全由压制条件（也即，压坯单重和压坯高度）确定。压坯的单重和高度是压制成型工艺中最基本的参数，也是影响坯块尺寸精度最主要的参数。

[0005] 当前，对于硬质合金产品压制条件的确定，如图1中所示，通常包括以下步骤：(1)初算压制条件的理论值；(2) 第一次试制（包括第一次试压和试烧）；(3)调整压制条件；(4)再次试压和试烧（也即再次试制）；(5)最终确定压制条件。其中，步骤(3)和步骤(4)通常需要重复多次。

[0006] 在图1所示的确定硬质合金产品压制条件的过程中，压制条件的调整显得尤为重要。压制条件调整结果的好坏，直接决定着试制过程的次数，从而对生产成本的控制产生显著影响。然而，目前调整压制条件的方法，一般还是凭人工经验进行调整和通过再次试压和试烧来予以验证。

[0007] 应当认识到的是，仅凭人工经验调整压制条件，虽然技术难度不高且易于执行，但其缺点也很明显，主要有：

[0008] （1）由于缺少理论指导，对于经验不丰富者而言难免存在调整的盲目性，不易得到最佳的压制条件；

[0009] （2）耗费的时间周期长，因为每次调整都需用再次试压和试烧来验证，而每一次试压和试烧的周期最少为24小时，并且调整通常还需多次进行。

发明内容

[0010] 本发明的一个目的在于，以理论计算为基础，把理论计算与试压和试烧相结合，消除调整的盲目性。

[0011] 本发明的另一个目的在于，简化调整的程序，减少“试压和试烧”的次数，从而减少调整的时间。期望的是，只需初次试压和试烧（也即试制）和一次理论指导下的调整便能最终确定压制条件。换言之，调整之后无需再次试压和试烧。

[0012] 为实现上述目的，本发明提供了一种用于调整硬质合金产品的压制条件的方法，包括：初步计算压制条件的理论值而得到初算压坯单重和初算压坯高度；基于初算压坯单重和初算压坯高度在压模中填装适量的混合料粉末进行压制而获得试制压坯高度H1和试制压坯单重W1，并对压制所得的压坯制品进行烧结而得到烧结坯块制品以获得试制烧结坯块制品高度h1以及试制烧结坯块制品体积v1；根据期望的烧结坯块制品的目标尺寸（通常包括例如目标烧结坯块制品体积v2和/或目标烧结坯块制品高度h2）并利用第一公式计算得到目标压坯单重W2以及利用第二公式计算得到目标压坯高度H2；以及将目标压坯单重W2和目标压坯高度H2调整作为硬质合金产品的最终压制条件。

[0013] 其中，第一公式为

[0014] ，以及

[0015] 第二公式为

[0016] 。

[0017] 在一个示例性实施例中，压制成型采用单向的单轴压制成型。作为备选，压制成型也可采用双向的单轴压制成型。

[0018] 在另一个示例性实施例中，在确定最终压制条件之后还利用目标压坯单重和目标压坯高度，在压模中填装适量的混合料粉末进行压制、烧结以确定最终得到的烧结坯块制品是否符合目标尺寸。

[0019] 在又一个示例性实施例中，在初步计算压制条件的理论值之前，先行确定混合料质量、压模质量、压制方式、烧结工艺等参数。

[0020] 在还一个示例性实施例中，压坯制品为等高压坯，例如包括各种硬质合金圆柱体、圆筒（例如，冷镦模坯）、圆环（例如，轧辊毛坯）、六面体（例如，模体材料）、条片状产品（例如，多种刀片）。

[0021] 在再一个示例性实施例中，压坯制品为不等高压坯，其最高部位与最低部位的高度差相比于压坯制品的总体高度而言较小。

[0022] 此外，本发明还提供了一种硬质合金产品，其采用根据本发明的方法调整压制条件进行压制并经烧结而成。

附图说明

[0023] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。在附图中：

[0024] 图1为确定硬质合金产品压制条件的流程图。

[0025] 图2为使用根据本发明的计算公式确定硬质合金产品压制条件的流程图。

具体实施方式

[0026] 在本领域中，应当认识到的是，成型是指将粉末密实成具有所需形状坯块的工艺过程。这里，成型主要指的是压制成型。在压制过程中，混合料粉末通常表现为三个阶段：

[0027] 1、压坯密度随压力增加而迅速增大，孔隙急剧减少；

[0028] 2、压坯密度增加缓慢，这是因为孔隙在第1阶段中大量消除，继续加压仅是让颗粒发生弹性屈服变形；

[0029] 3、压力的增大可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限，粉末颗粒在此压力下产生塑性变形或脆性断裂。因颗粒的脆性断裂所形成的碎块填入孔隙，压坯密度随之增大。

[0030] 本发明的基本构思是：对于同批次硬质合金混合料的单轴压制，建立一组数学公式，然后利用该组公式准确地计算出调整后的压制条件，也即目标压坯单重和目标压坯高度。这里，术语“单轴压制”是指沿着一个轴向施加作用力来压制混合料粉末。其中，从一个方向对混合料粉末施加压力使之成型的压制方式为单向压制，而从相反的两个方向对混合料粉末施加压力使之成型的压制方式则为双向压制。至于术语“单重”，顾名思义，则是指每件制品（单件）需用的粉末混合料的重量。

[0031] 对于同批次硬质合金混合料在单轴压制并经烧结之后的坯块制品，发明人认识到的是：

[0032] (1)烧结坯块制品的体积与压坯的单重成正比；以及

[0033] (2)烧结坯块制品高度的变化同时受两个因素的影响：一是烧结坯块制品高度与压制高度成正比，二是烧结坯块制品线性尺寸变化的立方与压坯密度的变化成正比。通过上述两个因素的共同作用，导致烧结坯块制品高度的变化。

[0034] 基于上述基本原理出发，本发明建立了一个公式组合，具体地包括以下两个公式，其中：

[0035] 公式（1）为：

[0036]      ……（1）

[0037] 其中，

[0038] W2——目标压坯单重（单位：g）

[0039] W1——试制压坯单重（单位：g）

[0040] v2——目标烧结坯块制品体积（单位：cm3）

[0041] v1——试制烧结坯块制品体积（单位：cm3）

[0042] 公式（2）为：

[0043]      ……（2）

[0044] 其中，

[0045] H2——目标压坯高度（单位：mm）

[0046] H1——试制压坯高度（单位：mm）

[0047] h2——目标烧结坯块制品高度（单位：mm）

[0048] h1——试制烧结坯块制品高度（单位：mm）

[0049] 于是，本发明所建立的公式组合具体地表示为：

[0050]

[0051] 利用上述公式组合，根据本发明的压制条件的调整包括：利用公式（1）调整压坯的单重，然后利用公式（2）调整压坯的高度，最后验算其它尺寸。

[0052] 根据本发明所建立的公式组合具体地适用于正常工艺情况下单轴压制成型的硬质合金等高压坯压制条件的调整。举例而言，各种硬质合金圆柱体、圆筒（例如，冷镦模坯）、圆环（例如，轧辊毛坯）、六面体（例如，模体材料）、条片状产品（例如，多种刀片），它们的压坯都是等高压坯。作为一种变型，对于不等高压坯，则其最高部位与最低部位的高度差相比于压坯制品的整个高度而言越小，根据本发明的公式组合的适应性便越好。

[0053] 参见图2，具体地描述了根据本发明的硬质合金产品压制条件的调整方法。首先，将粘结金属以细粉末状加入到硬质化合物中，从而形成混合料粉末。然后，在步骤（1）中，初步计算压制条件的理论值而得到初算压坯单重和初算压坯高度。具体而言，发明人采用以下公式（a）和（b）来获得初算压坯单重和初算压坯高度，具体为：

[0054] Mp = Vs×ρs×Le           （a）

[0055] Hp = K ×Hs           （b）

[0056] 式中，

[0057] Mp——压坯单重 g

[0058] Vs——合金（烧结坯）的体积 cm3

[0059] ρs——合金（烧结坯）的密度 g/cm3

[0060] Le——重量损失系数（压坯在烧结等过程中存在重量损失）

[0061] Hp——压坯高度 cm

[0062] K——线收缩系数（轴向的）

[0063] Hs——烧结坯高度 cm

[0064] 注意的是，线收缩率和线收缩系数是两个不同的概念，线收缩率是压坯和烧结坯尺寸之差与压坯尺寸之比，线收缩系数是压坯尺寸和烧结坯尺寸之比。在硬质合金生产技术中，大多使用线收缩系数，使得计算公式显得更为简单。

[0065] 接着，在步骤（2）中，基于所得到的初算压坯单重和初算压坯高度在压模中填装适量的混合料粉末进行压制而获得试制压坯高度H1和试制压坯单重W1，并对压制所得的压坯制品进行烧结而得到烧结坯块制品以获得试制烧结坯块制品高度h1以及试制烧结坯块制品体积v1。然后，在步骤（3）中，根据期望的烧结坯块制品的目标尺寸并利用公式（1）计算得到烧结坯块制品的目标压坯单重W2以及利用公式（2）计算得到烧结坯块制品的目标压坯高度H2。最后，在步骤（4）中，将上述计算得到的目标压坯单重W2和目标压坯高度H2调整作为硬质合金产品的最终压制条件。可选的是，利用最终确定的压制条件，也即上述得到的压坯单重和压坯高度，在压模中填装适量的混合料粉末进行压制、烧结以确定最终得到的烧结坯块制品是否符合目标尺寸。

[0066] 下面通过具体的实例来描述根据本发明的硬质合金产品压制条件的调整和设定。

[0067] 实例1

[0068] 一种六面体形状的硬质合金产品，其烧结坯块制品的目标尺寸为（高×宽×长）：50.30mm×150.60mm×150.60mm；

[0069] 第一次试压后的压坯参数：单重W1=16580g，高度H1=62.15mm；

[0070] 第一次试烧后的烧结坯块制品尺寸为：50.65mm×150.45mm×150.45mm。

[0071] 那么，如何调整到正确的压制条件W2，H2呢？

[0072] 首先，基于第一次试压后压坯的单重W1、第一次试烧后的烧结坯块制品的体积v1以及烧结坯块制品的目标体积v2，利用公式(1)得到调整后的压坯单重（也即目标压坯单重）W2。

[0073] 具体地，第一次试烧后的烧结坯块制品的体积v1为50.65×150.45×150.45=1146.5×103mm3；烧结坯块制品的目标体积v2为50.30×150.60×150.60=1140.8×103mm3；
以及第一次试压后压坯的单重W1为16580g。于是，基于公式（1）得到目标压坯单重[0074] W2=W1×v2/v1=16580×（1140.8×103/1146.5×103）=16498（g）

[0075] 然后，通过已知压坯和烧结坯块制品的尺寸参数并结合目标尺寸参数，利用公式（2）获得调整后的压坯高度（也即目标压坯高度）。应当清楚的是，通过测量可得到第一次试压后的压坯高度H1和第一次试烧后的烧结坯块制品的高度h1，然后基于烧结坯块制品的目标高度h2，利用公式（2）可得到调整后的压坯高度H2。

[0076] 具体地，第一次试压后的压坯高度H1为62.15mm；第一次试烧后的烧结坯块制品的高度h1为50.65mm；以及烧结坯块制品的目标高度h2为50.30mm。于是，基于公式（2）得到调整后的压坯高度

[0077]

[0078] 因此，调整后的正确的压制条件是压坯的单重W2为16498g而压坯的高度H2为61.66mm。根据上述压制参数进行批量压制生产，最终所得到的烧结坯块制品的长宽高尺寸均符合预期。

[0079] 实例2

[0080] 一种圆环形状的硬质合金产品，其烧结坯块制品的目标尺寸为：外径φd=85mm，内径φa=40mm，高度h=80mm；

[0081] 第一次试压后的压坯参数：单重W1=4950g，高度H1=99.92mm；

[0082] 第一次试烧后的烧结坯块制品尺寸为：φd1=85.6mm，φa1=40.3mm，h1=80.2mm。

[0083] 那么，如何调整到正确的压制条件W2，H2呢？

[0084] 首先，根据上述圆环形状的硬质合金产品的具体尺寸，利用已知的圆环体积计算公式获得第一次试烧后烧结坯块制品的体积为v1和烧结坯块制品的目标体积v2。

[0085]

[0086] 类似于实例1，基于公式（1）得到调整后的压坯单重

[0087] W2=W1×v2/v1=4950×353.4×103/359.2×103=4870（g）

[0088] 类似地，基于公式（2）得到调整后的压坯高度

[0089]

[0090] 因此，调整后的正确的压制条件是压坯的单重W2为4870g而压坯的高度H2为100.36mm。根据上述压制参数进行批量压制生产，最终所得到的烧结坯块制品的内径、外径和高度尺寸均符合预期。

[0091] 根据本发明的硬质合金压制条件的调整方法，适用于单轴压制成型的硬质合金产品压制条件的调整，相比于现有技术，其具有如下优点：

[0092] （1）以理论计算为指导，消除了调整的盲目性，调整后得到最佳压制条件；

[0093] （2）简化了调整的程序，减少调整的时间，无需多次试压试烧，只需在第一次试压试烧后用公式计算进行一次调整（调整后不需再次试压试烧）就能最终确定压制条件。

[0094] 本公开内容已参照优选实施例进行了描述。显然，本领域技术人员在阅读和理解前述详细说明时将会想到多种修改和变化。本发明旨在解释为包括所有这样的修改和变化。