Обзор
Твердосплавные штамповые заготовки представляют собой прецизионные предварительно обработанные блоки, используемые в качестве исходных заготовок для изготовления штампов, пресс-форм и инструментальных вставок. Чрезвычайно высокая твердость, прочность на сжатие и износостойкость твердых сплавов делают их идеальными материалами для производства долговечных деталей оснастки.
Твердосплавные заготовки позволяют обрабатывать сложные геометрии полостей штампов с жесткими допусками на размеры с помощью электроэрозионной обработки (ЭЭО), фрезерования, шлифования и других методов. В данном руководстве рассматриваются свойства, производство, марки, области применения и мировые поставщики твердосплавных заготовок для штампов. В него включены полезные сравнительные таблицы, обобщающие технические характеристики различных конфигураций заготовок.
Выбор оптимальной твердосплавной штамповой заготовки требует соответствия типа твердого сплава, связующего, размера, формы, допусков и требований к чистоте обработки назначению инструмента и возможностям обработки. Это руководство дает инженерам, проектирующим изделия, конструкторам инструментов, изготовителям пресс-форм и менеджерам по закупкам глубокое понимание вариантов твердосплавных заготовок, что облегчает оптимальный выбор материала.
Типы Твердосплавные заготовки для штампов
Существует две основные категории твердого сплава, используемого для изготовления штамповых заготовок:
Виды твердого сплава, используемые в заготовках для штампов
| Твердый сплав | Описание | Основные свойства |
|---|---|---|
| Карбид вольфрама | WC с кобальтовым связующим | Высочайшая твердость и износостойкость |
| Карбид титана | TiC как основной карбидный компонент | Отличная коррозионная стойкость |
Карбид вольфрама наиболее распространен, обеспечивая экстремальные уровни твердости наряду с хорошей вязкостью разрушения. Содержание кобальта варьируется в пределах 3-25% для обеспечения баланса между твердостью и ударной вязкостью.
Карбид титана обладает высочайшей термостойкостью и химической инертностью. Он смешивается с другими карбидами в специальных композициях, оптимизированных для конкретных применений.
Размер зерна и контроль углерода при спекании карбидного порошка дополнительно регулируют твердость, прочность и вязкость. Карбиды меньшего размера лучше сопротивляются разрушению под нагрузкой.
Процесс производства твердосплавных заготовок
Твердосплавные штамповые заготовки изначально представляют собой композиции порошковой металлургии, содержащие микроскопические зерна карбида, консолидированные под воздействием тепла и давления в твердую карбидную массу.
Основные этапы производства:
- Размол твердого сплава - формирует частицы твердого сплава с равномерным распределением по размерам
- Смешивание порошков - карбидный порошок в сочетании с металлическими связующими элементами
- Прессование - порошок уплотняется в твердую зеленую массу путем прессования
- Спекание - разжижение связующего связывает частицы карбида в плотную структуру
- Горячее изостатическое прессование - дальнейшее уплотнение микроструктуры
- Отжиг - термическая обработка для оптимизации механических свойств
- Грубая обработка - заготовки из спеченных блоков распиливаются и шлифуются до нужной формы
- Финишная обработка - достижение требуемых размеров и допусков заготовок
Качество заготовок зависит от точного контроля характеристик порошка, его состава и достижения полной плотности спекания без пустот.
Градусы Твердосплавные заготовки для штампов
Существует множество стандартных составов заготовок, разработанных методом порошковой металлургии для обеспечения баланса твердости, сопротивления разрушению и технологичности.
Распространенные марки твердосплавных заготовок
| Класс | Описание | Диапазон твердости | Основные свойства |
|---|---|---|---|
| C2/C3 | Прямой карбид вольфрама + кобальт | 89,5-91,5 HRA | Универсальный, недорогой класс |
| C5 | Повышенная прочность и скорость электроэрозионной обработки | 88,5-90,5 HRA | Хорошая износостойкость |
| C6-C8 | Повышенная устойчивость к хрупкому разрушению | 90-92 HRA | Высокая ударная прочность |
| C10-C20 | Композиции с высокой твердостью | 92-94,5 HRA | Максимальная износостойкость |
| TiC0.3 | Карбидо-никелевый кермет из карбида титана | 85-88 HRA | Устойчивость к коррозии, стабильность |
Повышенное содержание кобальта улучшает сопротивление разрушению, но снижает твердость карбида вольфрама. Композиции с нанозерном обеспечивают как твердость, так и прочность.
TiC0.3 содержит матрицу из сплава никеля, поддерживающую карбид титана для оптимальной химической инертности.
Применение твердосплавных заготовок для штампов
Сочетание высокой твердости, прочности на сжатие и стабильности размеров делает твердосплавные заготовки идеально подходящими для производства:
- Пресс-формы для литья пластмасс под давлением
- Литейные формы для литья металлов под давлением
- Экструзионные и вытяжные штампы
- Выдувные формы
- Компрессионные и штамповочные штампы
- Штампы для обрезки/пробивки
Твердый сплав выдерживает агрессивные процессы штамповки и волочения при формовании прочных сплавов, таких как нержавеющая сталь или титан, без чрезмерного износа. Коррозионная стойкость, обеспечиваемая заготовками из карбида титана, противостоит кислотным материалам и средам.
Прецизионная электроэрозионная обработка твердого сплава позволяет создавать мелкие детали, гладкие поверхности и сложные внутренние контуры охлаждающей жидкости в полости матрицы, что невозможно при использовании других инструментальных материалов.
Технические характеристики твердосплавных заготовок
Международные стандарты ASTM и ISO помогают определить:
- Допустимые составы
- Диапазоны механических свойств
- Приемлемая микроструктура
- Допустимые недостатки
- Методы отбора проб
- Процедуры тестирования
для заготовок из карбида вольфрама и карбида титана для обеспечения надежности и стабильности характеристик.
Технические характеристики твердосплавных заготовок
| Стандарт | Область применения | Диапазон твердости | Плотность | Микроструктура | Пределы дефектов |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO 513 | Сорта WC-Co | 89-95 HRA | >14,5 г/куб. см | Однородность покрытия | Пористость, карбидные агломерации |
| ASTM B776 | Марки керметов на основе TiC | 85-92 HRA | 4,9-5,2 г/куб. см | Распределение TiC | Трещины, ямы, пустоты |
| JIS R1601 | Методы тестирования | — | — | — | Характеристика недостатков |
| ASTM B312 | Стандартный испытательный блок EDM | 90 HRA | — | Мелкозернистый WC-Co | Индикатор обрабатываемости |
Эти спецификации способствуют повышению качества, постоянства и надежности при разработке инструмента с использованием твердосплавных штамповых заготовок в течение всего срока службы.
Производители твердосплавных заготовок
Твердосплавные штамповые заготовки поставляются по всему миру многими крупными производителями, а также небольшими региональными производителями, расположенными вблизи центров обслуживания клиентов.
Ведущие поставщики твердосплавных заготовок для штампов
| Поставщик | Возможности | Материалы | Ценообразование |
|---|---|---|---|
| Kennametal | Широчайший выбор сортов, нестандартные размеры | WC-Co, TiC, керметы | $$$/фунт |
| Sandvik | Высокая точность, максимальные размеры | WC-Co, TiCN | $$$/фунт |
| Карборунд универсальный | Степени устойчивости к высоким температурам | WC-Co, HfC, керметы | $$/фунт |
| Erasteel | Специалисты по крупным и многотонным блокам | WC-Co | $$/фунт |
| Материалы Гипериона | Изготовление заготовок на заказ | WC-Co, TiCN, Cr3C2-NiCr | $$$/фунт |
Стоимость варьируется от примерно $20/фунт для стандартного карбида вольфрама C2/C3 до $100/фунт и более для специальных геометрий, сортов и операций отделки.
Большие размеры, высокие эксплуатационные характеристики материалов и точность обработки повышают цену. Небольшие региональные поставщики могут предложить конкурентоспособные цены.
Выбор лучшей заготовки для твердосплавных штампов
Выбор оптимальной твердосплавной заготовки требует подбора:
- Уровень твердости для обеспечения требуемого срока службы штампов и стойкости к истиранию
- Однородность сорта для стабильной обработки и производительности
- Жесткость выдерживают штамповочные нагрузки без сколов
- Коррозионная стойкость если необходимо для совместимости с химическими веществами
- Точность и чистоту поверхности для облегчения обработки электроэрозионным способом
- Возможность максимального размера матрицы по сложности и количеству полостей
- Сервис и техническая помощь от поставщика
При разработке крупной программы оснастки обратитесь к субподрядчикам по обработке за рекомендациями по конкретным маркам и за техническими консультациями к поставщикам. Прежде чем приступать к изготовлению крупных инструментов, сначала проведите прототипирование небольших участков.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Какие допуски характерны для заготовок твердосплавных штампов?
Стандартные обработанные заготовки варьируются от +/- 0,005″ для базовых круглых деталей до +/- 0,0005″ для прецизионных квадратов и специальных геометрических форм. Более тонкая обработка EDM может достигать +/- 0,0001″ или лучше, если это необходимо.
Что обеспечивает лучшую износостойкость: мелкозернистый или крупнозернистый карбид?
Более мелкое зерно карбида повышает вязкость разрушения и устойчивость к абразивному и адгезивному износу. Однако крупное зерно более устойчиво к пластической деформации и может быть преимуществом для марок с высоким содержанием Cr.
Когда следует использовать TiCN вместо карбида вольфрама?
Коррозионная стойкость и стабильная структура карбонитрида титана являются преимуществом при использовании штампов для суперфинишной обработки, гидроформовки и химически агрессивных процессов, таких как формование стекла или трансферное формование смолы.
Что вызывает раковины и искажения при обработке твердого сплава электроэрозионным способом?
Неравномерный нагрев электропроводящего кобальтового связующего может вызвать локальные эффекты теплового расширения. Более медленная резка и более частая промывка уменьшают искажения при выжигании мелких деталей.
Какого размера могут быть заготовки для твердосплавных штампов?
Стандартные размеры заготовок варьируются до 30″ в диаметре и 24″ в толщину. Более крупные прямоугольные форматы возможны через специальных поставщиков. Секционирование с помощью электроэрозионной обработки позволяет соединять небольшие заготовки в крупные вставки.
Какая обработка после спекания улучшает качество твердосплавных штамповых заготовок?
Горячее изостатическое прессование (HIP) увеличивает плотность и удаляет внутренние пустоты. Отжиг снимает остаточные напряжения от шлифования. Полные последовательности улучшают однородность структуры и стабильность характеристик.
Заключение
Твердосплавные заготовки для штампов обеспечивают необходимую твердость, износостойкость и точность размеров, требуемые для изготовления оснастки, способной выдержать миллионы сложных циклов формования. Соответствие состава, качества, точности и размера твердого сплава конечному применению приводит к созданию прочных, долговечных штампов и снижению общей стоимости жизненного цикла. Постоянный прогресс в области наноструктурированных марок продолжает расширять возможности твердосплавных материалов для оснастки.
