双斜孔异形硬质合金产品直接压制成型模具的设计

硬质合金模具

摘要：
本文针对双斜孔异形硬质合金产品的直接压制成型需求，设计了一套专用模具。通过分析产品结构特点，确定了模具的整体结构、脱模方式及关键部件设计。采用双向压制、组合式模腔和斜孔成型针结构，解决了双斜孔成型和脱模难题。实践表明，该模具结构合理，操作方便，成型的压坯密度均匀，尺寸精度满足要求。

1. 引言
硬质合金具有高硬度、高耐磨性和良好的红硬性，广泛应用于模具、刀具等领域。对于带有双斜孔且外形不规则的异形硬质合金产品，传统的模压成型方法难以直接成型，通常需要后续机械加工，成本高、效率低。直接压制成型可减少加工余量，提高材料利用率，但模具设计难度大。本文针对某双斜孔异形硬质合金产品，设计了一套直接压制成型模具，实现了高效、高精度成型。

2. 产品结构分析
该产品为异形硬质合金零件，外形轮廓复杂，主体为长方体基础上带有台阶和圆弧面。关键特征为两个斜孔，孔径分别为φ3mm和φ4mm，两孔中心线与产品底面呈一定角度（分别为30°和45°），且两孔空间交叉。产品最大高度25mm，最小壁厚仅2mm，成型时需保证孔壁完整、密度均匀。图1为产品三维示意图（略）。

3. 模具整体结构设计
3.1 成型方式选择
因产品带有两个斜孔，采用单向压制难以保证密度均匀，故采用双向压制方式。上模冲用于成型产品上部外形及斜孔上端，下模冲用于成型产品下部外形及斜孔下端。斜孔由斜孔成型针成型，成型针固定在下模冲或独立固定板上。

3.2 模具总体结构
模具由上模座、上模冲、下模座、下模冲、模腔、斜孔成型针、脱模机构和垫块等组成。模腔采用组合式结构，由左、右半模腔和前后挡板拼合而成，便于脱模和取出压坯。上模冲和下模冲均设计有台阶和斜面，以成型产品外形。两斜孔成型针分别固定在斜孔固定座上，固定座通过螺钉与下模冲连接，保证成型针的角向精度。

4. 关键部件设计
4.1 模腔设计
模腔采用高强度模具钢（Cr12MoV）制造，淬火硬度HRC58-62。为了便于加工和装配，模腔设计为组合式，分为左半模腔、右半模腔和前后挡板。各部件通过定位销和螺钉紧固在模座上。模腔内壁抛光至Ra0.2μm以下，以减少脱模摩擦。

4.2 斜孔成型针设计
斜孔成型针采用硬质合金材料制造，具有高硬度和耐磨性。成型针直径分别与孔径一致。为保证成型针强度，设计成阶梯轴形式，工作部分直径分别为φ3mm和φ4mm，固定部分直径加大。成型针与固定座采用H7/m6过渡配合，并用斜楔锁紧，防止压制过程中松动。斜孔角度通过固定座上的斜孔定位面保证。

4.3 上下模冲设计
上模冲和下模冲均采用组合式结构，由模冲基体和成型镶块组成。成型镶块材料为硬质合金，以提高耐磨性；基体为45钢，调质处理。模冲工作端面形状与产品外形匹配，并预留回弹量。下模冲上开有斜孔成型针的让位孔和固定螺孔。上模冲设计有导向台阶，与模腔配合，保证对中。

4.4 脱模机构
压制完成后，采用下顶出脱模方式。顶出机构由顶杆、顶板和液压缸组成。顶杆作用于下模冲和斜孔成型针，使压坯从上模冲和模腔中脱出。为防止压坯开裂，顶出过程需平稳，速度不可过快。对于斜孔成型针，设计同步顶出机构，确保两针同时脱出，避免单针受力导致孔壁损伤。

5. 压制工艺要点
1）装粉：采用容积法装粉，保证装粉均匀。对于斜孔部位，适当增加装粉量，以补偿压缩比差异。
2）压制：先低压预压，再高压成型，压力为150-200MPa。双向压制，上下模冲同时加压，保压时间3-5s。
3）脱模：先退出上模冲，然后下顶出机构顶出下模冲和斜孔针，最后取出压坯。
4）烧结：压坯经真空烧结，烧结温度1400-1450℃，保温1-2h，得到最终产品。

6. 结论
本文设计的双斜孔异形硬质合金直接压制成型模具，采用双向压制、组合模腔和斜孔成型针结构，成功实现了带双斜孔异形硬质合金产品的直接成型。生产实践证明，该模具结构合理、脱模可靠，成型的压坯密度均匀，尺寸精度达到±0.05mm，减少了后续加工，提高了材料利用率。该设计可为类似异形硬质合金产品的模具设计提供参考。