專利名稱：具有改善性能的用于冷成形操作的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造用于成形的改善的硬質(zhì)合金工具或其它加工材料的方法。本發(fā)明特別適用于制造金屬加工工具和在制造管狀套和如兩件式飲料罐的類似產(chǎn)品中使用的特定工具。
兩件式罐是通過沖壓和減薄拉延方法制得的。通常，兩件式罐能通過從金屬盤上沖壓出金屬圓板制得。金屬“杯”是由圓板制得。形成的杯被罐身成型沖壓機(jī)推動(dòng)穿過罐身成型模具，該模具含有多種環(huán)，通常已知的是沖壓、再?zèng)_壓和減薄拉延環(huán)。罐身成形沖壓機(jī)和多種環(huán)之間的間隙變得越來越小，使得杯壁的厚度被減小而杯子被拉長(zhǎng)了。該方法通常被稱作減薄拉延操作。這是要求特別高的操作并引起工具的高度磨損而且該操作對(duì)尺寸的變化和潤(rùn)滑條件很敏感。因?yàn)槊磕甓紩?huì)制造大量飲料罐，所以每個(gè)制造方法中的微小改進(jìn)都會(huì)導(dǎo)致巨大的節(jié)約。
用于將材料形成所需形狀、形式或成品的工具，如模具、沖壓機(jī)等，必須有著極硬、極高壓縮強(qiáng)度和剛性的特征。這在成形金屬或類似材料時(shí)尤其必需。商業(yè)上用于大量生產(chǎn)的材料加工工具也必須抗重復(fù)和持續(xù)壓力和磨損的磨損、腐蝕和碎裂。這些工具也必須由如下材料制得這些材料能夠被設(shè)計(jì)和加工成在很寬范圍的操作條件下保持精密和尺寸穩(wěn)定性。
已知從多種材料制得沖壓機(jī)、模具、深沖壓工具和類似材料加工工具，包括金屬、硬質(zhì)合金和常規(guī)陶瓷。這些已知材料都有著某些不希望的限制。當(dāng)制造用于成形金屬產(chǎn)品，特別是如兩件式飲料罐的管形套時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中材料的問題變得尤其突出。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，一種獲得罐制造的更好性能的可能方法是使用陶瓷材料，如在美國(guó)專利5,095,730和5,396,788中分別公開的線體加強(qiáng)鋁或氮化硅，但是至今常規(guī)硬質(zhì)合金仍然似乎占據(jù)著它作為優(yōu)選材料的地位。
本發(fā)明涉及一種超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的新近發(fā)展。
很多年以來硬質(zhì)合金的顆粒尺寸被發(fā)展得越來越精細(xì)。將硬質(zhì)合金顆粒尺寸發(fā)展成超細(xì)尺寸范圍導(dǎo)致了磨損加工的許多積極改善。
磨損(或顆粒損失量)可以按照稍微大于燒結(jié)顆粒尺寸一半的數(shù)量級(jí)減小(沒有其它磨損加工)，因?yàn)轭w粒量同立方體直徑相關(guān)。
粘合斷裂是另一種危險(xiǎn)的磨損，其中強(qiáng)焊接的工具加工材料的界面的分離能引起基礎(chǔ)碳化物內(nèi)部的張拉分裂。超細(xì)硬金屬由于它們更高的斷裂強(qiáng)度能比較粗的硬金屬更好地抵抗這種斷裂的發(fā)生。
粘合劑相的侵蝕/腐蝕是拉絲中磨損機(jī)制的一部分。即使粘合劑的含量在超細(xì)硬質(zhì)合金中增加了，但是較小的WC顆粒尺寸導(dǎo)致了較薄的粘合劑膜，通常被稱作粘合劑自由行程。因此軟的粘合劑相抗磨損顆粒的選擇腐蝕性能下降。有理由認(rèn)為較薄的粘合劑也導(dǎo)致了更好的氧化/腐蝕性能，因?yàn)樵赪C界面的粘合劑的性能不同于純金屬。
從以上可以得出在將較精細(xì)次微米硬金屬發(fā)展成納米范圍的主要好處在于提高硬度，最大化抗磨損性和強(qiáng)度同時(shí)最大可能地維持所有有用的其它特性。
因此硬質(zhì)合金的改善的抗腐蝕性可以通過如下方式獲得將碳化鎢顆粒尺寸減小至超細(xì)并保持粘合劑含量使得硬度增加。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于通過使用比現(xiàn)有技術(shù)工具的性能更好的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金提供一種用于冷成形和沖壓操作、特別是用于制造兩件式鋁或鋼飲料罐的工具。在減薄拉延操作中得到特別的改進(jìn)。導(dǎo)致所需更好性能的顆粒尺寸和Co粘合劑含量的結(jié)合表示為6重量％Co和硬度約為2050HV的超細(xì)WC，即硬度比通常使用的6重量％Co粘合劑一般硬度為1775HV的規(guī)格更高。
本發(fā)明的工具和硬質(zhì)合金的實(shí)施例在附

圖1和附圖2中分別被顯示。附圖1顯示了一個(gè)減薄拉延模，其中A是硬質(zhì)合金模具和B是鋼套。附圖2顯示了在10000放大倍數(shù)下Murakami蝕刻的本發(fā)明硬質(zhì)合金的微結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)含有WC和Co粘合劑。
因此本發(fā)明涉及一種有著超細(xì)WC顆粒尺寸和高硬度并具有改善的抗磨損性的硬質(zhì)合金在冷成形和沖壓操作中、特別是鋁和鋼飲料罐制造的減薄拉延加工中的應(yīng)用。然而本發(fā)明也可廣泛應(yīng)用于制造各種其它成形的產(chǎn)品，特別是管形套，如干電池套和氣溶膠罐。
為了解決眾所周知的確定和測(cè)量硬質(zhì)合金中碳化鎢的顆粒尺寸和該情況下特征定義“超細(xì)硬質(zhì)合金”的困難，硬度/粘合劑含量的關(guān)系被用于特征定義本發(fā)明的硬質(zhì)合金。眾所周知硬質(zhì)合金的硬度取決于粘合劑含量和碳化鎢的顆粒尺寸。當(dāng)顆粒尺寸或粘合劑含量降低時(shí)硬度增加。
本發(fā)明因此涉及一種硬質(zhì)合金的冷成形工具，該硬質(zhì)合金有著5-10重量％、優(yōu)選5.5-8重量％和最優(yōu)選5.5-7重量％之間的Co含量，具有＜1重量％的顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr，并且HV30硬度和Co重量％含量有著如下關(guān)系HV30＞2150-52*重量％Co，優(yōu)選地HV30＞2200-52*重量％Co，更優(yōu)選地HV30＞2250-52*重量％Co，并且最優(yōu)選地硬度HV30＞1900。
在一個(gè)實(shí)施方式中該硬質(zhì)合金有著5-8重量％的Co粘合劑，＜1重量％的顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr并且硬度＞1850，并被用作制造鋁或鋼飲料罐中的減薄拉延模。
在另一個(gè)實(shí)施方式中該硬質(zhì)合金有著5-8重量％的Co粘合劑，＜1重量％的顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr并且HV硬度＞1950。
在另一個(gè)實(shí)施方式中該硬質(zhì)合金有著6-7重量％的Co粘合劑，＜1重量％的顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr并且HV硬度為1950-2200。
該硬質(zhì)合金是通過如碾磨、擠壓和燒結(jié)的常規(guī)粉末冶金技術(shù)制得的。
本發(fā)明也涉及將本發(fā)明的硬質(zhì)合金特別地用于其它冷成形和沖壓操作，如絲和特別是輪胎簾線的拉伸操作。
實(shí)施例1用于50cl鋼罐生產(chǎn)的減薄拉延模配有硬質(zhì)合金環(huán)A和BA.WC-6重量％Co，次微米顆粒尺寸，Cr3C2作為顆粒增長(zhǎng)抑制劑并且HV30硬度為1775，現(xiàn)有技術(shù)。
B.由WC、6重量％Co及作為顆粒增長(zhǎng)抑制劑的＜1重量％的碳化V和Cr組成的超細(xì)硬質(zhì)合金，HV30硬度為2050，本發(fā)明。
這些工具被作為50cl鋼罐生產(chǎn)中第三環(huán)測(cè)試并得到下列結(jié)果。性能因素同在100000個(gè)罐被生產(chǎn)出之后在環(huán)直徑上觀察到的磨損程度相關(guān)。本發(fā)明環(huán)平均只有現(xiàn)有技術(shù)74％的磨損量。
表1總結(jié)了樣品A&B的24個(gè)被測(cè)試的環(huán)的平均結(jié)果。
表權(quán)利要求
1.用于深沖壓和減薄拉延工具的超細(xì)硬質(zhì)合金，所述工具用于制造鋁或鋼飲料罐，其特征在于含有WC、＜1重量％顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr和5-10重量％Co、優(yōu)選地5.5-8重量％Co，并且維氏硬度HV30＞2150-52*重量％Co。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的硬質(zhì)合金，其特征在于維氏硬度HV30＞2200-52*重量％Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的硬質(zhì)合金，其特征在于維氏硬度HV30＞2250-52*重量％Co。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的硬質(zhì)合金，其特征在于HV30＞1900。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的硬質(zhì)合金在用于制造鋁或鋼飲料罐的深沖壓和減薄拉延操作中的應(yīng)用。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的硬質(zhì)合金在用于制造鋁或鋼飲料罐的減薄拉延操作中的應(yīng)用。
7.深沖壓和減薄拉延工具，其特征在于含有超細(xì)硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金含有WC、＜1重量％顆粒增長(zhǎng)抑制劑V和/或Cr和5-10重量％Co、優(yōu)選地5.5-8重量％Co，并且維氏硬度HV30＞2150-52*重量％Co。
8.權(quán)利要求7的工具，其特征在于維氏硬度HV30＞2200-52*重量％Co。
9.權(quán)利要求7的工具，其特征在于維氏硬度HV30＞2250-52*重量％Co。
10.權(quán)利要求7的工具，其特征在于維氏硬度HV30＞1900。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造鋁或鋼飲料罐的深沖壓操作、特別是作為減薄拉延模的硬質(zhì)合金工具。該硬質(zhì)合金含有超細(xì)顆粒尺寸的WC和5－10重量％的Co，并且包含顆粒增長(zhǎng)抑制劑(V和/或Cr)而且HV30和鈷含量之間有確定的關(guān)系。
文檔編號(hào)B21D37/01GK1869268SQ20061009182
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者哈坎·恩斯特龍, 路易斯·米尼亞羅·艾·布魯格拉, 瓦斯科·艾·薩拉斯, 埃曼努埃爾·波蒂 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司