[实用新型]多层钻尾模具

说明书

本实用新型为一种多层钻尾模具，其包含：第一层，具有抗磨特性，第二层，具有韧性，第三层也具有抗磨特性，其中上述的第二层位于第一层与第三层之间，且其韧性较第一与第二层大。

技术领域

本实用新型涉及一种多层梯度钻尾模具，特别是指一种使用硬质合金，具有两层或以上异质材料组成的分层结构，使其得以兼顾强度与韧性，同时满足加工过程中耐磨损与耐冲击的需求。

背景技术

模具，为一工业上生产各式机具或工程用零附件的工具，以模具加工金属的方式为将加热后的金属原料置于一定形状的模穴内，受冲击应力或压力而塑形至所欲形状的加工方法。其优点是锻件形状与尺寸精度良好，复制性佳，适合生产大批量的中小型的零附件，例如用于机密仪器的零附件，即对其公差精度有着严格的要求。然而国内模具的材料或技术长期被欧美等先进国家所掌握，国内产业取得技术难度不易，无形中生产技术受制于人，因此模具的研发，包含所用的材料与制程方法，对于台湾发展精密加工有其急迫性。

硬质合金材料，结合了陶瓷的高硬度与金属的韧性，在现代工业被广泛用于二次加工业。其高硬度耐冲击的特性被用来取代钻石材料与较软的高速钢，应用于车削刀具与冲压模具上。其用作冲压模具时机械性质直接由接触面的损耗决定了硬质合金的寿命，且因为硬质合金硬度太高不适合作修复精整，因此制作出来的成品精度会下降，当模具磨耗太过严重时就必须要报废，然则其实际发生损伤的仅是模具加工面的表面层，将整个模具报废即造成资源上的浪费。但若直接提升材料硬度提升材料抗磨耗能力，则会牺牲冲击强度和破裂韧性，材料会直接在加工时裂开，甚至可能造成生命财产危害。

现有技术会使用表面改质的方式尽可能提升表面硬度，如氧化物陶瓷镀膜或是氮碳化钛表面硬焊，常见的黄色硬质合金模具就是经过表面处理的硬质合金模具。也有使用表面扩散技术进行块材表面改质。但是这些制程都需要额外的设备方能达到，徒增硬质合金的加工成本，此外硬化层也仅有表面的薄薄一层，与硬质合金表面也拥有接口的问题，可能会在加工零件时剥落，对模具寿命的改善效果有限。

另一种技术是将两种材料组合在一起，将材料以粉体方式分段进行压模后烧结，或是以将材料粉体以高温熔射成型方式，将模具与加工材料接触的的部位使用硬度较高较耐磨的材料，而材料的中身段则使用破裂韧性较好的材料，使模具整体能有足够的强度能够忍受间断的冲击，这样的材料被称作梯度硬质合金。

请参阅图1.a与图1.b，用于制造梯度硬质合金的金属材料，是由粉体结晶颗粒所组成，每个晶粒内部的原子排列方式有一定的规则，当粉体在锻造的过程中所受外力11a作用所产生的应力超过降伏强度时，原子即产生永久性的相对位移，在所受外力11a移除后也不会恢复原来的状态。以上述施加外力11a，使金属材料产生塑形变形的机制是由剪应力所引起，其产生的塑形变形有图1.a的滑动10a与图1.b的双晶11b两种型式：滑动10a，指物体因受剪应力13a作用，当剪应力13a大小超过某一临界值时，物体相邻的两部份沿横轴方向的滑动面15a发生相互移动的现象；双晶10b，指以某一接口为分隔面，一边的结晶产生旋转，另一边则无变化，此接口则称为双晶面11b。

前述以锻造的加工通过冲击或挤压的方法，将金属粉体材料塑形，可达到模具所需的机械特性与形状，由于金属粉体材料在铸压过程中被强迫塑形，因而可使金属粉体材料在制作的过程中被细密化、均质化、韧性与耐冲击性的机械性质，以使制作出的模具符合加工中所需的强度。

在先前技术，中国专利CN100506436C中，揭露了一种形成一工作层具有强度梯度连续变化的材料模具，以达到改善前述兼顾模具韧性与强度的目的。然则与压力方向平行的连续强度梯度变化，有可能于加工过程中，因为梯度分布不均，而有使模具垂直方向因为受力不同而产生形变不均的风险。此外，现有使用梯度结构的技术，一般只在模具与压模机加工表面强化一耐磨层，而未考虑模具与压模机部位，同样在施压后可能造成的磨耗与变形，影响到制作成品的精度。

发明内容