钨钢模具凭借高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温及低膨胀系数等特性，在机械加工、医疗器械、电子制造、航空航天等领域占据关键地位。其制作工艺涵盖材料选择、精密加工、热处理强化及表面处理等多个环节，每个步骤均需严格把控以实现性能与精度的平衡。以下从核心工艺流程出发，解析钨钢模具的制造逻辑。

一、材料选择与配方设计：奠定性能基础

钨钢模具的核心材料为碳化钨（WC）与钴（Co）的复合粉末，其性能取决于成分配比与颗粒级配。现代工艺采用多粒径WC粉末混合技术，例如将0.8μm、5-8μm、15-20μm三种粒径的WC粉末按特定比例组合，并添加镍（Ni）、铬碳化物（Cr₃C₂）等添加剂。这种设计可优化材料微观结构：细颗粒提升硬度，粗颗粒增强韧性，Cr₃C₂则形成抗腐蚀相，显著改善模具的抗氧化性与抗裂纹能力。

配方设计需根据模具用途调整参数。例如，用于磁性粉末压制的模具需更高硬度，配方中WC含量可达85%以上；而冲压模具需兼顾韧性，钴含量通常控制在10%-15%。材料供应商需通过球磨、喷雾干燥等工序将粉末混合均匀，确保烧结后组织致密无缺陷。

二、精密成型：从粉末到坯体的蜕变

成型工艺直接影响模具的尺寸精度与内部结构，目前主流方法包括模压成型与冷等静压成型：

模压成型：适用于形状规则的模具，如冲压模、拉伸模。将混合粉末装入钢制模具腔体，通过液压机施加100-180MPa压力压制。此工艺效率高，但需严格控制压制压力与保压时间，避免压坯密度不均导致的烧结变形。

冷等静压成型：针对复杂结构模具，如带内孔的滚边模。将粉末密封于软质模套中，置于高压容器内受各向均匀压力（150-300MPa）。该工艺可消除内部应力，使压坯密度均匀性提升20%以上，尤其适合长径比大的细长型模具。

成型后的坯体需经过脱脂处理，在400-600℃下烧除成型剂，防止烧结时产生气孔。此阶段需精确控制升温速率，避免坯体开裂。

三、真空烧结：性能强化的关键跃迁

烧结是钨钢模具制造的核心环节，通过高温使粉末颗粒间形成冶金结合。典型烧结曲线分为四个阶段：

预烧阶段（600-900℃）：排除残留成型剂与吸附气体，防止后续烧结时产生孔隙。

固相烧结阶段（900-1300℃）：WC颗粒通过扩散作用初步结合，坯体收缩率达15%-20%。

液相烧结阶段（1300-1480℃）：钴相熔化形成液态润滑层，加速WC颗粒重排，实现致密化。此阶段需精确控制温度与保温时间，例如在1450℃保温30分钟，可使模具相对密度达到99%以上。

冷却阶段：采用分阶段降温（如1000℃以上快冷、800℃以下缓冷），避免热应力导致裂纹。部分高端模具会进行热等静压（HIP）处理，在高温高压下进一步消除内部孔隙，使抗弯强度提升30%。

四、精密加工：从毛坯到成品的精细化塑造

烧结后的模具硬度达HRA88-92，需采用特种加工技术实现尺寸精度与表面质量要求：

线切割加工：利用电火花放电原理切割复杂轮廓，加工精度可达±0.005mm。此工艺无需机械切削力，避免硬质合金脆性导致的崩裂。

数控磨削：采用金刚石砂轮进行粗磨与精磨，逐步达到尺寸要求。例如，冲压模工作面需磨削至表面粗糙度Ra0.2以下，确保冲压件无毛刺。

镜面抛光：通过磁流体抛光或电解抛光技术，使模具表面达到镜面效果（Ra0.01以下）。此工艺可降低摩擦系数，延长模具寿命，尤其适用于医疗器件模具等高精度场景。

五、热处理与表面改性：性能的终极优化

为进一步提升模具性能，需进行以下处理：

深冷处理：将模具冷却至-196℃，使残余奥氏体转化为马氏体，硬度提升1-2HRA，同时减小热膨胀系数，提高尺寸稳定性。

PVD涂层：采用物理气相沉积技术镀覆TiN、TiAlN等硬质涂层，厚度2-5μm。涂层可显著提升耐磨性与耐腐蚀性，使模具寿命延长3-5倍。

应力消除：通过振动时效或热时效处理，消除加工过程中产生的残余应力，防止模具在使用中变形开裂。

六、质量检测：全流程的精密把控

质量检测贯穿制造全程，关键环节包括：

尺寸检测：使用三坐标测量机检测模具型腔尺寸，公差控制在±0.002mm以内。

无损检测：采用超声波探伤或X射线检测内部缺陷，确保无裂纹、气孔等瑕疵。

性能测试：通过硬度计、万能材料试验机检测硬度、抗弯强度等指标，确保符合行业标准。

七、应用场景与工艺适配

不同领域对模具性能的需求差异，驱动工艺持续创新：

五金冲压领域：模具需承受高频率冲击，工艺侧重提升韧性。例如采用中钴配方（Co含量12%-15%）与深冷处理，使模具抗冲击性能提升40%。

粉末冶金领域：模具需高耐磨性与不粘冲特性。通过优化WC粒径级配与表面镀层，使模具寿命达普通钢模的8-10倍。

医疗器械领域：模具需满足生物相容性与高精度要求。采用纯度99.9%以上的WC粉末与无磁性钴基粘结剂，确保制造的植入物无金属污染。

结语

钨钢模具的制作工艺是材料科学、精密加工与热处理技术的深度融合。从粉末配方的毫厘之差，到烧结温度的精准控制，再到表面处理的纳米级精度，每个环节均需以严苛标准执行。随着3D打印技术与AI仿真技术的引入，未来模具制造将向更高效、更智能的方向演进，持续推动工业制造向高精度、长寿命方向升级。