一种复合材料拉丝模具及其制备方法
技术领域
本发明属于拉丝模具技术领域，涉及一种复合材料拉丝模具及其制备方法。
背景技术
拉丝模具是指各种拉制金属线的模具，其中心都有个一定形状(圆、方、八角或其它特殊形状)的模孔。金属在拉(压)应力作用下穿过模孔时发生形状、尺寸等变化。常用拉丝模具选用材料一般为硬质合金、聚晶金刚石、陶瓷和天然金刚石等，其中硬质合金和聚晶金刚石应用最为广泛，这是因为硬质合金具备优良的耐磨性和较小的粘附性，而聚晶金刚石具有高硬度和高耐磨性的特点。但是，硬质合金中低硬度粘结相的存在使其在工作过程中对硬质相支撑不足而发生快速磨损和颗粒剥落,影响硬质合金拉丝模具的使用寿命;而聚晶金刚石拉丝模具在持续拉丝过程中容易因磨损而出现环沟，甚至发生开裂。
专利号为CN109226301A的发明专利公开了一种自润滑硬质合金拉丝模具及制备方法。通过在常规钨钴类硬质合金基体材料中添加润滑相(石墨、CoF2、MgF2)等，实现拉丝模具在工作中的自润滑功效，以减少模具磨损。
专利号为CN110102585A的发明专利公开了一种多层聚晶金刚石拉丝模胚及其制备方法和制得的模具。利用不同粒度结构的聚晶金刚石具有不同耐磨性和韧性的特点，即粗粒度结构聚晶金刚石耐磨性高，而细粒度结构聚晶金刚石抗开裂性优良，改善聚晶金刚石拉丝模具易磨损和开裂的问题。
此外，专利号为CN 104525593A的发明专利公开了一种碳化物涂层拉丝模具及其制备方法。其在碳钢表面原位引入多层碳化钛涂层，具体为由外向内依次成梯度分布准单晶TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层及TiC与基体的复合层。形成工作面“硬”，而基体“韧”的表面强化结构，大幅提高拉丝模具工作表面的耐磨性。
综上所述，从现有的技术资料来看，可通过引入自润滑相、层状结构改性和表面改性等方式改善拉丝模具的使用寿命。但是，目前拉丝模具还存在以下问题亟待解决：
(1)硬质合金或聚晶金刚石拉丝模具仍离不开贵金属钴的使用。一方面，金属钴与硬质相良好的润湿性提供给硬质合金或聚晶金刚石一定韧性;另一方面，金属钴的稀有性和毒性使其不能作为长期可持续使用的粘结相材料。
(2)硬质合金或聚晶金刚石拉丝模具中粘结相含量较低，注定难以获得较高的韧性，“高强低韧”矛盾仍较为突出，亦是其使用寿命受限的主要原因。特别是其工作表面“高硬低韧”的特点，严重影响使用寿命。
(3)硬质合金或聚晶金刚石拉丝模具工作表面不同位置受力状态不同，缺乏针对不同位置受力性质要求的微观组织和结构设计。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种复合材料拉丝模具，解决了现有拉丝模具韧性差的问题。
本发明的另一个目的是提供一种复合材料拉丝模具的制备方法。
本发明所采用的第一技术方案是，一种复合材料拉丝模具，包括模具本体，模具本体由顶部压缩区和底部定径区连接组成，模具本体中心设置有膜孔，压缩区中心的膜孔为锥形孔，定径区中心的膜孔为圆形孔，模具本体按照质量百分比由以下组分组成，WC颗粒72%-80%、羰基Fe粉3%-5%、Nb纤维13%-17%、Nb粉3.5%-6%和石墨粉0.45%-0.65%，以上各组分的质量百分比之和为100%。
本发明的技术特征还在于，
模具本体中的Nb纤维呈网状排布，为中空的网状结构，由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，径向Nb纤维在模具本体的工作面上呈点状分布。
WC颗粒的粒度为20μm-30μm，羰基Fe粉的粒度为1μm-5μm，Nb纤维的直径为180μm-820μm。
本发明所采用的第二技术方案是，一种复合材料拉丝模具的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒72%-80%、羰基Fe粉3%-5%、Nb纤维13%-17%、Nb粉3.5%-6%和石墨粉0.45%-0.65%，以上各组分的质量百分比之和为100%;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯;
步骤3，混料，将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料，通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，使钢模具与钢型芯之间填满混合物料，最后待冷却后脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至650-700℃进行脱脂处理，脱脂完全后将炉温升高至1340℃～1360℃保温一段时间，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行脱模后打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
步骤2中，压缩区的同心圆Nb纤维直径为180μm-210μm，压缩区的径向Nb纤维直径为180μm-220μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为780μm-820μm，定径区的径向Nb纤维直径为280μm-320μm，竖直Nb纤维的直径为780μm-820μm。
步骤2中，压缩区含有4-6层Nb纤维网，定径区含有2-4层Nb纤维网。
步骤3中，采用低能球磨机混料，混料过程中，低能球磨机转速为80±5r/min，混料时间为3h～8h。
步骤4中，混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.2%～99.4%：0.6%～0.8%;通过注射机将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的钢模具中，注射温度为110±5℃，注射压力为150±10MPa，注射过程中，模具温度为60±2℃。
步骤5中，脱脂完全后将炉温升高至1340℃～1360℃保温8min-12min，再将炉温降至1145℃～1155℃保温4h～8h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体。
步骤5中，在将炉温升高至1340℃～1360℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为7MPa-9MPa。
本发明的有益效果是，采用WC颗粒、羰基Fe粉、Nb纤维、Nb粉和石墨粉制成复合材料拉丝模具，Nb纤维的加入能够提高拉丝模具的韧性，Nb纤维周围原位生成的NbC可弥补Nb纤维所在部位的强度损失，使该拉丝模具整体具有较高的强度和良好的韧性，使得拉丝模具整体力学性能提高;本申请脱离了现有拉丝模具对贵金属钴使用，有效解决了现有金属钴拉丝模具有毒性和稀有性的问题;根据压缩区和定径区的受力情况不同，设计了不同的纤维网分布，使得模具工作面上的纤维点状分布面更加适应工况，模具耐磨性得到提高，其比传统硬质合金拉丝模具力学性能更加优异，有效提高了硬质合金拉丝模具的使用寿命。
附图说明
图1是本发明复合材料拉丝模具的结构示意图;
图2是本发明复合材料拉丝模具中Nb纤维网的结构示意图。
图中，1.注射口，2.钢模具，3.同心圆Nb纤维，4.竖直Nb纤维，5.径向Nb纤维，6.模具本体，7.膜孔，8.压缩区，9.定径区，10.工作面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种复合材料拉丝模具，参照图1和图2，包括模具本体6，模具本体6由顶部压缩区8和底部定径区9连接组成，模具本体6中心设置有膜孔7，压缩区8中心的膜孔7为锥形孔，定径区9中心的膜孔7为圆形孔，锥形孔与圆形孔由弧线过渡连接，模具本体6按照质量百分比由以下组分组成，WC颗粒72%-80%、羰基Fe粉3%-5%、Nb纤维13%-17%、Nb粉3.5%-6%和石墨粉0.45%-0.65%，以上各组分的质量百分比之和为100%。
模具本体6中的Nb纤维呈网状排布，为中空的网状结构，由多个横向同心圆Nb纤维、3径向Nb纤维5和竖直Nb纤维4连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维3通过周向分布的径向Nb纤维5连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维3通过竖直Nb纤维4连接，径向Nb纤维5在模具本体6的工作面10上呈点状分布。
WC颗粒的粒度为20μm-30μm，羰基Fe粉的粒度为1μm-5μm，Nb纤维的直径为180μm-820μm。
本发明一种复合材料拉丝模具的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒72%-80%、羰基Fe粉3%-5%、Nb纤维13%-17%、Nb粉3.5%-6%和石墨粉0.45%-0.65%，以上各组分的质量百分比之和为100%;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，径向Nb纤维在模具本体的工作面上呈点状分布，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具2中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴;
步骤2中，压缩区的同心圆Nb纤维直径为180μm-210μm，压缩区的径向Nb纤维直径为180μm-220μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为780μm-820μm，定径区的径向Nb纤维直径为280μm-320μm，竖直Nb纤维的直径为780μm-820μm。
压缩区含有4-6层Nb纤维网，定径区含有2-4层Nb纤维网。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80±5r/min，混料时间为3h～8h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.2%～99.4%：0.6%～0.8%;塑化剂为石蜡基多聚合物粘结体系，由PW、EO、EVA、HDPE混合组成;
采用注射机通过注射口1将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的钢模具2中，使钢模具2与钢型芯之间填满混合物料，注射温度为110±5℃，注射压力为150±10MPa，注射过程中，模具温度为60±2℃，注射完毕后，待其冷却至室温，脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至650-700℃进行脱脂处理，脱脂时间为10h-15h，脱脂完全后将炉温升高至1340℃～1360℃保温8min-12min，再将炉温降至1145℃～1155℃保温4h～8h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;在将炉温升高至1340℃～1360℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为7MPa-9MPa。
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具，该复合材料拉丝模具中WC组织的体积百分比60-73%，α-Fe相的体积百分比7-10%;剩余Nb纤维的体积百分比10-20%;NbC组织的体积百分比为10-15%，以上组分的体积百分比之和为100%。
实施例1
制备一种复合材料拉丝模具，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒72%、羰基Fe粉5%、Nb纤维16.5%、Nb粉5.85%和高纯石墨粉0.65%，以上各组分的质量百分比之和为100%;其中，WC颗粒的粒度为20μm，羰基Fe粉的粒度为1μm，Nb纤维的直径为180μm-780μm;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，压缩区中间的孔为圆锥形孔，定径区中间的孔为圆孔，圆锥形孔与圆孔通过圆弧连接;Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴，每相邻两层纤维网中的径向纤维相互错位;
压缩区的同心圆Nb纤维和径向Nb纤维直径均为180μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为780μm，定径区的径向Nb纤维直径为280μm，竖直Nb纤维的直径为780μm。压缩区含有4层Nb纤维网，每层Nb纤维网由两个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的17根径向Nb纤维组成;定径区含有2层纤维网，每层Nb纤维网由三个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的12根径向Nb纤维组成，压缩区和定径区通过竖直Nb纤维连接。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80r/min，混料时间为3h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.4%：0.6%;
采用注射机通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，使钢模具与钢型芯之间填满混合物料，注射温度为105℃，注射压力为140MPa，保载压力为90MPa，保压时间为5s，注射过程中，模具温度为60℃，注射完毕后，待其冷却至室温，然后脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至650℃进行脱脂处理，脱脂时间为10h，脱脂完全后将炉温升高至1340℃保温5min，烧结炉的升温速度不大于10℃/min，再将炉温降至1145℃保温7h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;在将炉温升高至1340℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为7MPa。
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
对实施例1制得的复合材料拉丝模具检测，其中WC组织的体积百分比63%，α-Fe相的体积百分比10%;剩余Nb纤维的体积百分比12%;NbC组织的体积百分比为15%，以上组分的体积百分比之和为100%。该模具的致密度为99%，其理论使用寿命比传统硬质合金拉丝模具提高了20%，工艺出品率高达98.8%，制造成本比传统硬质合金拉丝模具降低了21%。
实施例2
制备一种复合材料拉丝模具，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒74%、羰基Fe粉5%、Nb纤维15%、Nb粉5.55%和高纯石墨粉0.45%，以上各组分的质量百分比之和为100%;其中，WC颗粒的粒度为25μm，羰基Fe粉的粒度为3μm，Nb纤维的直径为250μm-800μm;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，压缩区中间的孔为圆锥形孔，定径区中间的孔为圆孔，圆锥形孔与圆孔通过圆弧连接;Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴，每相邻两层纤维网中的径向纤维相互错位;
压缩区的同心圆Nb纤维和径向Nb纤维直径均为210μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为800μm，定径区的径向Nb纤维直径为250μm，竖直Nb纤维的直径为800μm。压缩区含有5层Nb纤维网，每层Nb纤维网由两个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的19根径向Nb纤维组成;定径区含有3层纤维网，每层Nb纤维网由三个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的12根径向Nb纤维组成，压缩区和定径区通过竖直Nb纤维连接。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80r/min，混料时间为4h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.3%：0.7%;
采用注射机通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，使钢模具与钢型芯之间填满混合物料，注射温度为110℃，注射压力为150MPa，保载压力为100MPa，保压时间为5s，注射过程中，模具温度为60℃，注射完毕后，待其冷却至室温，然后脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至675℃进行脱脂处理，脱脂时间为13h，脱脂完全后将炉温升高至1350℃保温10min，再将炉温降至1150℃保温5h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;在将炉温升高至1350℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为8MPa。
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
对实施例2制得的复合材料拉丝模具检测，其中WC组织的体积百分比65%，α-Fe相的体积百分比9%;剩余Nb纤维的体积百分比13%;NbC组织的体积百分比为13%，以上组分的体积百分比之和为100%。该模具的致密度为99%，其理论使用寿命比传统硬质合金拉丝模具提高了25%，工艺出品率高达98.5%，制造成本比传统硬质合金拉丝模具降低了20%。
实施例3
制备一种复合材料拉丝模具，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒76%、羰基Fe粉4%、Nb纤维16%、Nb粉3.5%和高纯石墨粉0.5%，以上各组分的质量百分比之和为100%;其中，WC颗粒的粒度为25μm，Nb粉的粒度为11μm，羰基Fe粉的粒度为3μm，Nb纤维的直径为250μm-800μm;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，压缩区中间的孔为圆锥形孔，定径区中间的孔为圆孔，圆锥形孔与圆孔通过圆弧连接;Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴，每相邻两层纤维网中的径向纤维相互错位;
压缩区的同心圆Nb纤维和径向Nb纤维直径均为200μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为800μm，定径区的径向Nb纤维直径为250μm，竖直Nb纤维的直径为800μm。压缩区含有5层Nb纤维网，每层Nb纤维网由两个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的19根径向Nb纤维组成;定径区含有3层纤维网，每层Nb纤维网由三个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的12根径向Nb纤维组成，压缩区和定径区通过竖直Nb纤维连接。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80r/min，混料时间为4h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.3%：0.7%;
采用注射机通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，注射温度为110℃，注射压力为150MPa，保载压力为100MPa，保压时间为5s，注射过程中，模具温度为60℃，注射完毕后，待其冷却至室温，脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至675℃进行脱脂处理，脱脂时间为13h，脱脂完全后将炉温升高至1350℃保温10min，再将炉温降至1150℃保温5h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;在将炉温升高至1350℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为8MPa。
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
对实施例2制得的复合材料拉丝模具检测，其中WC组织的体积百分比66%，α-Fe相的体积百分比7%;剩余Nb纤维的体积百分比14%;NbC组织的体积百分比为13%，以上组分的体积百分比之和为100%。该模具的致密度为99%，其理论使用寿命比传统硬质合金拉丝模具提高了25%，工艺出品率高达98.5%，成本降低了20%。
实施例4
制备一种复合材料拉丝模具，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒78%、羰基Fe粉3%、Nb纤维14.53%、Nb粉4%和高纯石墨粉0.47%，以上各组分的质量百分比之和为100%;其中，WC颗粒的粒度为20μm，Nb粉的粒度为12μm，羰基Fe粉的粒度为5μm，Nb纤维的直径为300μm-800μm;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，压缩区中间的孔为圆锥形孔，定径区中间的孔为圆孔，圆锥形孔与圆孔通过圆弧连接;Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴，每相邻两层纤维网中的径向纤维相互错位;
压缩区的同心圆Nb纤维和径向Nb纤维直径均为190μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为800μm，定径区的径向Nb纤维直径为300μm，竖直Nb纤维的直径为800μm。压缩区含有4层Nb纤维网，每层Nb纤维网由两个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的20根径向Nb纤维组成;定径区含有2层纤维网，每层Nb纤维网由三个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的14根径向Nb纤维组成，压缩区和定径区通过竖直Nb纤维连接。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80r/min，混料时间为5h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.2%：0.8%;
采用注射机通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，注射温度为115℃，注射压力为160MPa，保载压力为110MPa，保压时间为5s，注射过程中，模具温度为60℃，注射完毕后，待其随炉冷却至室温，然后脱模，形成预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至700℃进行脱脂处理，脱脂时间为15h，脱脂完全后将炉温升高至1360℃保温15min，再将炉温降至1155℃保温3h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体;在将炉温升高至1360℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为9MPa。
步骤6，对烧结体进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
对实施例4制得的复合材料拉丝模具检测，其中WC组织的体积百分比69%，α-Fe相的体积百分比7%;剩余Nb纤维的体积百分比13%;NbC组织的体积百分比为11%，以上组分的体积百分比之和为100%。该模具的致密度为98.5%，其理论使用寿命比传统硬质合金拉丝模具提高了30%，工艺出品率高达98.5%，成本降低了18%。
实施例5
制备一种复合材料拉丝模具，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，WC颗粒80%、羰基Fe粉3%、Nb纤维13%、Nb粉3.55%和高纯石墨粉0.45%，以上各组分的质量百分比之和为100%;其中，WC颗粒的粒度为20μm，Nb粉的粒度为12μm，羰基Fe粉的粒度为5μm，Nb纤维的直径为180μm-780μm;
步骤2，编制中空的Nb纤维网，Nb纤维网包括顶部压缩区和底部定径区，压缩区中间的孔为圆锥形孔，定径区中间的孔为圆孔，圆锥形孔与圆孔通过圆弧连接;Nb纤维网由多个横向同心圆Nb纤维、径向Nb纤维和竖直Nb纤维连接组成，同一水平面的横向同心圆Nb纤维通过周向分布的径向Nb纤维连接，不同水平面的横向同心圆Nb纤维通过竖直Nb纤维连接，最后将编制的Nb纤维网放置于钢模具中，并在Nb纤维网中间插入钢型芯，钢型芯与径向Nb纤维内部端点相贴，每相邻两层纤维网中的径向纤维相互错位;
压缩区的同心圆Nb纤维和径向Nb纤维直径均为210μm，定径区的同心圆Nb纤维直径为820μm，定径区的径向Nb纤维直径为320μm，竖直Nb纤维的直径为820μm。压缩区含有4层Nb纤维网，每层Nb纤维网由两个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的20根径向Nb纤维组成;定径区含有2层纤维网，每层Nb纤维网由三个同心圆Nb纤维以及连接同心圆Nb纤维的14根径向Nb纤维组成，压缩区和定径区通过竖直Nb纤维连接。
步骤3，混料，采用低能球磨机将步骤1称取的WC颗粒、羰基Fe粉、Nb粉和石墨粉混合均匀，形成混合粉末;混料过程中，低能球磨机转速为80r/min，混料时间为5h。
步骤4，将混合粉末与塑化剂混合后放进混炼机中进行混炼、造粒，形成混合物料;混合物料中混合粉末与塑化剂质量百分比为99.2%：0.8%;
采用注射机通过注射口将混合物料高压注射于放置有Nb纤维网的模具中，使钢模具与钢型芯之间填满混合物料，注射温度为115℃，注射压力为160MPa，保载压力为110MPa，保压时间为5s，注射过程中，模具温度为60℃，注射完毕后，待其冷却至室温，然后脱模，抽出中间钢型芯，即得预制件;
步骤5，将预制件放入石墨模具中，在预制件中间的孔中插入石墨型芯，然后将带有石墨模具的预制件放入高温真空烧结炉中进行脱脂烧结，先将炉温从室温升至700℃进行脱脂处理，脱脂时间为15h，脱脂完全后将炉温升高至1360℃保温15min，烧结炉的升温速度不大于10℃/min，再将炉温降至1155℃保温3h，最后随炉冷却至室温，取出烧结体进行脱模，抽出中间石墨型芯，即制得复合材料拉丝模具毛坯;在将炉温升高至1360℃时，对烧结体进行加压，后期施加的压力随着温度进行梯度变化，烧结体单位面积承受的最大压力为9MPa。
步骤6，对复合材料拉丝模具毛坯进行打磨、抛光和倒角处理，即制得一种复合材料拉丝模具。
对实施例5制得的复合材料拉丝模具检测，其中WC组织的体积百分比72%，α-Fe相的体积百分比8%;剩余Nb纤维的体积百分比10%;NbC组织的体积百分比为10%，以上组分的体积百分比之和为100%。该模具的致密度为98.5%，其使用寿命比传统硬质合金拉丝模具提高了23%，工艺出品率高达98.1%，制造成本比传统硬质合金拉丝模具降低了20%。
