銅合金應(yīng)用于模具制造業(yè)的20年

1987年以前，銅合金作為模具表面材料的使用非常有限，而作為模具的材料使用就更稀少了。那時(shí)候，大部分人們認(rèn)為將銅合金作為模具材料，其強(qiáng)度、硬度或韌度都不足。

圖1 安裝懸臂式貨架的銅合金棒材儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)及其材料檢索系統(tǒng)

1988 年出版發(fā)表的一篇論文，開(kāi)頭的第一句話是這樣說(shuō)的：“凡是希望立足于模具行業(yè)的注塑模和吹塑膜制造商必須不斷地向自己提出一個(gè)問(wèn)題‘為了盡可能快速、有效地工作，并滿足客戶(hù)的質(zhì)量要求，我們應(yīng)該做些什么？’”文章從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，開(kāi)始論證在模具應(yīng)用領(lǐng)域中，如何使用和為什么使用銅合金，銅合金對(duì)縮短模具交貨時(shí)間和提高零件質(zhì)量將會(huì)產(chǎn)生什么樣的作用？

讓我們快速回顧以下19年的歷史并提出以下問(wèn)題：

問(wèn)：迄今為止，有多少個(gè)模具工人和模具制造商，仍然在從事這個(gè)行業(yè)？

答：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有50%左右的模具工人和模具制造商還在應(yīng)用這一技術(shù)。有些模具工人和模具制造商已徹底從這個(gè)行業(yè)中退出了，有些則已經(jīng)失去了他們的業(yè)務(wù)，其他一些廠家仍然在那里艱苦的奮斗著。

問(wèn)：這些模具工人和模具制造商是否在他們的模具制造中有效地使用了銅合金？

答：在大部分應(yīng)用領(lǐng)域中，銅合金的使用仍然比較保守，但在許多情況下，正在使用的銅合金可能是一種錯(cuò)誤的合金，它并不適合那種特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。使用錯(cuò)誤的銅合金，做出錯(cuò)誤的決策可能是由于錯(cuò)誤信息的誤導(dǎo)，例如關(guān)于特種合金的性能、產(chǎn)品信息的誤傳、或因?yàn)閮r(jià)格問(wèn)題及來(lái)源問(wèn)題。這一切將會(huì)導(dǎo)致材料達(dá)不到最佳性能、零件壽命短或?qū)е聫氐资　?/p>

問(wèn)：模具應(yīng)用領(lǐng)域中使用的是否最好的產(chǎn)品？該技術(shù)是否受到錯(cuò)誤信息、供貨商銷(xiāo)售環(huán)節(jié)或未知情況的妨礙和影響？

答：長(zhǎng)期以來(lái)，銅合金的使用一直存在錯(cuò)誤的概念。由于供貨商錯(cuò)誤的信息或理解，銅合金被多次錯(cuò)誤的使用。一種產(chǎn)品的名稱(chēng)和品牌由于一些不經(jīng)意的原因而改變，這會(huì)極大程度地影響模具零件的壽命和性能。例如，具有相似硬度水平的銅合金，其導(dǎo)熱率可能稍微要比鋼材的導(dǎo)熱率高一點(diǎn)。另一個(gè)例子是硬度接近40RC的銅合金，其可延伸性很低，延伸率低于3%。較低的可延伸性和延伸率往往會(huì)導(dǎo)致模具零件產(chǎn)生裂縫或斷裂（見(jiàn)表1）。

表1 硬度、延伸率和導(dǎo)熱率
CDA # 硬度 延伸率 導(dǎo)熱率
C17510 20 r/c 5%~15% 145
C17200 30 r/c 3%~8% 75
C17200 40 r/c 1%~3% 60
C18000 20 r/c 9%~13% 150
無(wú) 28~30 r/c 7% 80~90
C72700 30 r/c 4% 35~40
C72900 34 r/c min 3%-5% 22
C95400 89 r/b 12%~14% 36
C95900 30 r/c 1.5% 25
無(wú) 29~32 r/c 1% 25

銅合金的使用

在過(guò)去20年中，雖然工業(yè)界對(duì)銅合金產(chǎn)品在模具設(shè)計(jì)中的全面使用及其適用性的了解還不夠，但銅合金在模具制造和模具摩擦表面上的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。與機(jī)械、工藝設(shè)備和樹(shù)脂材料技術(shù)的發(fā)展相比，銅合金應(yīng)用范圍的擴(kuò)大一直受到市場(chǎng)接受能力的限制，在某些情況下，還缺乏對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的了解。

根據(jù)一項(xiàng)對(duì)模具工人和模具制造商的非正式調(diào)查表明，大多數(shù)人認(rèn)為，銅合金在他們模具中的使用很少，沒(méi)有什么大的優(yōu)點(diǎn)。他們認(rèn)為，銅合金的使用并不能真正縮短模具的加工周期，無(wú)助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和其他性能。另外，他們還擔(dān)心模具的維修費(fèi)用或最初的模具費(fèi)用會(huì)較高。
但模具制造商的經(jīng)驗(yàn)表明，采用銅合金實(shí)際上是可以縮短模具加工周期的，并且可以提高零件質(zhì)量和降低模具的維修費(fèi)用。因?yàn)槭褂勉~合金導(dǎo)致產(chǎn)品數(shù)量增加的模具制造商或模具工人，往往是因?yàn)閷?duì)產(chǎn)品沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)或只是一味的利用當(dāng)時(shí)的形勢(shì)和條件。一般來(lái)說(shuō)，銅合金模具零件由于其加工工藝的關(guān)系，可為模具制造商節(jié)約大筆費(fèi)用，因?yàn)殂~合金可以抵消其超過(guò)工具鋼的附加費(fèi)用。

圖2 采用碳化物硬質(zhì)合金鋸條鋸切5 in厚、硬度為30 RC的銅合金板

鈹-銅合金或銅-鎳合金

合金的化學(xué)成分基本上分成兩大系列，采用這種化學(xué)成分生產(chǎn)的合金，具有很高的強(qiáng)度和導(dǎo)熱率，是作為模具表面材料的最好選擇。這兩大系列分別為鈹-銅基合金或銅-鎳基合金。這兩種合金中還含有其他微量元素，其每種系列適合的用途不同。

由于競(jìng)爭(zhēng)和含鈹合金所存在的相關(guān)問(wèn)題，甚至鈹-銅合金的生產(chǎn)商也會(huì)提供不含鈹?shù)你~合金。在某些情況下，制造商根據(jù)鈹成分的含量，創(chuàng)造合金的名稱(chēng)（見(jiàn)表2）。

表2 合金名稱(chēng)
CDA # 銅 鈹 鎳 鋁
C17510 其余 2%~.6% 1.4%~2.2% 無(wú)
C17200 其余 1.8%~2% 無(wú) 無(wú)
C17200 其余 1.8%~2% 無(wú) 無(wú)
C18000 其余 無(wú) 1.8%~3% 無(wú)
無(wú) 其余 無(wú) 6%~7% 無(wú)
C72700 其余 無(wú) 8.5% 無(wú)
C72900 其余 無(wú) 15% 無(wú)
C95400 83%min 無(wú) 1.5% 10%~11.5%
C95900 其余 無(wú) 5% 12%~13.5%
無(wú) 其余 無(wú) 2% 13%

挑戰(zhàn)和戰(zhàn)略

1.全球性的競(jìng)爭(zhēng)

不管你愿意不愿意，我們?cè)谌蚴袌?chǎng)中，一直忙于生產(chǎn)、競(jìng)爭(zhēng)以及買(mǎi)賣(mài)等業(yè)務(wù)之中，工業(yè)界明顯存在著來(lái)自不同國(guó)家的低勞務(wù)費(fèi)用、優(yōu)惠匯率、稅務(wù)補(bǔ)貼或其他刺激因素，這些都是非常普遍的事情。然而，這也并不是什么新鮮的事情，總之一切還按原樣發(fā)生著。20世紀(jì)60年代和70年代是來(lái)自日本的競(jìng)爭(zhēng)，80年代來(lái)自中國(guó)的臺(tái)灣和香港，然后是新加坡和韓國(guó)，現(xiàn)在是中國(guó)大陸。

猜一猜還將發(fā)生什么樣情況呢？當(dāng)這種作為資源的光芒從中國(guó)消退時(shí)，其他的地區(qū)還會(huì)接踵而來(lái)，陸續(xù)加入到這個(gè)行列中，例如非洲、印度、越南、柬埔寨、印度尼西亞，甚至波斯灣區(qū)域的一些國(guó)家。這里僅舉一部分例子加以說(shuō)明。

2.供應(yīng)鏈的提成

另一個(gè)通常談及的問(wèn)題涉及到今天供應(yīng)鏈方面的商務(wù)交易問(wèn)題，減少公司的提成將有助于對(duì)工藝的真正增值。對(duì)于長(zhǎng)期的成功來(lái)說(shuō)，這似乎是違背常理的做法，對(duì)公司和供應(yīng)鏈下游的各方面而言，可能會(huì)成為一個(gè)發(fā)展中的問(wèn)題。與各公司建立和發(fā)展良好的關(guān)系是極為重要的，它有助于公司增值和排除不必要的費(fèi)用，不僅僅是一次，而是在連續(xù)不斷的基礎(chǔ)上建立誠(chéng)信。

在確定供應(yīng)鏈中的主要供貨商時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單明了的檢查表或分級(jí)系統(tǒng)將對(duì)客戶(hù)有很大的幫助。該檢查表應(yīng)使用一個(gè)5（最好）對(duì)1（最壞）的資格評(píng)定過(guò)程。該檢查表應(yīng)當(dāng)以供貨商發(fā)展報(bào)告卡片的方式保存。

與那些能夠提供絕對(duì)最新技術(shù)、給予技術(shù)支持、提供最佳產(chǎn)品信息和市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的的供貨商建立良好的關(guān)系，只有這樣才能完成增值任務(wù)、降低生產(chǎn)成本。在大多數(shù)情況下，只有不斷地通過(guò)誠(chéng)信的業(yè)務(wù)聯(lián)系，建立信任關(guān)系才能完成這項(xiàng)任務(wù)。如果客戶(hù)每次從不同的供貨商那里購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品，或純粹根據(jù)價(jià)格購(gòu)置產(chǎn)品，那么無(wú)論是賣(mài)方或者買(mǎi)方，都不可能有真正的機(jī)會(huì)獲得長(zhǎng)期的成功。

3.對(duì)變革的阻力

對(duì)許多公司而言，特別是當(dāng)模具加工車(chē)間在尋求提高模具性能時(shí)，對(duì)變革的阻力一直是一場(chǎng)“艱巨的戰(zhàn)爭(zhēng)”。即使是最成功的模具工人和模具制造商，他們所確信的是，最新的設(shè)計(jì)也會(huì)因?yàn)檫@個(gè)無(wú)情問(wèn)題的出現(xiàn)而受到影響。這一接受新思想和新技術(shù)的阻力來(lái)自于外界和第三方，它會(huì)限制供應(yīng)鏈公司潛力的發(fā)揮。

所有模具的設(shè)計(jì)和制造往往是因?yàn)槠湟子诩庸さ脑颍皇且驗(yàn)槠渥詈玫脑O(shè)計(jì)概念、材料和零件而設(shè)計(jì)制造的。在大多數(shù)情況下，這種對(duì)變革的阻力會(huì)導(dǎo)致最終的破產(chǎn)、產(chǎn)權(quán)抵押或迫使業(yè)主決定壓縮生產(chǎn)規(guī)模或全部關(guān)門(mén)的情況。

在這個(gè)工業(yè)中，對(duì)我們這些仍然在這項(xiàng)業(yè)務(wù)中掙扎的人們究竟留下了什么東西呢？毫無(wú)疑問(wèn)，為了繼續(xù)改進(jìn)和變革，需要采取一種新的態(tài)度。這個(gè)行業(yè)必須建立一種適者生存的思想，做到真正“為市場(chǎng)提供服務(wù)”。這就是說(shuō)，我們必須采取一種業(yè)務(wù)態(tài)度，并以這種態(tài)度促使公司參與正在繼續(xù)發(fā)展中的變革。這并不是說(shuō)只變革一次，或只變革一部分，然后放慢速度或停頓下來(lái)。

銅合金解決方案

那么今天銅合金在模具制造業(yè)中的應(yīng)用處于什么樣的位置呢？凡是愿意使用這些產(chǎn)品的公司，仍然可以獲得很多的機(jī)會(huì)做出他們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
這里所列舉的例子具有一定的重要性，像模具加工那樣，使用銅合金時(shí)，應(yīng)將其放置到一定的水流速度之下，并加以控制。為了最大程度地發(fā)揮銅合金的優(yōu)點(diǎn)，水流的設(shè)計(jì)應(yīng)該保持在“湍流狀態(tài)”與“層流狀態(tài)”。

保持“湍流狀態(tài)”的水流可以最大程度地帶走切削工藝中產(chǎn)生的熱量。由于從工具鋼上帶走的BTU速率較低，因此湍流對(duì)層流并不是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn)，這似乎只是因態(tài)度問(wèn)題而被工業(yè)界許多人所長(zhǎng)期忽略的事情。

如果不相信這個(gè)說(shuō)明，可以向任何模具制造商提出問(wèn)題，問(wèn)他們應(yīng)該如何精確地保持供水管線的直徑和深度，在確定供水系統(tǒng)時(shí)，是否采用了湍流計(jì)算。

在過(guò)去的10年中，成功的模具制造商所使用的時(shí)間已削減了近一半，而且在銅合金的使用方面還有機(jī)會(huì)進(jìn)一步提高速度。作為模具表面使用的銅合金技術(shù)，再結(jié)合所控制的水流和過(guò)去20年所取得的經(jīng)驗(yàn)，將會(huì)使生產(chǎn)獲得更大的成功，并滿足快速生產(chǎn)周期的要求。如果與您打交道的材料供貨商只是重復(fù)他們的產(chǎn)品應(yīng)用歷史，那您就需要與供貨商們加強(qiáng)聯(lián)系，他們能夠幫助您提高設(shè)計(jì)水平。

今天的問(wèn)題是：“模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期是否還有進(jìn)一步改進(jìn)的余地呢？”其答案是肯定的，模具具有這樣的能力，即模具的冷卻時(shí)間少于模具填充時(shí)間。

與資源部門(mén)或供貨商的密切合作，在他們各自的市場(chǎng)中保持一定的地位，在紀(jì)律方面，保留一段真實(shí)的專(zhuān)業(yè)歷史，促進(jìn)發(fā)展，使他們?cè)谧约旱墓ぷ髦校３忠粋€(gè)成功的業(yè)務(wù)模式。

歷史證明，大部分廉價(jià)的模具畢竟是按照廉價(jià)模具的方式運(yùn)行和操作的。對(duì)于準(zhǔn)備購(gòu)置廉價(jià)模具的公司而言，也許需要花費(fèi)一些時(shí)間才能了解它們的真實(shí)費(fèi)用。這是因?yàn)榱畠r(jià)模具的真實(shí)費(fèi)用從來(lái)就不是通過(guò)公司的等級(jí)曝露出來(lái)的，因?yàn)檫\(yùn)行費(fèi)用是一些部門(mén)預(yù)算過(guò)程中的一部分，但不是最初模具費(fèi)用的一部分，這是無(wú)法看清楚的。沒(méi)有價(jià)格標(biāo)簽就沒(méi)有成功，選擇正確的人員和正確的供貨商同樣是很重要的。