铜合金应用于模具制造业的20年

1987年以前，铜合金作为模具表面材料的使用非常有限，而作为模具的材料使用就更稀少了。那时候，大部分人们认为将铜合金作为模具材料，其强度、硬度或韧度都不足。

图1 安装悬臂式货架的铜合金棒材储存仓库及其材料检索系统

1988 年出版发表的一篇论文，开头的第一句话是这样说的：“凡是希望立足于模具行业的注塑模和吹塑膜制造商必须不断地向自己提出一个问题‘为了尽可能快速、有效地工作，并满足客户的质量要求，我们应该做些什么？’”文章从这个观点出发，开始论证在模具应用领域中，如何使用和为什么使用铜合金，铜合金对缩短模具交货时间和提高零件质量将会产生什么样的作用？

让我们快速回顾以下19年的历史并提出以下问题：

问：迄今为止，有多少个模具工人和模具制造商，仍然在从事这个行业？

答：根据统计，大约有50%左右的模具工人和模具制造商还在应用这一技术。有些模具工人和模具制造商已彻底从这个行业中退出了，有些则已经失去了他们的业务，其他一些厂家仍然在那里艰苦的奋斗着。

问：这些模具工人和模具制造商是否在他们的模具制造中有效地使用了铜合金？

答：在大部分应用领域中，铜合金的使用仍然比较保守，但在许多情况下，正在使用的铜合金可能是一种错误的合金，它并不适合那种特殊的应用领域。使用错误的铜合金，做出错误的决策可能是由于错误信息的误导，例如关于特种合金的性能、产品信息的误传、或因为价格问题及来源问题。这一切将会导致材料达不到最佳性能、零件寿命短或导致彻底失败。

问：模具应用领域中使用的是否最好的产品？该技术是否受到错误信息、供货商销售环节或未知情况的妨碍和影响？

答：长期以来，铜合金的使用一直存在错误的概念。由于供货商错误的信息或理解，铜合金被多次错误的使用。一种产品的名称和品牌由于一些不经意的原因而改变，这会极大程度地影响模具零件的寿命和性能。例如，具有相似硬度水平的铜合金，其导热率可能稍微要比钢材的导热率高一点。另一个例子是硬度接近40RC的铜合金，其可延伸性很低，延伸率低于3%。较低的可延伸性和延伸率往往会导致模具零件产生裂缝或断裂（见表1）。

表1 硬度、延伸率和导热率
CDA # 硬度 延伸率 导热率
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
无 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
无 29~32 r/c 1% 25

铜合金的使用

在过去20年中，虽然工业界对铜合金产品在模具设计中的全面使用及其适用性的了解还不够，但铜合金在模具制造和模具摩擦表面上的应用范围正在不断扩大。与机械、工艺设备和树脂材料技术的发展相比，铜合金应用范围的扩大一直受到市场接受能力的限制，在某些情况下，还缺乏对现有产品的了解。

根据一项对模具工人和模具制造商的非正式调查表明，大多数人认为，铜合金在他们模具中的使用很少，没有什么大的优点。他们认为，铜合金的使用并不能真正缩短模具的加工周期，无助于提高产品的质量和其他性能。另外，他们还担心模具的维修费用或最初的模具费用会较高。
但模具制造商的经验表明，采用铜合金实际上是可以缩短模具加工周期的，并且可以提高零件质量和降低模具的维修费用。因为使用铜合金导致产品数量增加的模具制造商或模具工人，往往是因为对产品没有经验或只是一味的利用当时的形势和条件。一般来说，铜合金模具零件由于其加工工艺的关系，可为模具制造商节约大笔费用，因为铜合金可以抵消其超过工具钢的附加费用。

图2 采用碳化物硬质合金锯条锯切5 in厚、硬度为30 RC的铜合金板

铍-铜合金或铜-镍合金

合金的化学成分基本上分成两大系列，采用这种化学成分生产的合金，具有很高的强度和导热率，是作为模具表面材料的最好选择。这两大系列分别为铍-铜基合金或铜-镍基合金。这两种合金中还含有其他微量元素，其每种系列适合的用途不同。

由于竞争和含铍合金所存在的相关问题，甚至铍-铜合金的生产商也会提供不含铍的铜合金。在某些情况下，制造商根据铍成分的含量，创造合金的名称（见表2）。

表2 合金名称
CDA # 铜 铍 镍 铝
C17510 其余 2%~.6% 1.4%~2.2% 无
C17200 其余 1.8%~2% 无 无
C17200 其余 1.8%~2% 无 无
C18000 其余 无 1.8%~3% 无
无 其余 无 6%~7% 无
C72700 其余 无 8.5% 无
C72900 其余 无 15% 无
C95400 83%min 无 1.5% 10%~11.5%
C95900 其余 无 5% 12%~13.5%
无 其余 无 2% 13%

挑战和战略

1.全球性的竞争

不管你愿意不愿意，我们在全球市场中，一直忙于生产、竞争以及买卖等业务之中，工业界明显存在着来自不同国家的低劳务费用、优惠汇率、税务补贴或其他刺激因素，这些都是非常普遍的事情。然而，这也并不是什么新鲜的事情，总之一切还按原样发生着。20世纪60年代和70年代是来自日本的竞争，80年代来自中国的台湾和香港，然后是新加坡和韩国，现在是中国大陆。

猜一猜还将发生什么样情况呢？当这种作为资源的光芒从中国消退时，其他的地区还会接踵而来，陆续加入到这个行列中，例如非洲、印度、越南、柬埔寨、印度尼西亚，甚至波斯湾区域的一些国家。这里仅举一部分例子加以说明。

2.供应链的提成

另一个通常谈及的问题涉及到今天供应链方面的商务交易问题，减少公司的提成将有助于对工艺的真正增值。对于长期的成功来说，这似乎是违背常理的做法，对公司和供应链下游的各方面而言，可能会成为一个发展中的问题。与各公司建立和发展良好的关系是极为重要的，它有助于公司增值和排除不必要的费用，不仅仅是一次，而是在连续不断的基础上建立诚信。

在确定供应链中的主要供货商时，一个简单明了的检查表或分级系统将对客户有很大的帮助。该检查表应使用一个5（最好）对1（最坏）的资格评定过程。该检查表应当以供货商发展报告卡片的方式保存。

与那些能够提供绝对最新技术、给予技术支持、提供最佳产品信息和市场经验的的供货商建立良好的关系，只有这样才能完成增值任务、降低生产成本。在大多数情况下，只有不断地通过诚信的业务联系，建立信任关系才能完成这项任务。如果客户每次从不同的供货商那里购买产品，或纯粹根据价格购置产品，那么无论是卖方或者买方，都不可能有真正的机会获得长期的成功。

3.对变革的阻力

对许多公司而言，特别是当模具加工车间在寻求提高模具性能时，对变革的阻力一直是一场“艰巨的战争”。即使是最成功的模具工人和模具制造商，他们所确信的是，最新的设计也会因为这个无情问题的出现而受到影响。这一接受新思想和新技术的阻力来自于外界和第三方，它会限制供应链公司潜力的发挥。

所有模具的设计和制造往往是因为其易于加工的原因，而不是因为其最好的设计概念、材料和零件而设计制造的。在大多数情况下，这种对变革的阻力会导致最终的破产、产权抵押或迫使业主决定压缩生产规模或全部关门的情况。

在这个工业中，对我们这些仍然在这项业务中挣扎的人们究竟留下了什么东西呢？毫无疑问，为了继续改进和变革，需要采取一种新的态度。这个行业必须建立一种适者生存的思想，做到真正“为市场提供服务”。这就是说，我们必须采取一种业务态度，并以这种态度促使公司参与正在继续发展中的变革。这并不是说只变革一次，或只变革一部分，然后放慢速度或停顿下来。

铜合金解决方案

那么今天铜合金在模具制造业中的应用处于什么样的位置呢？凡是愿意使用这些产品的公司，仍然可以获得很多的机会做出他们应有的贡献。
这里所列举的例子具有一定的重要性，像模具加工那样，使用铜合金时，应将其放置到一定的水流速度之下，并加以控制。为了最大程度地发挥铜合金的优点，水流的设计应该保持在“湍流状态”与“层流状态”。

保持“湍流状态”的水流可以最大程度地带走切削工艺中产生的热量。由于从工具钢上带走的BTU速率较低，因此湍流对层流并不是一个关键性的问题。毫无疑问，这似乎只是因态度问题而被工业界许多人所长期忽略的事情。

如果不相信这个说明，可以向任何模具制造商提出问题，问他们应该如何精确地保持供水管线的直径和深度，在确定供水系统时，是否采用了湍流计算。

在过去的10年中，成功的模具制造商所使用的时间已削减了近一半，而且在铜合金的使用方面还有机会进一步提高速度。作为模具表面使用的铜合金技术，再结合所控制的水流和过去20年所取得的经验，将会使生产获得更大的成功，并满足快速生产周期的要求。如果与您打交道的材料供货商只是重复他们的产品应用历史，那您就需要与供货商们加强联系，他们能够帮助您提高设计水平。

今天的问题是：“模具的设计和生产周期是否还有进一步改进的余地呢？”其答案是肯定的，模具具有这样的能力，即模具的冷却时间少于模具填充时间。

与资源部门或供货商的密切合作，在他们各自的市场中保持一定的地位，在纪律方面，保留一段真实的专业历史，促进发展，使他们在自己的工作中，保持一个成功的业务模式。

历史证明，大部分廉价的模具毕竟是按照廉价模具的方式运行和操作的。对于准备购置廉价模具的公司而言，也许需要花费一些时间才能了解它们的真实费用。这是因为廉价模具的真实费用从来就不是通过公司的等级曝露出来的，因为运行费用是一些部门预算过程中的一部分，但不是最初模具费用的一部分，这是无法看清楚的。没有价格标签就没有成功，选择正确的人员和正确的供货商同样是很重要的。