銅合金應用于模具制造業的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。那時候，大部分人們認為將銅合金作為模具材料，其強度、硬度或韌度都不足。

圖1 安裝懸臂式貨架的銅合金棒材儲存倉庫及其材料檢索系統

1988 年出版發表的一篇論文，開頭的第一句話是這樣說的：“凡是希望立足于模具行業的注塑模和吹塑膜制造商必須不斷地向自己提出一個問題‘為了盡可能快速、有效地工作，并滿足客戶的質量要求，我們應該做些什么？’”文章從這個觀點出發，開始論證在模具應用領域中，如何使用和為什么使用銅合金，銅合金對縮短模具交貨時間和提高零件質量將會產生什么樣的作用？

讓我們快速回顧以下19年的歷史并提出以下問題：

問：迄今為止，有多少個模具工人和模具制造商，仍然在從事這個行業？

答：根據統計，大約有50%左右的模具工人和模具制造商還在應用這一技術。有些模具工人和模具制造商已徹底從這個行業中退出了，有些則已經失去了他們的業務，其他一些廠家仍然在那里艱苦的奮斗著。

問：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：在大部分應用領域中，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誤的合金，它并不適合那種特殊的應用領域。使用錯誤的銅合金，做出錯誤的決策可能是由于錯誤信息的誤導，例如關于特種合金的性能、產品信息的誤傳、或因為價格問題及來源問題。這一切將會導致材料達不到最佳性能、零件壽命短或導致徹底失敗。

問：模具應用領域中使用的是否最好的產品？該技術是否受到錯誤信息、供貨商銷售環節或未知情況的妨礙和影響？

答：長期以來，銅合金的使用一直存在錯誤的概念。由于供貨商錯誤的信息或理解，銅合金被多次錯誤的使用。一種產品的名稱和品牌由于一些不經意的原因而改變，這會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，其導熱率可能稍微要比鋼材的導熱率高一點。另一個例子是硬度接近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導致模具零件產生裂縫或斷裂（見表1）。

表1 硬度、延伸率和導熱率
CDA # 硬度 延伸率 導熱率
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 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 29~32 r/c 1% 25

銅合金的使用

在過去20年中，雖然工業界對銅合金產品在模具設計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用范圍正在不斷擴大。與機械、工藝設備和樹脂材料技術的發展相比，銅合金應用范圍的擴大一直受到市場接受能力的限制，在某些情況下，還缺乏對現有產品的了解。

根據一項對模具工人和模具制造商的非正式調查表明，大多數人認為，銅合金在他們模具中的使用很少，沒有什么大的優點。他們認為，銅合金的使用并不能真正縮短模具的加工周期，無助于提高產品的質量和其他性能。另外，他們還擔心模具的維修費用或最初的模具費用會較高。
但模具制造商的經驗表明，采用銅合金實際上是可以縮短模具加工周期的，并且可以提高零件質量和降低模具的維修費用。因為使用銅合金導致產品數量增加的模具制造商或模具工人，往往是因為對產品沒有經驗或只是一味的利用當時的形勢和條件。一般來說，銅合金模具零件由于其加工工藝的關系，可為模具制造商節約大筆費用，因為銅合金可以抵消其超過工具鋼的附加費用。

圖2 采用碳化物硬質合金鋸條鋸切5 in厚、硬度為30 RC的銅合金板

鈹-銅合金或銅-鎳合金

合金的化學成分基本上分成兩大系列，采用這種化學成分生產的合金，具有很高的強度和導熱率，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。

由于競爭和含鈹合金所存在的相關問題，甚至鈹-銅合金的生產商也會提供不含鈹的銅合金。在某些情況下，制造商根據鈹成分的含量，創造合金的名稱（見表2）。

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

挑戰和戰略

1.全球性的競爭

不管你愿意不愿意，我們在全球市場中，一直忙于生產、競爭以及買賣等業務之中，工業界明顯存在著來自不同國家的低勞務費用、優惠匯率、稅務補貼或其他刺激因素，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生著。20世紀60年代和70年代是來自日本的競爭，80年代來自中國的臺灣和香港，然后是新加坡和韓國，現在是中國大陸。

猜一猜還將發生什么樣情況呢？當這種作為資源的光芒從中國消退時，其他的地區還會接踵而來，陸續加入到這個行列中，例如非洲、印度、越南、柬埔寨、印度尼西亞，甚至波斯灣區域的一些國家。這里僅舉一部分例子加以說明。

2.供應鏈的提成

另一個通常談及的問題涉及到今天供應鏈方面的商務交易問題，減少公司的提成將有助于對工藝的真正增值。對于長期的成功來說，這似乎是違背常理的做法，對公司和供應鏈下游的各方面而言，可能會成為一個發展中的問題。與各公司建立和發展良好的關系是極為重要的，它有助于公司增值和排除不必要的費用，不僅僅是一次，而是在連續不斷的基礎上建立誠信。

在確定供應鏈中的主要供貨商時，一個簡單明了的檢查表或分級系統將對客戶有很大的幫助。該檢查表應使用一個5（最好）對1（最壞）的資格評定過程。該檢查表應當以供貨商發展報告卡片的方式保存。

與那些能夠提供絕對最新技術、給予技術支持、提供最佳產品信息和市場經驗的的供貨商建立良好的關系，只有這樣才能完成增值任務、降低生產成本。在大多數情況下，只有不斷地通過誠信的業務聯系，建立信任關系才能完成這項任務。如果客戶每次從不同的供貨商那里購買產品，或純粹根據價格購置產品，那么無論是賣方或者買方，都不可能有真正的機會獲得長期的成功。

3.對變革的阻力

對許多公司而言，特別是當模具加工車間在尋求提高模具性能時，對變革的阻力一直是一場“艱巨的戰爭”。即使是最成功的模具工人和模具制造商，他們所確信的是，最新的設計也會因為這個無情問題的出現而受到影響。這一接受新思想和新技術的阻力來自于外界和第三方，它會限制供應鏈公司潛力的發揮。

所有模具的設計和制造往往是因為其易于加工的原因，而不是因為其最好的設計概念、材料和零件而設計制造的。在大多數情況下，這種對變革的阻力會導致最終的破產、產權抵押或迫使業主決定壓縮生產規模或全部關門的情況。

在這個工業中，對我們這些仍然在這項業務中掙扎的人們究竟留下了什么東西呢？毫無疑問，為了繼續改進和變革，需要采取一種新的態度。這個行業必須建立一種適者生存的思想，做到真正“為市場提供服務”。這就是說，我們必須采取一種業務態度，并以這種態度促使公司參與正在繼續發展中的變革。這并不是說只變革一次，或只變革一部分，然后放慢速度或停頓下來。

銅合金解決方案

那么今天銅合金在模具制造業中的應用處于什么樣的位置呢？凡是愿意使用這些產品的公司，仍然可以獲得很多的機會做出他們應有的貢獻。
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，應將其放置到一定的水流速度之下，并加以控制。為了最大程度地發揮銅合金的優點，水流的設計應該保持在“湍流狀態”與“層流狀態”。

保持“湍流狀態”的水流可以最大程度地帶走切削工藝中產生的熱量。由于從工具鋼上帶走的BTU速率較低，因此湍流對層流并不是一個關鍵性的問題。毫無疑問，這似乎只是因態度問題而被工業界許多人所長期忽略的事情。

如果不相信這個說明，可以向任何模具制造商提出問題，問他們應該如何精確地保持供水管線的直徑和深度，在確定供水系統時，是否采用了湍流計算。

在過去的10年中，成功的模具制造商所使用的時間已削減了近一半，而且在銅合金的使用方面還有機會進一步提高速度。作為模具表面使用的銅合金技術，再結合所控制的水流和過去20年所取得的經驗，將會使生產獲得更大的成功，并滿足快速生產周期的要求。如果與您打交道的材料供貨商只是重復他們的產品應用歷史，那您就需要與供貨商們加強聯系，他們能夠幫助您提高設計水平。

今天的問題是：“模具的設計和生產周期是否還有進一步改進的余地呢？”其答案是肯定的，模具具有這樣的能力，即模具的冷卻時間少于模具填充時間。

與資源部門或供貨商的密切合作，在他們各自的市場中保持一定的地位，在紀律方面，保留一段真實的專業歷史，促進發展，使他們在自己的工作中，保持一個成功的業務模式。

歷史證明，大部分廉價的模具畢竟是按照廉價模具的方式運行和操作的。對于準備購置廉價模具的公司而言，也許需要花費一些時間才能了解它們的真實費用。這是因為廉價模具的真實費用從來就不是通過公司的等級曝露出來的，因為運行費用是一些部門預算過程中的一部分，但不是最初模具費用的一部分，這是無法看清楚的。沒有價格標簽就沒有成功，選擇正確的人員和正確的供貨商同樣是很重要的。