模具的最新和最佳新材料

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    内容摘要:模具制造商一直坚持不懈地寻找用于制造模具的最新和最佳的材料，而材料供应商对提供更好的表面硬度、更高的强度、更佳的可焊性、更高的抛光性和更容易的可加工性的工具钢和合金材料则一直充满信心。模具制造商之所以始终对新材料充满兴趣，这是因为新材料可降低加工周期和减少对于模具制造商加工模具所用机床的磨损和损伤，模具制造商一直坚持不懈地寻找用于制造模具的最新和最佳的材料，而材料供应商对提供更好的表面硬度、更高的强度、更佳的可焊性、更高的抛光性和更容易的可加工性的工具钢和合金材料则一直充满信心。模具制造商之所以始终对新材料充满兴趣，这是因为新材料可降低加工周期和减少对于模具制造商加工模具所用机床的磨损和损伤，从而帮助模具制造商降低零件成本。以下提供若干材料制造商对模具材料发展趋势的阐述以及一些关于模具材料常见问题的回答。 
    1. 请你预测今年模具材料方面的主要进展是什么？这些进展是如何影响模具制造商、模具设计人员和模具加工工艺的？
    铜和黄铜销售公司（Southfield，MI）全国产品经理John M. Perryman先生：我所看到的是在关于铝合金模具材料的表面硬度和更高的强度方面正在获得很大的进展。这使得铝合金的淬透性具有更好的一致性，材料厚度达12英寸及以上。随着机械性能的提高，这些合金仍然具有人们使用铝合金材料时已经习惯的很高的导热性能。再者，许多高强度铝合金的耐蚀性能将大幅提高。对于这些铝合金，模具制造商将看到加工时更高的进给量和速度并伴随着更好的表面粗糙度，使得粗、精加工的成本更为节约。设计人员在使用铝合金替代钢件时将获得更好的柔性，还使他们能确定类似于钢制注塑模的流道和其它尺寸。
    ThyssenKrupp特种钢公司（Clinton Township，MI）有色金属产品北美地区经理Bob Mang先生：多数汽车OEM供应商现在希望看到在生产加工中可使用能替代P20 的材料。这些进展将为模具制造商、模具设计人员和模具制造工艺提供更好的通用性。模具厂不能再只提供钢制模具─他们必须要适应于其它材料和工艺。
    Bohler -Uddeholm集团公司（Rolling Meadows, IL）塑料应用部门技术经理Ed Severson先生：正在发展中的趋势之一来自最终用户不断提高的要求，这些要求包括：模具能出色地通过初始零件加工的批准，并可长时间无问题运转。这已经迫使模具制造商坚决要求模具材料在抛光性能、韧性和可焊性方面必须不断改进。
    Performance合金公司 /Performance模具产品公司（Germantown，WI）总裁/副总裁Cliff Moberg先生：由于对工作场所安全性以及公司可靠性的重视不断提高，因此有关安全夹持、加工和处理铍铜合金等问题重新受到强调，公司需要全面考虑地使用或者不再把铍铜合金作为一种模具结构材料。环境必须要受到保护，至少要遵循和坚持OSHA/NIOSH的安全性规定。我们不断地扩大不含铍的铜合金产品的供应，成功地替代铍铜合金产品，这有助于用户彻底避免铍元素带来的问题。
    国际模具钢公司（Florence，KY）Paul Britton先生：我们有一种新的模具钢，它能被热处理到HRC 62/64并且比H-13、S-7模具材料耐用。我们的一些客户开始把这种材料用于塑料和橡胶模具。
    Brush Wellman有限公司（Cleveland，OH）塑料/加工部门的应用工程和市场总监Doug Veitch先生：模具材料的进展之一缘于一些模具制造商不得不优先选用不含铍元素的材料。我们的模具用铜合金在响应那种优先性的同时仍然提供极佳的可加工性，它能缩短模具加工时间。我们已经找到了在高速机床上能获得接近铝合金的加工速度和进给量的铜合金。
    模具制造行业最近关注的问题是原材料的持续涨价，导致塑性树脂的价格变得更高。模具界需要大量地降低成本，而为数不多的一些方法之一是使用能缩短加工周期的模具材料。模具材料起初可能确实相对昂贵，但是由于其更高的生产率，投资回收期通常不到六个月。
    以大型平板形式提供模具合金是制造商对于使用高强度、高传导性铜合金的大型模具应用所需大型盘类零件的一种响应。这使得加工周期和所有型芯、型腔应用时直壁比率得以缩减。你现在能从整块金属料上加工模具，与其相反的是要使用一组镶嵌件。这为模具加工提供更好的完整性，减少模具维护并简化模具设计。
    2．模具制造商关于模具材料最常见的问题是什么？你的答案是什么？模具制造商关于今日的模具材料所面临的常见挑战是什么？
    铜和黄铜销售公司Perryman先生：如今由注塑模具制造商提出的最常见问题是关于有色金属模具材料承受耐磨树脂引起的磨损的能力、分型线上的支撑能力、模具材料的导热性和模具承受模具工不正确使用的能力。吹塑模具制造商很关心在使用铝合金时，流道内由金属各向异性引起的晶粒间的腐蚀。
    然而，非常耐磨的树脂会擦伤和损伤许多铝合金、铜合金的表面，对于今日广泛使用的很多常见树脂，这不是一个问题。这些树脂中的很多种非常适用于有色合金型腔，不会损坏表面，即使在百万次的模具注塑加工之后。很多模具工认为必须对铝合金模具施加极高的夹紧力以防止模具内的喷溅。高强度铝合金和铜合金能轻易地承受保持模具闭合所需的夹紧力。此外，你能设计有色合金模具并有许多途径保护分型线，如在A和B板上使用钢制镶嵌件。铝合金和铜合金的导热性大约比钢件高两到十倍，所以它们把树脂上的热量传递到流道要比钢件快得多，降低了加工周期。
    腐蚀问题要比多数模具制造商的认识复杂得多，它涉及几种不同类型的问题。晶粒间腐蚀通常由较差的水冷工况或添加到水中的化学物所引起。这种腐蚀多数能够被控制并通过材料加工时的控制转变成非破坏性的点蚀。这还防止模具内的裂纹或应力腐蚀裂纹的扩散。这些裂纹可由以下三个必须列出的因素进行模拟：应力、腐蚀工况和材料的敏感性。通过消除材料的敏感性，你能把问题最小化。电腐蚀能够在某种程度上以类似的方式被控制，也可通过镀层或一些其它手段来分离金属的扩散。 
    ThyssenKrupp 公司的Mang先生: 如何才能削减模具成本？你可以不去通过控制每磅材料的价格来消减成本，而是通过注重导热性、加工和其它与模具相关的成本项目来达到目的。模具加工的挑战包括钢件和铝合金的价格上涨和如何把这些成本转嫁到客户身上。公司自身必须与其竞争对手在模具材料的切削性能上区分开来。
    Performance 合金公司/Performance模具产品公司的Moberg先生：价格和供应方面的稳定性是关键。考虑到过去四年的经济形势，工厂和仓库的供货一直是勉强够用。许多工厂还未对近来市场的快速增长做好准备。原材料价格、美元贬值和产品及产能的海外需求也对美国市场有一定的影响，而且这些因素有共同的影响力。将这些和业务上的增长相结合，才能找到解困的良方。当你得到加工任务时，挑战转变为需要提供足够的原材料，而且要在规定时间内完成采购，直到你找到需要的材料。
    国际模具钢公司的Britton先生：一般碰到客户的问题是：要多少钱？我什么时候能拿到产品？除了这些，真正问及模具钢的问题并不多。这真是一种羞耻，因为就P20来说，所有的材料各不相同。这些不同会很大地提高或降低模具制造商的模具加工成本。那是当今模具制造行业面临的最大问题之一。另外一个是海外竞争。可是，如果我们了解我们正在使用的材料，那么面对海外竞争时，我们将具有优势。
    Brush Wellman公司的Veitch先生：碰到过一些有关镀层和我们的材料是否能被镀层的问题。是的，它可以。我们提供了用于提高耐磨性的各种表面处理方法的清单。其它问题包括：
◆ 铜合金确实能提供更为一致的模具温度吗？是的，除了更快的散热，和P20或H13相比，它们还能提供更一致的模具温度。红外成像技术是一种查看冷却一致性的途径。它让一系列的快照来实时捕捉出模时的热成像。来自那些快照上的热量数据，加上专家的解读，能推荐并讨论如何改变模具设计才能生成零件更一致的热成像。
◆ 铜铍合金（CuBe）加工时安全吗？是的，如果模具制造商想确信他们的供应商正致力于维护健康和安全的工作现场，他们将获取保证安全性的必要资料和程序。
◆ 镶嵌铜合金来优化模具性能的最佳场合在哪里？通过和有丰富经验的供应商合作，模具制造商将有权使用能推荐镶嵌物的大小和位置以获得最佳性能和成本的技术团队。
    尽管实际上那是一个充满挑战的市场，模具材料制造商和供应商能应付自如地满足模具制造商对于高质量材料的需求，使其供应的材料具有更好的韧性、可焊性和更高层次的抛光性能，实现更短的加工周期、较少的模具维护和更高质量的模具。