高导热率的铜合金模具带来高效率和高质量

大老虎

高导热率的铜合金模具带来高效率和高质量
- E7 q, q! M# ]- G( M- n1 U采用高导热率的铜合金模具可以使制造车间拥有更高的生产效率，既能节约资金，又能提高产品质量。一些汽车保险杠和仪表板的生产企业已经采用了这种材料的模具并取得了显著的生产效益。
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' V3 T9 w3 l; d; f! x1 r. I与普通的工/模具钢相比，由于铜基合金材料的成本较高，因此在模具生产中，很多模具制造厂至今还没有找到更好的办法以合理地使用高导热率的铜合金材料，但实际上，使用高导热率的铜合金在节省时间和提高效率等方面的效益是非常显著的。
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本文所探讨的高导热率铜合金是一种铜基材料，通过合金和制造技术相结合的方法，既要使其保持铜所固有的较高导热率的特性，又要使其具有一定的硬度，以便能够让其在生产环境中适合各种加工条件。

铜合金的主要优点

在注塑模中使用高导热率的铜合金主要包括以下特殊的优点：
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1、热扩散性能

塑料在模具中的注塑成形过程中，高导热率的铜合金将会吸收大量的热量，当然，其最初吸收的热量是一个关键的因素，而后期的散热将主要依靠冷却系统。在每一个塑料件的注塑过程中，吸收初期的热量就是高导热率铜合金真正发挥作用的地方。

- c( G8 a7 V: A" q- w: d, l2、抛光性能
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- ^% b" m5 t: N; M, {在接触式塑料包装的生产过程中使用高导热率铜合金模具，其优良的抛光性能已得到实践证实。在采用高度抛光的高导热率铜合金镶块以后，可以制造出优质的透明塑料包装，从而满足通过包装进行检查的生产需要。实践证明，这种镶块的抛光时间要比钢镶块所需的抛光时间快4倍，工作周期却可降低57%。

3、涂层
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: i6 o5 E7 {$ c: V! l0 S. u为了提高耐磨性能，高导热率的铜合金表面可以被很容易地镀上一层非电镀镍涂层、硬铬涂层、PVD涂层（物理蒸汽沉积层）或CVD涂层（化学蒸汽沉积层），使涂层表面的硬度达到60～90 HRC。非电镀镍涂层可以使涂层以均匀的厚度渗透到每一个孔内，但其实质并非像镀锌工艺那样，也并非像硬铬电镀工艺那样。为了更便于塑料件脱模，非电镀镍涂层可以与聚四氟乙烯材料（PTFE）或氮化硼材料相结合。涂有PTFE或氮化硼非电镀镍涂层的模具零件表面非常光滑，犹如涂了肥皂沫一般，因此不会使已成形的塑料件粘在模具上，脱模非常容易。

) L6 T- l2 e" U9 I! p# H当然，使用高导热率的铜合金制造模具也存在一些局限性，比如消除应力或退火（只有这样才能保持材料的硬度特性）时应避免模具长时间置于900°Ｆ以上的高温之中。

应用及效益

# V# `2 E' J3 r$ i( D/ D7 U* v* y基于以上特点，在下列应用范围内都可以考虑选用高导热率的铜合金：

; g1 M" G/ X) P: n& C$ X$ v+ u( ]□ 注塑模、型芯和型腔、型芯插销和冷却板；

□ 复合塑料型材挤出工艺中使用的模具：在这里应用高导热率的铜合金可以使模具的热传导速度提高，同时也可提高零件的尺寸稳定性；

! u+ O! y3 X8 T( ^- z6 r□ 生产液体包装瓶用的吹塑模；
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# A  u+ e/ I/ \1 I2 w" z□ 注塑喷嘴：在使用高导热率的铜合金时，由于其热传导时间短，保持均匀的温度可大大简化整个温度控制系统，从而降低能耗费用。

在注塑模生产中可以考虑应用铜合金主要有以下几个理由：
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8 v- e, H9 x) R- Y& d□ 在应用高导热率的铜合金之后，模具的冷却速度大大提高，生产周期至少可缩短20%（据有些用户说生产周期甚至可缩短80%）；
□ 由于生产周期缩短，因此每一班工作时间内所生产的零件数量大大增加，生产率至少可以提高25%，根据汽车前灯制造业的有些用户说，他们的生产率甚至提高了500%；

□ 由于冷却速度提高，模具的温度降低很快，零件的成形时间缩短，因此模具中的“热点”数量及其所造成的损害程度可以降低，从而使零件的质量大大提高，变形报废率大大降低；
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2 v  {4 D* q2 P4 Q! P□ 报废率降低也说明每一个零件每次注塑成形后的质量更加稳定；
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* ^3 V& f! ~+ W: p6 H□ 由于高导热率的铜合金具有超级热传导特性（一般来说，其导热率要比钢材高5～10倍），模具中敏感区域的热量可以很迅速地散发出去，因此模具与零件直接接触部分的复杂冷却通道数量可以减少或直接省去；
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□ 由于模具中冷却通道的数量减少，模具的加工成本费用就可以大大降低——与冷却速度较慢的工具钢模具相比，其加工成本可以降低4倍。

" I) E+ u. p- I0 s3 i, y' l+ B: ]  S本文图、表所示即为采用高导热率铜合金后给节约时间和费用方面所带来的种种好处。

上述实例可以说明，采用高导热率铜合金型芯以后给节约时间和费用方面所带来的种种好处。

在汽车工业生产保险杠的过程中，可以将铝青铜镶块应用到钢制模具之中，有些厂家甚至还使用全套的高导热率铜合金型芯和型腔来生产他们的保险杠。

汽车中的仪表板也可以采用含有铝青铜镶块的模具生产，与生产中使用的钢制插件相比，其导热率提高了3倍左右。

采用高导热率铜合金后的时间和费用节约
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背景：生产数量10万个，注塑生产成本205美元/m

- [td]生产周期（s） [td]生产10万个零件所需的工时 [td]注塑生产成本（美元）

钢制模具 [td]100 [td]2778 [td]554585

采用Ampcoloy 940模具 [td]76 [td]2085 [td]423554

节约 [td]26 [td]695 [td]141260

结论

为了使今天的模具车间能保持具有竞争力的生产能力，使其能够与世界低成本生产地区进行竞争，用户可以考虑在注塑模生产中使用高导热率的铜合金，这个方面的思考是非常重要的，因为采用高导热率的铜合金可以使模具加工车间具有更高的生产率，既能节约资金，又能提高产品质量。