一套采用电铸成型的复合插件模具可以为您节约资金吗？
在日本汽车公司的主导下，世界各地的注塑模制造商已经开始认识到，具有高导热率的铝制模具，它可缩短加工周期，虽然该模具的使用寿命较短，但付出这样的代价往往是值得的。
铝制模具正在被人们越来越广泛地接受，但是对于那些要求大批量生产的模具制造商或那些用强烈研磨特性树脂（例如玻璃填充 PVC）生产模具的制造商来说，存在着很大的矛盾冲突。这些模具制造商碰到了一个难以决断的艰难时期，一方面他们需要缩短生产周期时间，但另一方面需要解决模具不断更换的成本和物流等问题，因为材质相对较软的铝制模具易于迅速磨损和氧化，这两方面之间的相互矛盾很难协调。在考虑这一选择时，如果对预测铝制模具的寿命或降低其预期生产周期出现小小的错误，有时候甚至会给模具制造商成本/效益的平衡带来意想不到的结果。
图1 这一镍合金/紫铜复合件是在一个钢制毛坯上电铸
成型的，经粗加工后使其相互匹配；其中冷却回路是直
接在毛坯上铣削加工出来的（如图中的蓝色部分所示）
现在还有另外一个值得考虑的选用方案，即该模具既不采用铝材制造，也不完全采用传统的工具钢制造；而是采用高效热交换器或采用专利工艺方法制成的快速热交换器来冷却模具。本文将对这些模具的使用寿命和周期时间期望值、导热率及其相应的冷却通道进行探讨。
工艺分析
在这一工艺过程中，通常是如何避免型腔壁厚度与高导热率之间的矛盾。模具型腔实际上是一个复合体，由型腔壁本身的一套很薄的硬质镍合金外壳制成，其背面是由纯铜制成的较厚加强层。这一纯铜加强层直接与流经相应冷却通道的冷却液接触。虽然镍合金外壳已经比工具钢具有更好的导热性能，但采用这一工艺制成的模具，其纯铜加强层的导热效率起到了关键的作用。
图2 经EDM放电加工和粘结而成的可组装插件
镍-铜复合体是采用电铸成型法制成的，这是一种附加的电铸沉积制造工艺，具有悠久的历史，专门应用于模具的制造。金属被电镀到一个作为模板的导电轴上，以达到电铸成型的目的，然后将其与模板分离。在这种情况下，镍合金层被直接电镀到导电轴上，而将纯铜电镀到镍合金层之上。
电铸成型的模具型腔具有优越的导热特性，但这并不是什么新鲜的事情。泥模制造商、热塑模成型制造型商和旋转式模具制造商早就注意到了电铸成型模具的导热率优势，但采用集中式冷却和以成本效益为基础生产的电铸成型注塑模制造工艺则是一种比较新颖的技术。nextpage
十多年之前，有一些企业曾经试验过类似的电铸成型复合模具型腔。他们的思路是正确的，已经达到了那种程度，但他们是采用钎焊方法，将铜管焊接到电铸成型外壳上，创建相应的冷却通道，这很像热成型模具制造商曾经所作的那样，然后再在上面电镀更多的铜金属。这是一种速度缓慢的劳动力密集型生产工艺。
为了使一个模具的插件能够成型，采用后背支持式的电铸成型模腔存在着一些问题。一般采用专用的金属填充聚合物复合材料来弥补插件的不足部分，但其成功的程度十分有限。总之，这是一个非常复杂的过程，在经济上不太可行。
图3 同一个插件下面的两个视图，显示了冷
却液的进、出口。其中一个视图以半透明的
方式显示了钢制毛坯内部的冷却回路的情况
与此相反，这种新的专利工艺，利用一个老的知名度很低的方法，将电铸成型的同层背面作为一个EDM放电加工的电极，在工具钢块上加工出一个相应的隐窝。而冷却通道则是在工具钢的铜材与钢材界面上直接进行铣削加工而成的。由于电铸成型的壁层相对较薄，其本身随着型腔的轮廓而变化，由此产生的冷却通道自动地与型腔形状保持一致。
然后，电铸成型件与工具钢块粘结在一起（通过其中的一种方式），使这一组件成为一个整体，达到成品尺寸要求。由此产生的模具插件具有很高的导热特性，其范围涉及到周围的每一个型腔，这实际上有利于从型腔壁上吸收热量。它创建了一个在热动力学方面非常先进的模具。
虽然这一工艺对注塑成型具有很大的优越性，但它也适用于制造吹塑模、热塑成型模和树脂转换模。由EDM放电加工机床生产工艺制造的模具，其尺寸受到一定的限制。而采用电铸成型法则可以制造大型模具，但这种方法必须要能够使用EDM放电加工机床在钢块上直接加工。这对于其所制造的插件尺寸有一个实际的限制——它必须与EDM放电加工机床上的介质槽大小相适应。
应用范围及效益的确定
对于加工车间来说，这是否是一个很好的选用方案，需要按照每个案例的实际情况，逐个进行评价。电铸成型工艺由于受到几何尺寸的限制，并不是很适合于每一个应用领域。例如像轴上的深度突出部分和深孔加工，采用电铸成型法是存在很大问题的。
许多应用领域可受益于这些模具的热动态效益，尤其是那些没有受到3D自由制造法很好服务的应用领域，以创建相应的冷却条件。这一模具非常适合于光学应用领域，例如像汽车照明透镜或激光扫描反射镜的生产制造。
假如该几何形状可成功地采用电铸成型法制成，那么就可围绕减少周期时间的预测问题进行成本/效益分析。这正是模具冷却模拟软件证明其价值的适当时机。采用目前市场上最专业的模拟软件包，就有可能制作出一个电铸成型的复合模具模型及其传统设计的相对应零件。
虽然其预测结果的冷却时间可能不是绝对准确的，但它们应该是获知预期冷却时间（周期时间）差的一个很好向导。这个周期时间差，可以用来支持计算某一特定运行项目的运行减少时间。节约/运行小时数乘以该注塑压力机每小时的运行成本，就可以计算出每一次运行所预期的节约成本。现在让我们来看一个假设的例子。
例如：一个注塑模制造商使用两个型腔的模具。如果他需要制造生产50万个零件，模具的运行周期为34s，那么他生产这些零件需要14.1个星期的时间（按每星期7天，每天24h工作计算）。现在再假定注塑压力机的操作成本为65美元/h，那么生产这批零件将需要花费153472美元。但是，如果采用电铸成型复合模具进行更加有效的冷却，那么这一零件的模压成型速度就可以提高5s的功效（大约可以缩短15%的生产周期时间），那么50万个零件的生产任务可以在不到12周的时间内完成，其运行成本为130903美元。这样就可为这个模具制造商节约运行费用22569美元。
这意味着，即使是采用电铸成型复合插件制造的模具需要多花费10000美元，模具制造商仍然可以在不到12周的时间内，收回这些成本，再加上每周额外节约的1000美元收入。如果他继续运行这一模具，那么模具制造商每隔12周还可节约另外的22569美元。更何况，因为其模具的冷却更加均匀，零件的型变数量减少，因此废品率可能更低。表1是对这个实例所做出的具体总结。
