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镁合金成型应用广泛 |
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作者：上海霍富-利用汽车锁具有限公司 潘云生 工程师 张涛 |
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我国的镁蕴藏丰富，原镁产量占全球产量的40％。近年来，镁合金性能不断得到改善，其压铸技术也有显著进步。尤其在汽车行业，在产品轻量化、降低整车燃耗和排放、提高驾驶安全性和舒适性的要求下，镁合金压铸技术正飞速发展。此外，镁合金压铸件也已扩大到了其他领域，如手提电脑外壳，手提电锯机壳，鱼钩自动收线匣，录像机壳，移动电话机壳，航空器上的通信设备和雷达机壳等。
镁合金具有以下特性：
几种常用镁合金与其它常用结构材料的物理机械性能对比如下表所示(图片：表1) 
由上表可见，与其它结构材料相比，镁合金具有以下几个特点：
镁合金的密度是实用金属材料中最轻的金属，在相同的强度和刚度情况下，用镁合金做结构件可以大大减轻零件重量。镁合金在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有较好的铸造性和加工性能：镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2~3倍，通常可维持20万次以上。铸造镁合金的铸造性能良好，镁合金压铸件的最小壁厚可达0.6mm，而铝合金为1.2~1.5mm。镁的结晶潜热比铝小，在模具内凝固快，生产率比压铸铝件高出40~50％，最高可达两倍，镁合金有相当好的切削加工性能，切削时对刀具的消耗很低，切削功率很小。镁合金、铝合金、铸铁、低合金钢切削同样零件消耗的功率比值为：1：1.8：3.5：6.3。
镁合金有较高的尺寸稳定性，稳定的收缩率，铸件和加工件尺寸精度高，除镁-铝-锌合金外，大多数镁合金在热处理过程及长期使用中由于相变而引起的尺寸变化接近于零，适于做样板，夹具和电子产品外罩。
镁合金制件的成型方法：合金制件的成型方法分为铸造和变形两类。
镁合金制件的铸造成形
镁合金制件铸造成形可采用重力浇注、低压铸造和压铸。近年来又出现触变注射成型新技术。其中以压铸的工艺及设备最为成熟，目前国内外的镁合金制件绝大多数用压铸法生产。
镁合金制件的压铸成型：
由于镁合金溶液易氧化以致燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，因此镁合金在熔化、浇注及压铸液的温度控制等方面都比铝合金压铸要复杂。压铸机分热室压铸机与冷室压铸机，热室压铸机的生产效率高，约为同容量冷室压铸机的2倍，但其锁模力一般在7840kn以下，通常用于质量不大(一般在2kg以下)的薄壁铸件。
冷室压铸机应用更广，美国Prince公司于1990年生产出一台锁模力达13.72MN的世界最先进的大型镁合金冷室压铸机，该件集熔化、压铸于一体，并采用了取件机器人。冷室压铸机适于生产壁厚较厚质量较重的制件，例如奥迪汽车公司的尺寸为1440x3.5mm，重量为4.2kg的汽车仪表板，是在装有自动浇铸机构，锁型力为24.50MN的冷室压铸机上生产的。美国通用汽车公司的尺寸为1470x300x2mm的直角承梁，重1.8Kg用M60B镁合金在锁型力为21.56MN的冷室压铸机上压铸而成。此外，如汽车座椅、框架、汽车轮毂等产品均是用冷室压铸机生产的。
镁合金压铸技术的发展趋势
镁合金压铸与其它金属的压铸一样，在压铸过程中镁合金液以高速的紊流成弥散状态充填压铸型腔，使腔内气体无法排除，形成高压微孔或溶在合金内。这些气孔在高温下会折出或膨胀导致铸件变形或者面鼓包。因此用传统的压铸方法生产的镁合金压铸件与其它合金压铸件一样，不能进行热处理强化，也不能在较高的温度下使用。为了消除此缺陷，提高压铸件的质量，扩大压铸件技术的使用范围，近年来研究开发了一些新的压铸技术，如真空压铸，半固态触变压铸技术等。
真空压铸是在压铸过程中抽出型腔内的气体，以减少或消除在压铸件内的气孔和溶解气体，提高压铸件的力学性能和表面质量。真空压铸镁合金件的最小壁厚为1．5~2．0mm，真空度小于或等于80kPa，冲头速度最大达10m／s，铸件强度可提高10％以上，韧性提高20-50％，目前已成功地用真空压铸法生产出镁合金汽车轮毂和方向盘等一批主要汽车零件。
半固态触变压铸技术(Thixomolding)
触变注射成型是一项基于半固态合金触变行为的成型技术，1992年开始商业应用。美国Thixomat公司拥有这项技术的专利权，并已经在26个国家获得专利。触变注射成型技术采用了一种所谓“一体化”的成型方式，将压铸和注塑工艺合二为一，模具和成型材料与压铸工艺相似，工艺过程则接近于注塑成型；其原理是：首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状，将此镁合金颗粒装入料斗中，强制输送到粒筒中，粒筒中旋转的螺杆驱使镁合金颗粒向模具方向运动，当其到达粒筒的加热部位时，合金颗粒呈部分熔融状态，在螺旋体的剪切作用下，具有枝晶组织的合金料形成了具有触变结构的半固态合金，当其累积到一定体积时，被高速(5.5m/s)注射到抽成真空的预热型腔中成形。半固态合金在外力作用下可以象热塑性塑料一样流动成型，但触变注射成型的温度，压力以及螺杆旋转速度远远高于注塑设备的。成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复合工艺，将合金加热至582±2℃，固相体积分数达60％，同时通入氩气进行保护。
镁合金触变注射成型原理
镁合金触变成型
与传统的压铸相比，触变注射成型无需液态金属熔融和浇注等过程，生产过程较为清洁，安全和节能。没有熔液产生，单位成形件的原材料消耗大为减少，无爆炸危险，无需SF6气体保护，消除SF6对臭氧层的破坏，成型过程中卷入的气体大幅度减少，零件孔隙度小于0.069％，因此成型件可以热处理，成型件致密度高，机械性能好，耐蚀能力强。与传统压铸相比，工作温度约降低100℃，有利于提高压铸模寿命，并使其生产过程具有良好的一致性，减少了镁铸件在型内的收缩率，减少了铸件的脱型阻力，提高了铸件的尺寸精度，零件表面质量好，可铸造壁厚达0.7~0.8mm的轻薄件。目前已用此法生产出汽车的传动器壳体、盖、点火器壳体等，所用的镁合金是AZ91D。高度自动化的镁合金半固态射铸成型机及其生产线在工业发达国家发展很快，我国的镁合金压铸业也在开始大量使用半固态射铸成型机，半固态射铸机，将成为生产镁合金铸件的主流。
我国目前用于镁合金触变成型的机器大多是日本制钢所的JSW-MGⅡ系统的镁合金成型机。
应用领域
镁合金具有比重轻，强度高，电磁屏蔽性好，吸振性好，可回收的特点，因此被广泛应用于3C产品、汽车零部件等领域中。全球众多知名企业早已将镁合金应用于它们的产品当中。例如：手机、PDA 制造商: MOTOROLA, NOKIA, NEC, PANASONIC, SONY-ERICSSON等。
笔记本电脑制造商: 东芝，DELL，HP，联想，NEC，SONY，PANASONIC，神舟等。
摄录视听产品制造商: SONY, 松下, NEC, JVC, HITACHI, SHARP, KENWOOD等。
汽车零部件制造商: 通用, 丰田, 福特, 克莱斯勒, 大众等。(end)
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(投稿)
(11/22/2006) |
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