镁合金模具设计及制程教材简介

2005/12/19修訂鎂合金製程與產品設計簡介鎂合金製程與產品設計簡介鎂合金製程與產品設計簡介鎂合金製程與產品設計簡介內容內容::1.1.鎂合金鎂合金((AZ91D)AZ91D)材料特性及適用範圍簡介材料特性及適用範圍簡介2.2.鎂合金成型鎂合金成型((射出與壓鑄射出與壓鑄))方式之比較方式之比較3.3.鎂合金產品製程介紹鎂合金產品製程介紹4.4.鎂合金模具結構介紹鎂合金模具結構介紹5.5.鎂合金產品機構設計建議、模具設計上限制鎂合金產品機構設計建議、模具設計上限制說明與製程相關建議事項說明與製程相關建議事項鎂合金鎂合金((AZ91D)AZ91D)材料特性及適用範圍簡介材料特性及適用範圍簡介劃時代的新趨勢劃時代的新趨勢------鎂合金成型品鎂合金成型品„„在電子產品追求人性化的聲浪下，傳統的塑膠外殼已不能滿足在電子產品追求人性化的聲浪下，傳統的塑膠外殼已不能滿足產品設計的需求，因應潮流而起的解決之道正是鎂合金成型品產品設計的需求，因應潮流而起的解決之道正是鎂合金成型品，鎂合金成型品在電子業的應用具有工程塑膠無法取代的諸多，鎂合金成型品在電子業的應用具有工程塑膠無法取代的諸多優勢：優勢：„„尺寸穩定及抗潛變性佳尺寸穩定及抗潛變性佳－－不會有成型變形撓曲及材質老化問題不會有成型變形撓曲及材質老化問題„„優良導熱性－優良導熱性－改善電子產品散熱問題改善電子產品散熱問題„„極佳吸震性－極佳吸震性－使用在汽車座框架及坦克車吸震使用在汽車座框架及坦克車吸震„„優良的機械強度抗撓曲性．抗衝擊性．抗疲勞性－優良的機械強度抗撓曲性．抗衝擊性．抗疲勞性－不須為剛性不須為剛性問題增加補強設計，框體自問題增加補強設計，框體自7070cmcm高落下亦不破損高落下亦不破損„„耐磨耗性良好耐磨耗性良好非磁性金屬－電磁遮蔽性佳非磁性金屬－電磁遮蔽性佳((EMI)EMI)„„輕薄設計的可行性－比重輕薄設計的可行性－比重11.8,.8,但形成薄壁可但形成薄壁可11.2.2mmmm，，局部更局部更可薄至可薄至0.60.6mmmm„„金屬材質，質感佳，並可完全回收，符合環保金屬材質，質感佳，並可完全回收，符合環保ISOISO--1400014000法法規規„„收縮率小－厚度可達收縮率小－厚度可達22mmmm無收縮下陷問題無收縮下陷問題..RIBRIB厚度或厚度或BOSSBOSS直直徑可達平均厚度之徑可達平均厚度之33--44倍倍((最好在最好在1.21.2倍以內倍以內))不致於產生收縮不致於產生收縮下陷問題下陷問題„„綜合以上在品質及環保的的要求下，鎂合金作為結構材料由綜合以上在品質及環保的的要求下，鎂合金作為結構材料由於具有比重小、比強度高、導熱、散熱和導電性好、切削加於具有比重小、比強度高、導熱、散熱和導電性好、切削加工性好、優良的電磁遮蔽性、易於加工成型和回收等優點，工性好、優良的電磁遮蔽性、易於加工成型和回收等優點，以鎂合金製作電子產品的外殼及內部零件已成為主流趨勢以鎂合金製作電子產品的外殼及內部零件已成為主流趨勢1.11.1、鎂合金的特性及産品類別介紹、鎂合金的特性及産品類別介紹鎂於海水及地殼中含量豐富，是自然界中含量排名所有元素之第鎂於海水及地殼中含量豐富，是自然界中含量排名所有元素之第八名，鎂合金的比重八名，鎂合金的比重1.81.8爲常用金屬結構材中最輕者，重量約只有鋁爲常用金屬結構材中最輕者，重量約只有鋁的的2/32/3，鈦的，鈦的2/52/5，鋼的，鋼的1/41/4。。鎂合金具有：重量輕、強度高，且具良好的散熱性、導電性、吸鎂合金具有：重量輕、強度高，且具良好的散熱性、導電性、吸震性、電磁遮避性、切削加工性佳及易於回收再利用等優點，符合全震性、電磁遮避性、切削加工性佳及易於回收再利用等優點，符合全球近年來産品輕量化，資源再利用等訴求。球近年來産品輕量化，資源再利用等訴求。鎂合金目前於電子産業、汽車産業及其它産業中廣泛應用。電子鎂合金目前於電子産業、汽車産業及其它産業中廣泛應用。電子産業零件包含：筆記型電腦外殼、數位投影機外殼、數位相機産業零件包含：筆記型電腦外殼、數位投影機外殼、數位相機//攝影攝影機外殼、手機外殼及其內構件。機外殼、手機外殼及其內構件。汽車産業零件包含：汽車座椅框架、方向盤、儀錶板、支架等。汽車産業零件包含：汽車座椅框架、方向盤、儀錶板、支架等。其他産業零件包含：氣動工具機殼、運動器材零件、自行車零件等。其他産業零件包含：氣動工具機殼、運動器材零件、自行車零件等。1.2鎂合金成型在精密電子產品之應用：目前在歐美日等先進國家，已廣泛應用在目前在歐美日等先進國家，已廣泛應用在A4/B5/A5A4/B5/A5筆記型筆記型電腦、電腦、PDAPDA、、數位相機、大哥大、數位相機、大哥大、LCDPROJECTORLCDPROJECTOR及其他精密電及其他精密電子產品上。以筆記型電腦為例，使用觸變成型鎂合金之原因在子產品上。以筆記型電腦為例，使用觸變成型鎂合金之原因在於下列訴求：於下列訴求：　剛性/強度薄肉成形成形性佳散熱性佳EMI防制輕薄短小*****大尺寸LCD**HousingofNotebookPCLCDProjectorCellularPhone,PDAOtherMgAlParts主要產品使用鎂合金的優點:鎂合金VS.塑膠:高強度、高剛性、耐熱性、熱傳導性、電磁波的遮蔽性、回收性鎂合金VS.鋁合金:輕量、高比強度、高減震能、精密成型性11.3.3鎂合金的特性比較鎂合金的特性比較　鎂合金(AZ91D)鋁合金(A380)鋼鐵ABS聚碳酸酯比重(g/cm3)1.822.707.861.031.23融點(oC)596595152090(Tg)160(Tg)熱傳導度(W/mK)72100420.20.2熱擴散率(cm2/s)0.2900.2440.1170.00-0.00-抗拉強度(MPa)28031551735104降伏強度(MPa)160160400**比強度1871068041102楊氏率(GPa)45712002.16.7鎂合金製程與產品設計簡介鎂合金製程與產品設計簡介課程內容課程內容::1.1.鎂合金鎂合金((AZ91D)AZ91D)材料特性及適用範圍簡介材料特性及適用範圍簡介2.2.鎂合金成型鎂合金成型((射出與壓鑄射出與壓鑄))方式之比較方式之比較3.3.鎂合金產品製程介紹鎂合金產品製程介紹4.4.鎂合金模具結構介紹鎂合金模具結構介紹5.5.鎂合金產品機構設計建議、模具設計上限制鎂合金產品機構設計建議、模具設計上限制說明與製程相關建議事項說明與製程相關建議事項鎂合金成型鎂合金成型((射出與壓鑄射出與壓鑄))方式之比較方式之比較熱熱室室壓壓鑄鑄冷冷室室壓壓鑄鑄JSWThixomoldingJSWThixomolding成型成型機的構造機的構造高速射出裝置產品氬氣加熱器鎂合金融解溫度(560~630℃）鎂屑螺桿模具料筒2.1半固態成型Thixomolding的發展及原理1.1970年代初期由美國麻省理工學院的學生在做實驗時發現的；1977年美國DowChemicalCo.與Beatlle研究所共同開始進行鎂合金研究。2.實驗方式:將熔融的鎂合金在逐漸凝固的過程中施加連續的剪切應變作用。3.以金屬材料而言,最重要的是此時的固相之晶體組織是“球狀”的而非一般的“樹枝狀”結構，成型前之固相組織如何球化呢?即直接對半熔融狀態的金屬施以剪切之應變作用使其晶體微結構球狀化;Thixomolding製程,係以螺桿(Screw)轉動剪切固液體共存之金屬漿料使其組織球化2.22.2半固態鎂合金射出與壓鑄法之比較半固態鎂合金射出與壓鑄法之比較ThixomoldingThixomolding半固態成形與壓鑄比較起來，會有以下的優點：半固態成形與壓鑄比較起來，會有以下的優點：1.1.操作溫度較壓鑄低約操作溫度較壓鑄低約50~10050~100℃℃，因此模具壽命較長，不必機外先融熔鎂合，因此模具壽命較長，不必機外先融熔鎂合金，減少能源耗損及工作場所之髒亂。金，減少能源耗損及工作場所之髒亂。2.2.半固態成形中，由於鎂熔料有部分是處於固相狀態，而液相部份亦是處於半固態成形中，由於鎂熔料有部分是處於固相狀態，而液相部份亦是處於較低的溫度。因此在凝固冷卻的過程中，成品的形狀收縮較小，所以成品較低的溫度。因此在凝固冷卻的過程中，成品的形狀收縮較小，所以成品公差變化小，尺寸再現性高。公差變化小，尺寸再現性高。3.3.半固態黏漿在充填的過程中，其流動模式為半固態黏漿在充填的過程中，其流動模式為層流層流((laminarflow)laminarflow)。。特別對特別對肉厚不均之成品或者有許多孔、穴、肋和凸塊等複雜形狀之成品可一體成肉厚不均之成品或者有許多孔、穴、肋和凸塊等複雜形狀之成品可一體成形，而這些對於壓鑄是比較困難的。層流的流動比較平順，氣體不易捲入形，而這些對於壓鑄是比較困難的。層流的流動比較平順，氣體不易捲入金屬熔湯中，可經由金屬熔湯中，可經由overfloweroverflower將氣體排出，因此半固態成形之鎂合金將氣體排出，因此半固態成形之鎂合金的氣孔率較壓鑄成形法之氣孔率少。的氣孔率較壓鑄成形法之氣孔率少。層流層流((laminarflow)laminarflow)紊流紊流((turbulentflow)turbulentflow)壓鑄法之成型壓鑄法之成型//半固態射出成型半固態射出成型2.32.3鎂鎂合金成型特合金成型特點點比比較較半熔融射出法半熔融射出法ThixomoldingThixomolding热室热室壓鑄壓鑄法法HotHotchamberdiecastingchamberdiecasting冷室冷室壓鑄壓鑄法法ColdchamberdiecastingColdchamberdiecasting設備設備成本成本高高低低低低原料成本原料成本高高低低低低能源消耗能源消耗低低高高高高安全性安全性高高中中低低生生產產周期周期慢慢快快中中模具模具壽壽命命長長短短短短成品厚度成品厚度薄薄厚厚厚厚成品强度成品强度强强弱弱弱弱成品精度成品精度高高低低低低表面品表面品質質佳佳差差差差項目成型方式Thixomoldingvs.Diecasting技術、成本ThixomoldingThixomolding®®和和壓鑄壓鑄的比的比較較理論上的驗證理論上的驗證0100050000射出率,cc/s充填負荷壓力,MPaTHX射出能力DC射出能力充填負荷（薄壁ＰＣ）射出性能Thixomolding：：高壓·高速射出　　　　壓鑄；低壓·超高速射出實際成型時的理論最大射出率　　對充填負荷大的薄壁產品模具空射空射時時的理的理論論最大射出率最大射出率　　　　Thixomolding射出率＜壓鑄壓鑄的射的射出率出率ThixomoldingThixomolding是實現是實現薄壁成型的最佳方法薄壁成型的最佳方法Thixomolding射出率＞壓鑄的射出率充填性的比較充填性的比較Boss部位斷面的比较Boss部位斷面的比较巣ガスの巻き込み意匠面のヒケDieDie--CastingCasting巣ガスの巻き込み意匠面のヒケDieDie--CastingCastingThixomoldingThixomolding®®0.9mmThixomoldingThixomolding®®0.9mm筆記型電腦外殼的密度筆記型電腦外殼的密度1.751.761.771.781.791.8012Density(g/cm3)TopcoverTopcoverBottomcoverBottomcover■■Thixomolding®■■DieCastingThixomoldingvs.Diecasting技術、成本成型尺寸精度的比較成型尺寸精度的比較00.20.40.60.8ABCDEF■Thixomolding®■DieCasting尺寸测定部位基準寸法との差(mm)同一同一PCPC外外殼殼尺寸测定结果尺寸测定结果　　　　ABCDEF尺寸測定部位可以可以進進行高品行高品質質高精度高精度成型