镁铝合金结构设计讨论

随着时代的进步，人们对产品的要求越来越高，特别是在消费电子产品方面，要求向轻、小、薄方向发展，而传统的塑料材料由于自身强度的限制已经不适合做产品结构的材料，以镁铝合金为代表的轻金属受到人们的青睐，但我发现论坛上有关镁铝合金结构设计方面的资料很少，请高手们就这个话题讨论一下！

有没有知道国内哪个厂家做铝镁合金件做的比较好的，介绍一下。

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我覺得他說的鎂鋁材料是在電子產品上吧

剖析亚洲镁合金压铸市场的形势

台湾镁合金压铸发展如火如荼   
黄氏指出，台湾镁合金压铸始于7年前，当时台湾可成科技公司引入第一台富来125吨热室机。其后，纽辉科技，敬得工业，集盛工业，美利达工业，台湾荣轮业，巧新工业等，相继加入行列。至今，已有约二十家台湾镁合金加工厂进行生产，采用的机种从90吨至650吨，包括冷室机，热室机及半熔注塑机，其中超过六至七成为热室机，总数约一百台左右，大部份厂家是铝合金压铸厂起家，其它包括自行车、计算机配件生产商、铝合金生产商或新成立的公司；与日本的情况相若，主要产品为笔记型计算机外壳，小部份为计算机、手机及电视零件。黄氏透露，由于前景美好，台湾经济部工业局更利用「协助国内传统工业技术升级计划技术合作体系」，委托工研院材料所轻金属实验室筹组「镁合金成型产业促进会」，推广及提升镁合金制程技术水准，并提供相关信息供有关单位订定环保及工安法规，并整合业界意见，以供政府单位制定未来相关法则。

中港镁合金压铸还须努力   
虽然中国为全球最大镁金属生产国，但镁合金压铸寥寥可数，如西北林业机械厂，干通汽车附件厂，南京华宏集团等。汽车业使用镁压铸件并不多。黄氏透露，目前，越来越多人意识到镁合金铸件的优点，预见今年将有多家国内加工厂投入生产。而珠江三角洲一带，则为台、港、日外资电子、计算机厂之基地。目前已投入生产的包括港资的嘉瑞、台资的富士康等。已知今年将有多家港、日、台资公司加入此行列。香港生产力促进局于数年前亦引入富来125吨热室镁合金机，研究及开发镁合金压铸技术 (日、台电子，计算机厂移来大陆，需求不断增加，前景看好)，帮助香港压铸业升级高增值工业。

星加坡属起步阶段   
星加坡为起步阶段，主要为手机、计算机生产商配套。以热室机为主，90吨 – 580吨机型。政府透过大学研究单位扶助镁合金压铸。用户如GINTEC Institute，Brilliant，MMI等铝合金压铸加工厂。

日本镁合金压铸业仍执牛耳   
日本于九六年以前已开始应用镁合金于可携式产品框体，包括SONY的手提摄录机，MD机，Toshiba之笔记型计算机。九七年以后，应用渐渐增加Sony、Sharp、Fujifilm、Victor，松下电器的电子消费产品，笔记型计算机则有Toshiba、松下电器、三菱电机、NEC、Sony等。到了九八年后，所有日本的笔记型计算机厂商都已使用镁合金。除一般认识之优点外，镁合金亦为环保材料，由于日本对汽车、电器产品的环保法规要求不断提高，尤其是在物料循环再用，如家电材料回收法，迫使电器用品减少，采用回收率低的塑料材料，计算机、电视机、电冰箱、手提电话等，将会受到规限，这些都是镁合金日渐受到重视的原因。日本现时约有六十多家镁合金压铸厂，有超过二百台镁合金机，包括冷室、热室及半熔注塑机，主要厂商如TOSEI、筑波压铸、三井金属、日金、松下电器、富士通等。目前来自笔记型计算机厂商的订单大幅增加，使压铸机需求大增。

未来趋势   
散热设计为必须更加倚重镁合金外壳的散热效果，再加上以上优点，使镁合金成为取代塑料的最佳手提电脑外壳材料。

投资镁压铸留意事项:

要有充足人才资源，包括模具设计，压铸生产，车间管理等技术人员。
压铸镁合金计算机外壳，需要用350吨以上压铸机，每台金额在三百万以上，加上外围设备，全新厂房布局，后加工设备，必须有充裕资金。
如后工序需要机加工，最好为独立镁合金加工车间，镁合金需要高速切削，厂房及机房要有良好通风系统，并需要保持机床、厂房整洁，不要积存金属屑。用冷却液加工会较安全。金属屑处理需要有系统安全管理，至于除模锋打磨，可用震磨、喷砂或人手打磨。车间需要良好抽风设备，通风系统不可积累镁粉。事实上，二次加工车间的厂房安全管理要求比压铸车间更高。
镁合金对模具设计要求极高，除因产品要求较高外，高速射料令模腔内较易困气，不合理流道设计会令冷纹恶化，现时很多镁合金模具开发均有利用CAE流道软件。
镁合金是活跃金属，容易产生腐蚀。表面处理比较困难，尤其是外观件，要面对不少技术问题。
镁合金优胜于塑料的其中一个因素为可回收再用，目前日本和台湾大部分厂家均没有使用回炉材料，余料可以一级料退回材料供货商，因此要有储存废料的安排。目前市场上虽有一级料重熔设备，但容量最少为每小时500kg ，不适合一般用户使用。余料回收是控制成本的重要手段，目前台湾正加强研究回收技术，或设立区内集中回收，以减低成本。
镁合金压铸对亚洲厂家来说是新技术。要克服的技术难题很多，要尽快达致顺利生产，最好可从国外引进技术。
笔记型计算机外壳材料的设计要求:
重量轻、刚性佳
-提供LCD Panel所需的刚性。
耐冲击性佳
-能抵抗5ft-lbs的球冲击
-连续三次从1公尺高处落下的冲击
电磁遮蔽性佳
-金属板＞120dB
塑料Electroless Plating 60-120dB
散热性佳
-成本适当(镁合金并未较塑料高出很多)
-符合环保要求
-美观、薄
成型加工性良好
如电子产品需要散热的话，散热设计必需更加倚重镁合金外壳的散热效果，再加上以上优点，使镁合金成为取代塑胶的最佳手提电脑外壳材料。
年产量              全球              台湾
                   1,800万              650万 (35%)
1999年约                              800 万 (40%)
2000估计                              1000万 (50%)

周期：         30秒      1小时          120件
每日二班：              16小时         1920件
每月24日                              4万6千件
每年产量                               55万件

考虑机器使用率及合格率
每部机一年生产255件
每部计算机需要4件
如台湾生产1000万件，需要4000万/255：160台(单用于生产计算机计算机外壳)镁压铸机

*****************本文转载自香港“金属工业”（HKPC METALS BULLETIN）2000年5/6月第三期（48-50页）****************************************

俺02年找到的一些资料：


开发镁合金压铸

选择合适的冷室或热室压铸机

近年流行的镁合金外壳产品是本港压铸厂商梦寐以求的新兴市场。很可惜本港压铸厂商对这门技术认识不深，而且投资不菲，导致他们裹足不前。其实这门技术不难，只是存在小部份「技巧」而已。今期「产品开发篇」继上期剖析亚洲镁合金市场后，富来远东总经理黄奇德先生对选择合适的镁合金压铸机作出一点建议。

镁合金铸造方法   
镁合金铸造方法大致可分为：（1）重力浇注 (Gravity Die casting) 、（2）低压铸造 (Low pressure die casting) 、（3）半固态压铸 (Thixcasting) 、（4）半熔注塑法 (Thixomolding) 及（5﹞压铸 (High pressure die casting)。半熔注塑法和半固态压铸为较新之生产技术。半熔注塑原理接近注塑机，首先把镁锭加工切削成细料状，原料由进料筒定量进入螺杆，在加热区通过螺杆转动挤压推进，使其变成半熔状态并高速高压射入模腔，由于无需完全熔化，此法较节省能源，亦较为安全，无需保护气体或覆盖盐，内在气泡较少，表面质量亦较高。但同时亦存在很多问题有待解决，例如：

           原料较贵

           设备昂贵

           生产速度慢

           技术尚未稳定，其中参数如定量控制，各温度区的准确控制均有难度，因此成品率不高。所以此法目前用家不多

半固态压铸   
半固态压铸使用实时控制之超高压冷室压铸机。首先生产晶粒结构细致均匀之棒料 (多由电磁感应搅拌生产) 切成适当长度，通过特别控制之电感加热器将棒料加热至半固态，再用机械人放入冷室机射料腔内，进行实时多速高压挤入模腔，此法主要用于高强度要求厚壁安全件，压铸后可进行热处理。此工艺成本更高，目前仍处于研发阶段。

冷室及热室压铸工艺较为流行   
较为普通的是压铸工艺，镁合金可用热室或冷室压铸。过去由于热室机型所限，一公斤以上镁件要使用冷室机之说。现时德国富来已有930吨之热室镁合金机，最高铸重量可达6.4公斤，有多台在使用中。正确来说，应以铸件的壁厚来决定所使用的工艺。薄壁件采用热室法，厚壁件使用冷室法，主要原因是镁合金流动性高，同时会快速凝固，能于合金进入模腔并固化前维持其内热，它的液态高流动性有助其及早填满模腔。在这方面热室比冷室法优越。同时，镁合金铸件所需比压较铝合金低，热室机比压可满足要求，因而镁合金热室机最适合生产薄壁件。

冷室压铸 一适合厚壁件   
设备包括冷室压铸机、镁合金定量炉、镁锭预热及自动进料器、模温机、保护气体混合装置、取件机器人等。

选择冷室机时有以下特别考虑的因素：

         由于镁合金的比压要求 (约300-400 bar) 较铝合金低 (约600-700 bar) 需要较小的射料力才可达至较佳较果，因此选择机型时要留意射料部份，最好可配上不同射料力。

         由于镁合金极易凝固，因此要求大流量短填充时间，实际射速每秒6-7米或以上并不
罕见。空速度要求则更高。计算器器能量时需参考其PQ2图。

         由于液态的镁合金为易燃物及高流动性，为安全计，电线及油喉应尽量内藏。机器夹缝应尽量遮盖以避免镁合金流入。外露之电线及油喉必须特别保护。

         由于射速极高，为减少飞边，冲头最好有急剎功能。

         由于镁合金压铸工艺较难控制，机器的稳定性及参数可控性要求较高，最好有监控图表，生产数据显示，生产统计表等。如机器有压射参数自动计算，有助选择适合数据。

         有些机器生产商更改标准机设计，如于射料腔加热，或更改射料部份设计，以缩短合金进入模型的时间，会增加成本或影响机器刚性或耐用性，易损件寿命等，效果亦有待考验。

熔炉方面亦有所不同：

         因为镁合金溶液与空气接触的易燃性，故需要保护气体覆盖表面，保护气体一般为0.2%SO2或SF6和干燥空气／氮气／二氧化碳熔炉是封闭式设计，过去使用的含硫覆盖盐虽然亦可防止燃烧，但令合金杂质增加，不利质量控制，亦增加环境污染性。

         保护气体混合装置提供准确的混合成分(上述)给镁液表面。气体分布要均匀，炉盖密封性要好，避免漏气，过量的保护气体不仅令用量增加，亦令坩埚加速腐蚀。不足够则令液面氧化。保护气体比例及用量必须定时监察。

         应选用电热炉，因为温度控制较易，坩埚加热比较均匀；没有明火亦提高操作安全性。

        坩埚为特殊低镍防锈钢材。

    专用镁合金熔化保温定量炉，一般为双重设计（熔化及保温室）镁料由保温室之定量泵通过管道直接抽入射料腔。现有的加料方法有螺旋量泵和气压控制定量泵两种，均称可准确控制误差，传统的人手或机械匀料会容易冷却亦不利安全操作。

        低硅含量隔热材料，无出口炉身，防止坩埚破裂时熔料流出，产生危险。

镁锭预热及自动进料器   

         镁熔液绝不可与湿气接触，因此镁锭在放入熔炉前必须预热起码150oC，此举不但驱除湿气，亦有利于熔化室温度变化不致太大，自动镁锭进料可保持液面高度的稳定，减少炉壁过度腐蚀。

模具恒温机

          上段已经提过，在镁合金压铸流动过程中保持其内热量，是质量控制的关键因素，高温热油机为镁合金压铸模具之必需外围设备，它亦控制模具表面温度的重要手段，选用的热油机最高要在300oC以上。此外，必须计算适当的热油管道位置、直径度及热量等。铸造温度场仿真有助于这方面的设计。

清洁工具及及盛器

镁合金炉的清洁工具要用不锈铬钢，在使用前更要充分预热，避免有湿气，机旁要准备好有盖金属容器，以盛载炉渣。扒出之炉渣放入熔器后，要迅速洒上覆盖盐或放入保护气体并盖上，以防止氧化燃烧。

镁合金冷室压铸有下列优点：

─ 比压较大，适合厚件生产   
─ 最大的冷室机超过三、四千吨锁模力，远超过热室机最大的930吨，可生产大型镁合金件   
─ 更换易损件较为容易   
─ 只需更换定量炉，机器可用于压铸铝或其它合金。

热室压铸 一适合薄壁件

外围设备方面与冷室机相同，但无需定量炉。选择压铸机时有以下考虑因素：

           镁合金热室机与一般热室机不同之处在于热炉和射料部份。熔炉方面与冷室机同熔炉要求一样，需要密封，保护气体，电热，特别坩埚，双室炉设计等。

           除选用标准石油气加热射咀及鹅颈外，使用中频电感加热 (无需水冷，减少发生危险) 可准确控制射咀分段温度，减少射咀过热或变形，保证熔料流回鹅颈，减少废气污染，不会像石油气加热令机器其它部份升温，由于镁压铸容易塞咀，机身设计应易于维修射咀部份。

           由于镁合金熔之点比镁合金高，受热情况较一般热室机严重，亦导至机器设计及用料上的差异。

           虽然热室机的射料速度不需要如冷室机高，一般实际射速亦要每秒或两米以上。最好可达3-4米。

           其它考虑包括外露油喉及电线保护，内藏油路及电线，喷雾器保护，机器稳定性及监控性等。

相对于冷室机热室机有以下优点：

─ 可使用较小吨位压铸机    ─ 气泡卷入较小
─ 可用较小比压    ─ 余料比例较小减少回收比率
─ 投资额较小    ─ 没有冲头润滑剂，铸件较清洁。
─ 生产周期较短 ─ 冲击行程较短，有利缩短填充时间
─ 定量较准，目前冷室机定量炉仍在不断改善中 ─ 机器使用率较冷室机高   
─ 外界对料温影响较小，温度较稳定 ─ 综合生产成本较低
─ 炉温较低，减低氧化及坩埚腐蚀  

投资镁合金压铸应留意的事项∶

  l        要有充足的技术人员，包括模具设计，压铸生产及车间管理等技术人员。
l        必须有充裕资金。举例来说，压铸镁合金计算机外壳，需要用350吨以上的压铸机，此机种的每台金额是三百万以上。加上接口设备，全新厂房布局和后加工设备，厂商必须备有充裕资金，才可投资此技术。   
l        后工序应在独立镁合金加工车间进行。原因是镁合金需要高速切削，所以厂房和机房应备有良好通风系统和抽风设备，防止镁粉积聚；并需保持机床、厂房整洁，避免积存金属屑。用冷却液加工会较安全。金属屑的处理需要有系统的安全管理。至于除模锋打磨，则可用振磨、喷砂或人手打磨。事实上，二次加工车间的厂房安全管理的要求比压铸车间更高。   
l        镁合金对模具设计要求极高。除了产品要求高外，高速射料亦令模腔内较易困气，不合理的流道设计会令冷纹恶化。因此，现时很多镁合金模具开发，均利用CAE流道软件。
l        镁合金是活跃金属，容易产生腐蚀，导致表面处理比较困难，尤其是处理外观件时，更要面对不少技术问题。
l        镁合金比塑肢优胜的一个因素，是镁合金可回收再用。目前日本和台湾的大部份厂商均没有使用回炉材料，而余料就可作一级料退回材料供货商，因此，厂商需作储存废料的安排。现时，市场上虽有一级料重熔设备，但熔量最少为每小时500Kg，不适合一般用户使用。余料回收是控制成本的重要手段。目前台湾正加强研究回收技术，或于区内设立集中回收，以减低成本。

镁合金压铸对亚洲厂商来说仍是新技术，因此，厂商需克服不少技术难题，另一方面，亦可从国外引进技术，以尽快达致顺利生产效果。

附图为在德国生产之镁合金压铸实例

下图为930吨之冷室压铸单元。生产一模两穴之汽车方向盘，铸重为2.56公斤合金材料由AM60HP周期时间40秒    下图为315吨之热室压铸单元。生产单穴机壳，铸重357克，材料为AZ91HP，周期时间30秒。
         
                                           下图为另一热室压铸机压制的机壳


https://www.frechfareast.com.hk/jtarticle04.htm
                    

*****************本文转载自香港“金属工业”（HKPC METALS BULLETIN）2000年7/8月第四期（70-74页）****************************************

*****************本文重载于香港“机械与零件”（INDUSTRIAL MACHINERY）压铸技术特辑2001年3/4月第三十八辑（52-54页）************