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镁合金注射成型工艺

2017-05-24 点击数:1135

在机械零件的成形方法中,作为一种金属零件接近最后形状的精密加工工艺,已从液态成形(铸造)和固态成形(模锻)的阶段进入先进的粉末成形向半固态成形方向进展,其发展方兴末艾。随着现代产品不断更新,市场需要大量生产复杂形状的薄壁、减震降噪、高电磁干扰屏障及易切削加工等低密度的金属零件,以满足当今汽车、电子通信、笔记本计算机、平板电脑、数码摄象机、照相机、医用假肢等产业对产品越来越高的要求。此外,金属零件厂商还面临着进一步提高技术,以保证零件的高质量和低成本的任务。

镁是常用金属中最轻的一种材料,是地壳含量最丰富的元素之一,约占地壳组成的2.5%,因此,镁合金成为20世纪末以后工程界们极为关注的金属材料,近年来发展很快。汽车工业、电子通信工业、医疗器械是镁合金零件的最大用户,市场占有率为 80%。

中国具有丰富的镁矿资源,世界排名第二,仅次于美国,这为中国镁合金成形的发展提供了可靠的原料来源,而且目前镁铝价格已经接近相等,进行镁合金零件的生产优势已大于铝合金,在原材料成本上存在极大的优势

注射成型工艺的实质

从生产技术方面来看,压铸工业正经历着从液态压铸到半固态压铸再到固态压铸的演变过程。这一过程反映了压铸工业正在发生一系列深刻的重大变革。世界各国在研究新的半固态金属成形工艺时,将塑料的注射成型原理,应用于半固态金属成形工艺中,形成了触变注射成型新工艺,它集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体,较好地解决了半固态金属浆料的保存、输送、成形控制困难等问题,使得镁合金材料的大量工业应用出现了光明的前景。


图1 镁合金注射成型装置。
1. 镁粒漏斗 2. 定量供料器 3. 螺旋驱动及注射系统 4. 螺旋剪切器 5. 加热器 6. 筒体 7. 单向阀 8. 半固态镁合金累积器 9. 喷嘴 10. 模具

由美国 The Dow Chemical Co. 公司开发用于镁合金的注射成型,采用了塑料注射成型的方法和原理,装置的组成如图1所示,它由镁粒漏斗1、定量供料器2、螺旋驱动及注射系统3、螺旋剪切器4、加热器5、筒体6、单向阀7、半固态镁合金累积器 8、喷嘴9及模具10等组成。

成型工作过程是:被切成 3~6mm左右的镁合金粒状原料,在室温下通过漏斗送入定量供料器,由螺旋驱动被向前推并加热至半固态,系统通过温控装置使注射筒体的温度控制在560℃~590℃,此时,镁粒同时受到剪切与加热,采用惰性气体Ar作为保护性气体,剪切螺旋的平移速度为 380cm/s,一定量的半固态金属糊状(固相率为30%~50%)在螺旋的前端累积,最后在高压注社缸的作用下,半固态金属糊状通过喷嘴被高速注射入模具型腔,经充填成型及冷却凝固得到制件。本方法的特点是从固体粒料到制件在一个装置内完成,省去了外部熔融金属的处理及运送工序。

该注射成型方法的主要优点是:成形温度低(比镁合金压铸温度低约100℃),制件的气孔隙率较低(可低于0.1%),尺寸精度高(制件的质量误差为 0.2%),所以,此工艺方法是目前国内外成功地用于实际生产的唯一的“一部法”成形。

为此,美国、德国、意大利及日本等国家大力发展这种固态金属注射成型机,不仅机器逐步更完整、精细,而且注射压力也大大增大。
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