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        鎂合金半固態(tài)注射成型在筆記本電腦上應(yīng)用

        2022-03-25 11:41:16陶永亮任登安婁夢(mèng)妮
        模具制造 2022年2期
        關(guān)鍵詞:重慶工藝產(chǎn)品

        陶永亮,任登安,趙 勇,婁夢(mèng)妮

        (1.重慶川儀工程塑料有限公司,重慶 400712;2.重慶工信職業(yè)學(xué)院,重慶 400043;3.重慶市輕工業(yè)學(xué)校,重慶 400709;4.重慶勝云模具制造有限公司,重慶 402260)

        1 引言

        重慶筆記本電腦(簡(jiǎn)稱(chēng)筆電)產(chǎn)業(yè)源于2008年,從2014起重慶筆電產(chǎn)量連續(xù)7年位居全球第一,2020年產(chǎn)量創(chuàng)新高,突破7,000萬(wàn)臺(tái)。新冠疫情催生“宅經(jīng)濟(jì)”,全球筆電需求量增大,重慶筆電產(chǎn)量創(chuàng)新高,產(chǎn)值也是首次突破3,000億元[1]。2021年前8個(gè)月,重慶筆電出口5,185.9萬(wàn)臺(tái),占同期全國(guó)筆記本電腦出口重量的36.3%[2]。重慶已落戶了惠普、宏碁、華碩等品牌商,富士康、廣達(dá)、英業(yè)達(dá)、仁寶、緯創(chuàng)、和碩等主流筆電代工廠均在重慶有生產(chǎn)及研發(fā)基地。規(guī)模以上電子信息企業(yè)達(dá)到639家,基本上實(shí)現(xiàn)了本地化生產(chǎn)和配套[3]。筆電產(chǎn)業(yè)在重慶成為汽車(chē)之后新的支柱產(chǎn)業(yè),并較好地產(chǎn)生集聚效應(yīng),成為全球重要的筆電生產(chǎn)基地。同時(shí)為鎂合金半固態(tài)注射成型技術(shù)給重慶筆電業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

        2 鎂合金半固態(tài)注射成型基本概況

        2.1 鎂合金介紹

        鎂合金作為最輕的工程金屬材料,鎂合金的密度1.74~1.85g/cm3、比鋁合金輕36%、比鋅合金輕73%、僅為鋼的1/4左右,其比強(qiáng)度和比剛度較高,另具有優(yōu)良的阻尼性、電磁屏蔽性、減振性、切削加工性和拋光與表面處理性能。從鎂合金的性能特點(diǎn)來(lái)看,選材符合目前筆電的輕薄風(fēng)格。缺點(diǎn):耐蝕性差,燃點(diǎn)低,材料強(qiáng)度偏低,另外鎂很活潑,表面易氧化,如要實(shí)現(xiàn)高光效果,非常之難,有一定的技術(shù)要求[4]。傳統(tǒng)的鎂合金成型主要熱室壓鑄,冷室壓鑄,半固態(tài)壓鑄等[5]。目前宏碁有一款筆電采用全新鎂合金材質(zhì)半固態(tài)射出成型工藝,加工零件A/D面為鎂鋰合金,C面為鎂鋁合金。

        2.2 半固態(tài)射出成型原理

        金屬半固態(tài)現(xiàn)象是麻省理工大學(xué)弗萊明斯教授1971年發(fā)現(xiàn)[6]。鎂合金半固態(tài)射出成型工藝研發(fā)僅30年,成熟裝備制造僅20年,長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷,在安全環(huán)保要求下對(duì)鎂合金加工工藝應(yīng)用尤為重要。我國(guó)鎂合金半固態(tài)注射成型工藝起步比較晚,以鎂合金半固態(tài)注射成型為核心的加工生產(chǎn)路線,與傳統(tǒng)壓鑄路線有極大的區(qū)別?!叭缢芰献⑺馨愫?jiǎn)易快捷,如塑料注塑般安全環(huán)?!保夹g(shù)呈現(xiàn)“安、精、節(jié)、高、密、簡(jiǎn)、智”的特點(diǎn)[7]。鎂合金半固態(tài)射出成型設(shè)備原來(lái)是國(guó)外制造多,現(xiàn)在也有國(guó)內(nèi)廠家研制成功并推向市場(chǎng)。加工設(shè)備如圖1所示。

        圖1 半固態(tài)射出成型設(shè)備(JSW)示意圖

        其成型原理:鎂合金半固態(tài)注射成型設(shè)備與注塑成型機(jī)工作原理相近[8]。首先將鎂合金錠加工切制成細(xì)顆粒狀,鎂合金顆粒原料依靠負(fù)壓、重力作用下輸送到料筒中,在料筒熱熔并旋轉(zhuǎn)的螺桿使合金顆粒向模具方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其通過(guò)料筒的加熱部位時(shí),合金顆粒呈現(xiàn)適合注射的熔融態(tài)或半固態(tài),通過(guò)精確的溫度控制和螺桿的剪切作用形成的一種含有固相成份(半固體的枝晶組織的合金轉(zhuǎn)變成顆粒狀初生相組織),將鎂合金加熱至582±2℃,以高速0~5m/s將半固態(tài)漿料注入封閉的模具型腔中成型[9~10],加工原理如圖2所示。目前廣泛應(yīng)用于筆電外觀件生產(chǎn),并具有較好地散熱性。

        圖2 半固態(tài)鎂合金射出成型示意圖(宜鎂泰)

        鎂合金件的成型工藝比較簡(jiǎn)單,其為原料鎂合金錠→鎂合金顆粒→半固態(tài)注射成型→少量機(jī)加工→表面處理→著色噴涂→成品。而半固態(tài)注射成型由塑膠射出成型衍生應(yīng)用在金屬的成型制程,其工藝流程:噴涂脫模劑→合?!涑觥尚汀〕龀尚图?。這半固態(tài)注射成型工藝中融合了注塑特點(diǎn)和壓鑄特點(diǎn),料筒加熱螺桿進(jìn)料和噴嘴等屬于注塑特點(diǎn),高速注射系統(tǒng)(氮?dú)馄垦b置起到聚蓄能量作用)和模具結(jié)構(gòu)等屬于熱室壓鑄模具特點(diǎn)[11]。半固態(tài)注射成型工藝更加類(lèi)似于注塑成型工藝,被公認(rèn)是21世紀(jì)最發(fā)展前途的制造工藝之一。

        現(xiàn)在筆電零件等采用半固態(tài)射出成型產(chǎn)品具有組織均勻,無(wú)縮孔縮松缺陷等優(yōu)勢(shì),其綜合力學(xué)性能與鍛件相近,高于傳統(tǒng)壓鑄件,通過(guò)半固態(tài)成型技術(shù)增加強(qiáng)鎂合金等輕合金的力學(xué)性能。

        2.3 鎂合金半固態(tài)注射成型優(yōu)點(diǎn)

        鎂合金半固態(tài)注射成型優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的壓鑄成型相比較,具有以下優(yōu)點(diǎn)。①安全:與壓鑄相比,沒(méi)有高溫熔煉金屬設(shè)置和金屬液轉(zhuǎn)移,杜絕工傷等事故;②環(huán)境:不用熔煉爐,無(wú)煙氣火焰、無(wú)熔煉殘?jiān)鼊趧?dòng)環(huán)境好;③精密:產(chǎn)品精度達(dá)0.01mm,后加工量很小,空腔零件最薄0.3mm,一件產(chǎn)品上最厚最薄可相差100倍;④節(jié)約:不要完全液化,不需熔化鎂合金和不要保溫,能耗降低60%,模具熱沖擊減小,模具壽命延長(zhǎng)2~4倍,余料可以回用,工作場(chǎng)地比壓鑄節(jié)約30%;⑤高產(chǎn):?jiǎn)螜C(jī)產(chǎn)能高效,可以連續(xù)生產(chǎn);⑥密度:金相組織致密,產(chǎn)品缺陷少,力學(xué)指標(biāo)比壓鑄提升20%;⑦穩(wěn)定:耗材壽命長(zhǎng),機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定檢修周期可達(dá)20萬(wàn)次;⑧簡(jiǎn)單:復(fù)雜金屬件中最為簡(jiǎn)捷成型工藝;⑨智能:自動(dòng)化程度高,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作,遠(yuǎn)程維護(hù)等[12]。

        3 筆電零件應(yīng)用案例

        3.1 筆電零件注射成型情況

        鎂合金半固態(tài)注射成型主要有料筒和模具溫度的控制,料筒溫度在530℃~610℃。模具溫度在270℃~320℃,需要油溫機(jī),模具上要有油路循環(huán)系統(tǒng)。筆電產(chǎn)品屬于薄壁件產(chǎn)品,熔融溶體進(jìn)入模腔時(shí),溶體冷卻速度快,為了滿足產(chǎn)品的要求,注射速度也是控制的重點(diǎn),設(shè)備具備0~5m/s注射速度調(diào)整與控制范圍[13]。筆電零件中用鎂合金半固態(tài)射出成型有A/D面(A/D殼)為鎂鋰合金,C面(鍵盤(pán)面板)為鎂鋁合金。其模具結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)熱室壓鑄模有著相似之處。模具上也是有偏心進(jìn)料,有分流錐,有排氣槽和集渣包等,也需要考慮熱平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[14],只是在注射力上沒(méi)有傳統(tǒng)熱室壓鑄的大。如圖3所示。

        圖3a為筆電的D底盒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,注射成型工藝上不會(huì)遇到較多的困難,模具上排氣和集渣包設(shè)置不是很多,進(jìn)料系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。圖3b為筆電的C鍵盤(pán)面板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜,有許多網(wǎng)格化的細(xì)小筋格,給注射成型工藝帶來(lái)較多的困難,每個(gè)細(xì)小筋格不能有熔接痕(也稱(chēng)接縫線,是強(qiáng)度薄弱的地方)是這個(gè)產(chǎn)品成型的難點(diǎn),能做到?jīng)]有熔接痕,就要在模具上做到進(jìn)料均勻,排氣通暢,輔助于工藝上調(diào)整,能夠達(dá)到要求。因此,C鍵盤(pán)面板模具的進(jìn)料系統(tǒng)、排氣和集渣包等設(shè)置比D底盒模具要多,并且復(fù)雜多了,注射工藝的調(diào)整也有一定的難度。目前筆電零件中用鎂合金半固態(tài)射出成型有A/D面(A/D殼),C面(鍵盤(pán)面板),具體成品如圖4所示。

        圖3 鎂合金射出成型筆電零件示意圖

        圖4 鎂合金半固態(tài)注射成型筆電產(chǎn)品示意圖(艾邦會(huì)展)

        3.2 筆電零件注射成型后加工

        鎂合金半固態(tài)注射成型筆電產(chǎn)品,從注射脫模出來(lái)需要一定的后加工,先去毛刺飛邊檢驗(yàn)等,進(jìn)入機(jī)加工,把模具上不能完成的工序通過(guò)機(jī)加工(包括CNC)來(lái)完成,達(dá)到裝配要求。隨后是作表面處理,起著提高材料表面質(zhì)量、抗腐性、耐磨性,賦予材料表面的特殊性能。其有陽(yáng)極氧化[15],噴漆,納米涂層[16],表面做拉絲效果等工藝[17],這些工藝的選用都是根據(jù)客戶的喜好而選擇,通過(guò)表面處理后產(chǎn)品進(jìn)行筆電組裝,進(jìn)入市場(chǎng)。如圖5所示。

        圖5 鎂合金半固態(tài)射出成型A面拉絲(網(wǎng)絡(luò)照片)

        4 結(jié)束語(yǔ)

        鎂合金半固態(tài)注射成型是一項(xiàng)新型加工工藝,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展前途的制造工藝之一。目前鎂合金半固態(tài)注射成型不僅在筆電上獲得應(yīng)用,而且在航空、軍工、高鐵、5G、無(wú)人機(jī)、汽車(chē)、醫(yī)療、戶外康體等領(lǐng)域輕量化零件生產(chǎn)的最佳裝備,優(yōu)勢(shì)凸出具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用到鎂合金半固態(tài)注射成型工藝,主要加工設(shè)備有進(jìn)口和國(guó)產(chǎn),尤其是國(guó)產(chǎn)設(shè)備研發(fā)具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),大幅度降低設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用、使用成本和產(chǎn)品制造成本,工藝技術(shù)日趨完善。目前,重慶已是筆電生產(chǎn)基地,應(yīng)用鎂合金半固態(tài)注射成型加工有了新的開(kāi)端(少數(shù)廠家應(yīng)用),有些部分鎂合金產(chǎn)品通過(guò)外地輸入重慶,這對(duì)重慶來(lái)說(shuō)也是一次機(jī)遇和挑戰(zhàn),無(wú)論是模具開(kāi)發(fā),還是產(chǎn)品的加工等,我們也期盼早日遍地開(kāi)花。

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