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1、鎂鋁合金成型技術徐昌煜 Charles Hsu半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid
2、 Metal Injection Molding熱室壓鑄Hot Chamber Die Casting1、開始2、射出3、脫膜冷室壓鑄Cold Chamber Die Casting1、開始2、射出3、脫膜觸變成型(Thixomolding)由塑膠射出成型衍生應用在金屬的製程，主要 是將金屬顆粒由料管加熱及螺桿轉動剪切的熱 /機械(thermal/mechanical)作用轉變為具有觸 變 (thixotropic)性質的半固態黏漿，再以螺桿 推送射入型腔內凝固成型。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding觸變成型 Thixomolding觸變成型
3、(Thixomolding)美國Dow Chemical公司於1991年獲得美國第 5040589號專利。 Dow Chemical於1990年和另五 家公司在美國密西根州聯合投資成立了Dow Chemical Thixomat Inc.；這家跨公司的業務包括 了技術合作授權、原型產品試製、 製程改善等。 Thixomat授權生產觸變成形機的公司包括日本製鋼 所(JSW)和加拿大的Husky。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding流變成型(Rheomolding)結合塑膠射出成型及流變鑄造(rheocasting)的 製程。熔融金屬由料管冷卻，其
4、凝固組織又被 螺桿轉動產生的機械剪切所攪動，變為具有適 當微結構的半固態金屬，在層流條件下以螺桿 推送射入型腔內凝固成形。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding流變成型 (Rheomolding)流變成型(Rheomolding)美國康乃爾大學射出成型計劃(Cornell Injection Molding Program)研發的新機器與新 製程，於1996年獲得美國第5501266號專利。 四位發明人K. K. Wang、Hsuan Peng、Nan Wang和Shau-Poh Wang皆為華人。半固態金屬射出成型 Semisolid Meta
5、l Injection Molding半固態金屬射出成型是結合金屬壓鑄與射出 成型的新技術，是能大幅改善金屬壓鑄製品 品質的革命性製程。這項技術不僅維持了傳 統壓鑄生產速度快、尺寸精度高等優點，也 降低了元件中的氣孔及縮孔含量，因此，可 大幅提高產品的機械性能，達到淨形(net- shape)鑄造及可熱處理鑄件的要求。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型技術已被用於製造汽車 零件、電子資訊產品零件及外殼，以及各種 需要強度高、氣密性佳之精密零組件。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Mold
6、ing優點與傳統壓鑄相較，半固態成形製程的優點主 要來自兩方面：適當的流動性及較低的成形 溫度。 半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding優點(1) 由於半固態金屬充模較平穩，模具設計時 較不需溢流槽，製品後續加工較少，加工成本 降低，廢料損失較少。(2) 以層流(laminar flow)充模的成型方式可以 電腦模擬、預測，以進行有效的模具設計及最 佳化工藝條件的選定。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection MoldingSemisolid Metal Injection MoldingDiecasting優點(3
7、) 半固態漿料以層流方式充模，捲氣的可能 性大為減少，氣孔含量減少，產品性質穩定， 並可作熱處理來進一步改良機械性質。(4) 半固態漿料的熱含量較熔融金屬低，加上 以高壓成型， 因此凝固至完全固態產生的縮 孔較熔融金屬為少，機械性質較佳。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding優點(5) 半固態金屬充填時對模具的熱衝擊較低， 因此模具壽命增長；這一方面是由於工作溫度 較低，另一方面是由於半固態金屬黏漿以層流 充模之熱傳係數遠較熔融金屬充模時之紊流 (turbulent flow)之熱傳係數低。實驗結果顯示 ，模具表面溫度峰值、溫度梯度及溫度升高速
8、率均大幅降低70-80%。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding優點(6) 由於材料在進入型腔前即已部分凝固，在 型腔內冷卻所須移除之凝固熱較少，因此成型 週期可縮短。 另外，半固態材料對模具之黏 著性較低，因此需較少之離型潤滑劑，脫模也 較為迅速。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding對傳統金屬成形工藝的衝擊(1) 改善金屬壓鑄工藝及鑄件品質 美國三大汽車廠願意付較傳統壓鑄件單價高一 倍的價錢向美國Alumax買半固態金屬製程製 作的汽車零件，精算出的最終成本(包括品管 、廢品損失、售後服務、召回
9、維修成本及顧客 滿意度等)仍然較低。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding對傳統金屬成型工藝的衝擊(2) 取代昂貴的金屬成型製程 這些昂貴製程包括了鍛造、粉末冶金、機械加 工等。 日本Speed Star Wheel推出的半固態 成形的汽車鋁輪圈不僅機械性質優良、品質穩 定、而且是近淨形(near net-shape)成型，也 就是成型件僅需在輪軸裝配面略作加工，即可 包裝出貨， 減少廢料，降低人工成本。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding對塑料成形工藝的衝擊薄殼化及環保需求 產品輕量化的要求下，
10、工程塑料成為市場的寵 兒，但其強度終究無法和金屬比，在產品不斷 薄殼化的壓力下、加上環保、散熱、電磁遮蔽 等的考慮，輕金屬的半固態射出成型最近獲得 普遍的重視。鎂合金的筆記型電腦外殼、數位 式相機機身、行動電話外殼都相繼問世。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding鎂合金替代塑膠的現況及趨勢(1) 運輸工具業 在汽車上大量使用的零組件包括傳動組件外蓋 、方向盤及轉向架組件、汽缸頭蓋、離合器及 煞車踏板架、儀表面板、椅座支架組合等。以 儀表面板為例一般使用工程塑膠，但是德國 Audi汽車自1989年起即全面採用鎂合金。半固態金屬射出成型 Semiso
11、lid Metal Injection Molding鎂合金替代塑膠的現況及趨勢(2) 資訊產品業 在3C產業中的筆記型電腦、行動電話、數位 相機等外殼都可以找到應用例。越來越多的筆 記型電腦製造商在輕薄、耐撞擊及散熱佳等訴 求下，將鎂合金的底板、鍵盤蓋板及LCD上下 蓋板列為標準配備。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding鎂合金替代塑膠的現況及趨勢(3) 家電業 日本於1998年6月公佈實施家電回收法，自 2001年起規範電視、洗衣機、冰箱、冷氣機等 四項產品的強制回收，其影響既深且廣。 1998 年3月Panasonic率先推出鎂、鋁合金外殼
12、的21 吋電視。 機殼不僅可回收，且較舊型省電25% ，由於散熱性好，不須加散熱孔， 灰塵、水等 異物不得其門而入，內部電子零件不易破壞。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding塑膠大多不具可分解性，加上燃燒後會產生世紀之 毒戴奧辛，近年來在環保人士極力呼籲下，日本計 劃在2015年將產品廢棄物的回收比率提高到95%， 歐盟也將跟進為85%；家電方面，日本的冷氣機廢 棄物的回收比率將由2001年的60%提高到2006年的 80%，洗衣機及冰箱則在50%以上，電視機
13、在55% 以上。流變成型(Rheomolding)對觸變成型 (Thixomolding)的優勢(1) 孔洞含量(Porosity) 觸變成型使用的原料是金屬顆粒，其間的保護 氣體會隨金屬顆粒進入料管，孔洞含量雖比傳 統壓鑄減少50%，卻無法徹底消除。流變成型 使用的原料是熔融金屬，料斗到料管形成密閉 空間，有可能達到零氣孔的目標。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding流變成型(Rheomolding)對觸變成型 (Thixomolding)的優勢(2) 原料便宜 、回收容易 流變成型使用的原料沒有特殊要求，不但價 錢便宜、不受特殊供應商的牽制，還可回收 廢料，又可進行除氣等前處理， 整體經濟 效益較高。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding結論：在市場上我們已經看到從鋁、鎂合金壓鑄或工 程塑膠射出成型漸漸轉移到鎂合金射出成型的 例子。日本的電腦、汽車和消費性電子產品上 半固態金屬射出成型零件也不斷增加。此一趨 勢方興未艾，有關技術必須關注，甚至引進、 建立，龐大商機已然來臨，只怕無力消受。半固態金屬射出成型 Semisolid Metal Injection Molding
