觸變成型技術在壓力鑄造中應用探討

（晉中市應急管理局，山西 晉中 030600）

20世紀70年代初，美國麻省理工學院發明了半固態金屬成形技術，使得金屬及合金非液態模具鑄造得以開始發展。觸變成型技術就是將金屬材料的固相線和液相線溫度區間之間進行加工是和凈成形工藝比較相近。這種工藝是將傳統壓力鑄造與塑料注塑成形的有效結合。到目前為止，已經研發出多種半固態成形技術，但是鎂合金觸變成型技術最具有實用價值。

現在鎂合金觸變成型技術已經開始商業使用。日本制鋼所（JSW）和Hxxky兩家公司是鎂合金觸變成型設備（Thixomolding）的供貨商。鎂合金觸變成型技術現在亞洲主要用運于精密電子產品、汽車零部件等；歐美主要用運于汽車、運動器材、手工具等。

1 觸變成型技術在模具鑄造中工作原理

在常溫條件下，如圖1所示將鎂合金（AZ91D）2mm～5mm的切屑從設備料斗送入料筒中，料筒周圍分段設置加熱設備，料筒中有螺旋輸送料桿，通過旋轉的螺旋桿使得鎂合金顆粒向模具方向移動；回轉料筒的加熱區也隨著向模具方向溫度逐漸提高，當鎂合金粒屑進入料筒加熱區域時呈現出半固狀態。當鎂合金粒屑在料筒螺旋桿旋轉和料筒內壁剪切力的作用下，料筒內的材料由原來鎂合金呈半固態的枝晶組織變成顆粒狀的初生相組織，然后以高速（5.4m/s～6m/s)射入到預熱模具型腔中。觸變成型在完成注射成型的過程中，鑄造壓力比較高（80MPa～100MPa），這樣能夠有效促進預熱模具和鎂合金材料間熱量間傳遞，促進產品表面晶粒的細化，從而提高產品的耐腐蝕性和機械強度等性能。

圖1 觸變鑄造機原理圖

2 觸變成型技術的特點

2.1 前景廣泛

鎂合金之所以用運于電子產品、汽車零部件等領域，其原因是鎂合金材料密度小、質量輕、機械性能好、導熱性好、電磁屏蔽性好等特點。

近年來，我國居民對手機、筆記本電腦以及汽車等電子日用產品需求量快速增長，加之我國是全球最大的原鎂生產國，對鎂合金深加工產品有著極大的推動作用。中國臺灣省是全球筆記本電腦（notebook PC）的最大市場，其中鎂合金外殼約占50%，在這些鎂合金外殼中一半以上都使用了觸變成型鑄造技術。近年來，除臺灣、香港以外大陸也建廠，像昆山、深圳、太原等地許多民營企業也向鎂合金產品領域發展。

2.2 觸變成型技術用運于鑄造中的優勢

（1）節約能源-觸變成型技術在壓力鑄造過程中，鎂合金原材坯料不需要完全熔化，僅需要對鎂合金粒屑進行預熱，而冷室壓鑄法和熱室壓鑄法都需要將原材料先進行熔化在進行保溫，等待壓力鑄造時使用。這樣觸變成型技術在鑄造前期已經節約了較大的能源（熱室壓鑄機與冷室壓鑄機在坯料前期熔化過程中都使用電作為能源介質進行提前對坯料的熔化，而觸變成型技術在壓力鑄造過程中不需要前期熔化坯料，這樣大約節省電力10%）。

（2）節約時間-觸變成型技術在鑄造過程中，由于鎖模力的提升和供料方式的不同，大大的縮短了模具的開合行程時間，這樣整個鑄造周期的縮短有利于單位時間內設備工作效率的提高，生產周期可縮短約30%。

（3）節約成本-熱澆道（hot runners）這種系統常常使用在塑料產品注塑機生產過程中，將熱澆道系統用于觸變成型技術中，可以加長鎂合金流動行程，利用這種系統可以鑄造大件產品和一模多穴產品（大件產品可用運于汽車儀表盤、汽車座椅框架、汽車駕駛室零件；一模多穴產品可用于數碼相機、移動電話等），可以使小型機臺也能生產大件產品。使用熱流道可以在模具設計時不用主流道和分流道，這樣產品的料柄也可以減少，大大的避免了廢料的產生。廢料大約能節約材料20%～50%。

（4）節省模具-觸變成型技術與傳統壓鑄技術（熱室壓鑄機、冷室壓鑄機）相比，觸變成型壓鑄時溶液溫度為590℃～610℃，熱室法壓鑄時溶液溫度為630℃～650℃，冷室法壓鑄時溶液溫度為680℃～700℃，這樣鑄造溫度比傳統鑄造溫度低40℃～90℃，降低對模具的沖蝕，從而保護模具。觸變成型技術在完成產品鑄造，模具不使用液態脂類的脫模劑，改用粉體脫模劑，這樣大大改善脂類脫模劑對模具的損壞，提高模具使用頻次。

（5）可生產超薄鑄件-使用鎂合金鑄造壁厚0.8mm的產品，必須在0.01s的短時間內把模具型腔充滿，如果鑄件投影面積大，澆道行程長這樣產品的良率就比較低。但是觸變成型技術現階段可以澆鑄出0.6mm～0.8mm產品，而且產品表面缺陷、收縮裂紋、翹曲都比較少。為電子產品向輕薄方向發展提供了技術支持。

（6）鎂合金配料靈活-在觸變成型技術壓鑄過程中，所使用的的鎂粒混合技術，不同類型的鎂合金粒屑可以在供料設備中混合，這樣大大的加強了生產過程中的靈活性，可根據生產過程中產品要求的變化進行隨時調整，同時可以減少企業對原料的庫存。

2.3 觸變成型技術壓鑄產品質量提高

（1）觸變成型技術在壓力鑄造時，由于鎂合金注射速度的增大，注射壓力的增強，這樣使鎂合金的半固態熔體在射嘴內澆口處的剪切力的作用大大增強，這樣使鎂合金的固相顆粒和液相混合均勻；注射壓強增大促進液態部分合金的補縮效果，促進固相顆粒間的有效結合，提高了產品的組織致密性，大大增強了產品的機械強度。

（2）觸變成型技術在壓力鑄造時，注射壓力大，注射速度增加至5.4m/s～6m/s，這樣比熱室壓鑄機成型速度提高了30%，在模具鎖模力的提升后，鑄造產品可以有效控制飛邊的產生，有效的減少后工序加工成本（如：沖壓去邊、研磨去段差、拋光等）。同時在產品成型過程中有效的進行排氣，鑄件的致密性有很大的提高。

（3）由于觸變成型技術壓鑄產品致密性的提高，不僅可以提高產品的力學性能，而且鑄件表面顯微組織中晶粒組織更加細化，固液相組織混合更加均勻，大大提高了產品的抗腐蝕性能。這樣對產品的后加工中（機械加工、研磨、化學轉化處理、噴漆等）提供了便利。

2.4 觸變成型技術有利于環境保護和安全生產

在傳統的壓力鑄造生產中，鎂合金坯料需要先熔化成液態，由于鎂合金的著火點很低極易燃燒。

因此在鎂合金處于液態過程中要對鎂合金液體進行保護，傳統的方法使用溶劑覆蓋，以達到阻燃目的，但是傳統的溶劑法會造成鎂合金液的污染，增加有害雜質，最終影響產品質量。

由于SF6是一種防燃氣體而且成本低，大部分廠家使用SF6作為保護氣體，但是SF6氣體會破壞大氣臭氧層，造成溫室效應。

同時SF6氣體是一種窒息劑，當人體吸入80%的SF6氣體和20%氧氣的混合氣體后，經過幾分鐘，人體會出現四肢麻木，甚至窒息死亡，造成安全生產事故。在觸變成型技術鑄造過程中，不需要配備電熔化爐、不使用SF6保護氣體也不會產生熔融浮渣和爐渣等高溫液體，減少對作業人員的窒息和灼燙的傷害，這樣觸變成型技術兼顧了生產的安全性和環境保護要求。

3 結語

用于鎂合金觸變成型技術在精密電子產品的成型方面逐步取代傳統壓力鑄造成型法，尤其在亞洲，歐美則已廣泛應用于汽車、運動器材、手工具、眼鏡等。亞洲廠家已經開始使用觸變成型技術制造一些鎂汽車零組件，如鎖鍵殼、制動踏板、油泵體、轉向盤及座椅靠背等，現在，我國鎂合金壓鑄成型技術剛剛起步，因此想在電子產品、汽車等高新技術競爭中占有一席之地，應該積極探索鎂合金先進的成型技術，不斷學習國外先進的技術和經驗，進行探索研究、創新和開發，以擴大到更大使用領域。