镁合金外壳成型教材.ppt

1、,鎂合金外壳成型訓練,課程大綱：,一、前言 二、THX和DC的差異比較 三、JSW第二代THX成型機的改善項目 四、THX各項成型條件設定與成品優劣的關 連性A.模具設計要考量的因素 五、成型改善實例彙整資料庫(待建立中),一、前言：,為了能全盤了解成型技術和後段加工良率的關係,我們們可以先來比較射出成型THX (Thixomolding) 和壓鑄成型Die casting (又區分為冷室壓鑄CC: Cold chamber及熱室壓鑄HC: Hot chamber)的差異, 比較完他们在機台構造上及技術要求上的差異後,再來看第二代THX成型機改善的項目與效果,最後再來比較THX在不同工件不同機

2、台及不同異常發生的原因探討後,自然會對THX整體成型的核心技術重點”固相率”有更加的深入了解,那任何成型異常發生時即能迅速解決提昇整體製程良率而使我們成為全世界最有競爭力的公司.,二、THX和DC的差異比較,三. JSW第二代THX成型機的改善項目,JSW於2003年開發出第二代THX成形機並提高了成形安定性、尺寸精度及良品率，可更容易地生產薄壁筆記型電腦外殼等，設備的特點是： 1.射出裝置射出速度增至5.4-6m/sec，藉由提高射出反應性及制動性能，達到高速反應，比第一代成形機速度提高30。 2.螺桿、套筒採用JSW自我開發的耐高熱、高傳導性合金，提高鎂合金的熔解能力，節省熔解能源。更新螺

3、桿的構造的設計，實現滿載計量。,三. JSW第二代THX成型機的改善項目,3.鎖模機構與舊機型相比，鎖模機構的剛性增加40，有效地抑制毛邊。 4.鎖模速度提高了模具的關閉速度1.8倍，縮短成形周期。 5.電力消耗與舊機型相比，節省約10的電力。 6.感應加熱採用低頻（60Hz）感應加熱具有優勢，有30%能量可以進入鎂粒和螺旋給料裝置 7.供料器加熱鎂粒在供料器裏加熱到280，可以使生產周期減少10%，同時加熱源線路更經濟實惠。,三. JSW第二代THX成型機的改善項目,8.熱澆口/熱澆道（Hot sprues/Hot runners）熱流道系統普遍地用於塑料射出成形法，JSW將此技術用於鎂合金

4、觸變成形法，研發了一種極度耐熱新材料，另外在熱噴嘴周邊需有一個快速反應的感應生熱系統。由於半固態的漿料在模具內離開機器噴嘴，所以熱流道的鎂合金成形流動距離較傳統的冷流道為長，這種系統適用於大模穴和多模穴（例如可採一模4穴成形手機機殼），可提高產品品質的穩定性，使用小型機台亦可生產較大鑄件。,三. JSW第二代THX成型機的改善項目,9.噴嘴由於熱流道成形法增加了模具的費用，故日本製鋼所開發了長噴嘴技術，其優點是在不增加模具費用的狀態下，免去主流道，減少廢料。 10.鎂合金配料THX的鎂粒混合技術使不同之鎂合金可在供料器內混合，加強了生產靈活性，可以使庫存需求減少到幾種母合金。,三. JSW第二

5、代THX成型機的改善項目,11.合金設計在過去30年裏，許多組織都在努力尋求合金設計，改進強度、延展性、抗潛變和抗疲勞性能，同時還要保持最普通鎂合金AZ91D的抗腐蝕性能。為達到上述性能，合金設計者們追求降低氣孔率，減少共晶相百分比，努力開發出具有韌性、抗潛變性能的新型鎂合金。所用合金化元素包括鋁、鋅、鈣、鍶、鐿和稀土元素。目前鋁含量傾向於在9%以下，同時採用其他合金化元素，如鍶和鈣。,三. JSW第二代THX成型機的改善項目,12.半固態固相率之控制固相率是由料筒及噴嘴之溫度來控制，對於薄壁複雜零件如晶片散熱器（壁厚0.3mm）和機殼（0.6-0.7mm），量產時固相率控制在5%為佳，鑄件延

6、展性優異。對於中等厚度1-4mm具有良好性能鑄件而言，最佳固相率15%。厚度在12-25mm時，固相率可高於25，鑄件機械性能仍優異；例如成形厚度15mm之軍用零件，固相率可達42.5%。Husky公司最近示範成形4190mm鑄件，固相率可達70%。 13.利用粉體脫模劑，改善操作環境，提高模具壽命,四. THX各項成型條件設定與成品優劣的關連性,A.模具設計要考量的因素 B.成型條件的設定 a.射料管的溫度設定 b.原料計量行程的設定 c.射出速度切換位置的設定 d.持壓設定 C.離型劑的塗布 D.模具溫控的設定 E.成型不良的部份解決方式,四. THX各項成型條件設定與成品優劣的關連性,A

7、.模具設計要考量的因素,1.成型的流道分析推測：將依各案來個別討論 2.依經驗及成品厚薄幾何形狀來推測成型中之最佳固相率220T機台在590度時固相率為15%,到605度時固相率為0% ,而850T機台595度時固相率是15%,到610度時為0%,同樣的設定溫度會因機台大小成品和模具的溫差而引影響鎂料的真正固相率(千萬不可看到溫度表是幾度就以為鎂料是那個溫度,不同機台的設定特性,需由多次的操作經驗來掌握),A.模具設計要考量的因素,3.依固相率來設定公母模之適當溫度及加熱所需之熱傳面積與加熱管分佈設計,不同的加熱管分配與模具溫差會影響固相率與成品之優劣 4.推測成品射出重量與投影面積：通常依經

8、驗值去推測 5.選定夾模能力：成型投影面積A得出後再依公式F=Ax P (P通常取800 Bar) 得知所需夾模能力,再選擇成型機台,B.成型條件的設定,1.射料管的溫度設定 JSW650料管分成七段加熱,噴嘴有二段共九段分別為H1-H7及NH1-2, H1-2為預熱, H3-4為鎂溶解段, H1-2溫度過高,鎂溶解過快會造成螺桿送料能力不足, H1-2若溫度太低會造成磨擦過大產生噪音影響螺桿送料, H5-7為固相率的溫度設定段影響成型品質甚鋸, 此段溫度過高則材料流動性佳但產品易夾帶氣泡同時料管等材質易劣化,此段溫度若過低流動性變差射壓上升磨損螺桿, NH1-2為噴嘴區域的溫度設定,其需和H

9、5-7搭配來得到恰當的固相率. 成型後要將噴嘴前端的冷塞退出,如果冷塞退出壓力不穩定則會造成射出速度不穩而影響工件品質,故此段如果溫度過高會使冷塞含有溶融鎂而漏出,在下一次射出時會造成噴嘴和母模接合不密使融溶鎂噴出傷害機台造成危險,如溫度太低時會使冷塞排出壓力過大會造成計量不穩影響品質. 基本上各段溫度的設定與絕緣材料的選用,成型周期,離型劑塗步量,噴嘴接觸時間與模溫設定等都息息相關,進一步的了解可參考現場射出機監視器上的射壓與射速曲線圖來看冷塞排出壓力與溫度設定的關係.,2.原料計量行程的設定 原料計量是成型非常重要的一環,短料或過量都會造成成型異常,1)料管射出行程的計算 推測大約射出料量

10、W(g),則行程L(mm)=Wx10/A/d/e A: 料管截面積,650T機台為66.4cm2, d:為密度1.8g/cm3, e:為射出率一般採用80% 如射出為300g 則 L=300 x10/66.4/1.8/0.8=31.4mm, 在未得知正確射出量時可先將行程設小一點 2)螺管拉回速度的設定(螺桿在拉回的同時螺桿亦在同步旋轉進料)。 一般拉回速度約在3-10mm/sec,一但設定後儘量不再調整它,若拉回速度相對太高時即計量時間變短,此時要調高螺桿轉速與原料下料量,如拉回速度較慢時即計量時間變長,此時就要調降螺桿轉速與原料下料量.,2.原料計量行程的設定,3)螺桿迴轉速與原料下料量的

11、搭配 螺桿轉速須和拉回速度匹配而下料速度又必須和螺桿轉速匹配以達到穩定的供料,如下料不足會造成螺桿前方產生空間而發生射出填充不足短料的情況,在射出監控畫面上會看到冷塞排出壓力之前的射壓無法建立.如下料太多有可能料積在料管內造成螺管轉動不順,2.原料計量行程的設定,4)適當的料管射出行程設定 射出監視器上的波形圖冷塞壓力可知供料是否正確及射壓建立的位置,射壓如因短料無法建時必須加大計量行程,如持續無法建立射壓則須檢查機台是否有異狀,如射壓建立位置過早則供料可能過多必須降低計量行程.射壓建立位置到冷塞壓力位置是鎂料射入模具的成型量,其餘盛料回流到料管內,如回流過多則計量不穩定成型不良,此需將射壓位

12、置設定在全行程10-20% 之間,如全行程為50mm則射壓建立位置為5-10mm,2.原料計量行程的設定,5)料管前端的原料殘留量(即供射出之使用量) 溶融鎂有很好的流動性,因此很難防止螺桿前端之殘留量逆流來保持足夠的殘留量,當持壓高時即有足夠的殘留量,但不代表可以防止其逆流.如料管填料過多則會造成供料不穩影響成型品質.持壓如無法建立則必須檢查活塞環是否需更換.,3.射出速度切換位置的設定,溶融鎂在注入模具後在非常短的時間就固化,因此須用很高的射速在固化前將鎂料完全注入模內,然高速設定和實際的油壓系統有反應延遲,因而利用多段速度設定與適當的速度切換位置來消除反應延遲 1)射出速度設定 一般依工

13、件形狀可選定一至三段的速度切換,射速是將熔融鎂在未固化前即全部射入模內,如射速太慢則填充中發生固化造成短料,如射速太高則會過度填充產生毛邊,如改成二段速度在末段改成低速來防止毛邊,而速度切換位置需考量油壓的反應延遲 2)切換位置 實際之切換位置會比設定之位置稍為晚一些,4.持壓設定 (背壓),在塑膠射出中成品90%是由射出10%是由持壓料供應,但鎂合金卻不同,因鎂合金射入模內後在非常短的時間就固化閘道迅速密封,因此非常難將持壓料射入模內,一般成型約98%由射出2%是由持壓料射入,THX製程中持壓影響到閘道附近之成型,但對成型填充影響不大,如持壓時間拉長,因閘道已迅速密封,因此持壓是作用在澆口及

14、澆道上,不是在閘口前端的成品上,反之若有高壓作用在澆口澆道上而持壓無法作用在模內成品上時,會造成成品收縮龜烈裂等不良. 持壓是建立在射壓建立點和螺桿的最前端,螺桿動能到達前端時射出行程結束,則部份持壓是累積在射出活塞上 非模具上.一般毛邊都是射壓過高所造成非持壓,可適當調整射速及速度切換位置來改善之.,C.離型劑的塗布,在THX製程中離型劑可防止沾鎂料,改善脫模成品品質,增加成型中之流動性,一般都在螺孔補強處等不易脫模處噴少量離型劑,但如噴過多的離型劑會使噴頭冷卻過頭造成冷塞壓力上升,甚至燒燬噴嘴加熱器 1.離型劑太多會造成 1)離型劑堆積在銜接線上造成成型毛邊 2)離型劑未乾造成水與鎂反應使

15、成品變黑 3)使模具溫度降低造成成型流動性差 4)產生氣体造成工件表面不良 2.離型劑太少會造成 1)公母模銜接線分離時殘料於模內使產品變形 2)模具沾鎂變白使成型品表面粗糙不良 3)離型劑過濃使成品變白表面龜裂,D.模具溫控的設定,模具借由熱媒油管來進行加熱與冷卻,模溫過高流動性高但固相率降低,反之固相率增高.一般模溫在200-280度之間,適當的固相影響成品甚鋸,必須依生產經驗來調整適當的模溫,E.成型不良的部份解決方式,1.毛邊 毛邊大部份發生在公母模之銜接處,如此處有損傷則會持續發生毛邊,而發生原因有可能為模具機構,滑塊公差過大,模溫不足等,注意要點為 1)千萬不要設定過高的射壓,如有

16、毛邊可將射速切換位置前移以降低射壓 2)不讓射出行程過長,可觀查射出曲線上的射壓建立位置來調整適當行程 3)料管溫度不可過高 4)檢查夾模機構與模具保溫以防夾模力不足產生毛邊 5)定期維護模具以防離型劑累積於銜接面產生毛邊,E.成型不良的部份解決方式,2.短料發生的處理 1)計量行程不足造成短料可依冷塞排壓點與射壓建立點來調整適當的行程 2)射壓不足可調整射速切換位置來得到適當的射壓 3)模溫太低要檢查是否為噴太多離型劑及壓縮空氣 4)料管溫度不可太低 5)檢查螺桿逆止環及活塞環之正常性 6)模內澆道及閘道是否過小 7)工件太薄阻力太大亦會短料,E.成型不良的部份解決方式,3.皺紋與冷界(連接

17、痕) 不規則的長條紋發生在工件上稱為皺紋,冷界是一種線性連接痕,其發生原因為上層鎂料氧化而氧化膜與下層鎂料間產生連接痕,各種發生原因如下 1)射速不足； 2)模溫太低； 3)料管溫度太低 4)離型劑未乾燥會使水氣與鎂反應使工件變黑產生皺紋 5)模內通路太小阻力過高,E.成型不良的部份解決方式,4.收縮 有許多厚肉工件因局部不當加熱而使射出容積改變因而產生固化收縮與凹陷 1)料管溫度過低與射速太低所造成 2)工件在模內的各點溫度不平均 3)工件有厚薄銜接處,因薄件先固化再拉出肉厚處會使薄面處凹陷,我們可加大拔模角 以改善凹陷,E.成型不良的部份解決方式,5.龜裂 龜裂原因有收縮龜裂,射料不足,衔接線不良或離型劑濃度不當等因素 1)冷卻不良工件內應力未消除造成收縮龜裂 2)計量行程不足射壓不足 3)銜接線不良是由於離型劑噴霧方向和工件形狀不匹配,可拋光模面修正噴霧方向 4)離