觸變注射成型的鑄造壓力高，能促進(jìn)金屬模具和鎂合金料間的熱傳遞，導(dǎo)致表面附近的晶粒微細(xì)化，對(duì)成型產(chǎn)品賦予了高耐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。這個(gè)鑄造壓力還能提高產(chǎn)品對(duì)金屬模的復(fù)制性，加強(qiáng)筋和凸起部的成型容易。料的溫度與普通壓鑄方法相比低50～100℃，因而能控制產(chǎn)品，由于熱收縮而引起的尺寸變化。并提高模具的使用壽命。此外，觸變注射成型的零件可以熱處理，而且不需要配備熔化爐、不使用SF6防燃?xì)怏w、不產(chǎn)生浮渣和爐渣等，兼顧了安全性和環(huán)保要求(SF6會(huì)破壞大氣臭氧層)。因此，觸變注射成型技術(shù)是今后實(shí)用的成型方法。

2、 觸變注射成型與傳統(tǒng)壓鑄的比較

       觸變注射成型鑄造法無(wú)需熔煉、澆注及氣體保護(hù)，生產(chǎn)過(guò)程更加清潔、安全和節(jié)能。觸變注射成型中，通過(guò)套筒的溫度調(diào)整，射出的鎂合金固相率可從完全熔化狀態(tài)到百分之幾十得到調(diào)整。通過(guò)套筒外部的電加熱器和螺桿的旋轉(zhuǎn)來(lái)熔化鎂合金，以每次注射量為準(zhǔn)。每次定量向套筒內(nèi)投料。熔融的鎂合金的量控制在所需量的最低限度。這對(duì)像鎂合金在熔融狀態(tài)下容易著火和爆炸的活性金屬是很有意義的。

      觸變成型法與壓鑄法在機(jī)械性能、產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境影響等方面進(jìn)行的比較分析如表1所示。

       由表1的比較可以看出，在生產(chǎn)的鎂合金產(chǎn)品上,觸變注射成型比壓鑄優(yōu)越。產(chǎn)品最小公差可達(dá)到±0．002mm具有優(yōu)異的機(jī)械和物理性能。

3 、觸變注射成型的進(jìn)展

       JSW與日本汽車輪轂廠合作開(kāi)發(fā)出鎂合金鋁合金復(fù)合材質(zhì)的汽車輪轂。這種二片式輪轂采用鑄鍛合一法。首先用觸變注射成型機(jī)造鎂合金預(yù)成型輪轂(固相率30％)。切除流道及澆口后。把輪轂再加熱后進(jìn)行溫鍛。以提高機(jī)械性能。再與鋁制輪緣結(jié)合(用鍍鉻螺栓)。整個(gè)過(guò)程只需一次注射成型。一次鍛造。再經(jīng)熱處理后。經(jīng)極少量的機(jī)加工就可完成產(chǎn)品的加工。

       JSW和Husky兩家公司已于2003年開(kāi)發(fā)出第二代觸變注射成型機(jī)。Husky公司最新設(shè)計(jì)的觸變注射成型機(jī)用于汽車零件。設(shè)備的特點(diǎn)是：

(1)注射裝置。注射速度增加到5．4-6m／s。提高了射出反應(yīng)性及制動(dòng)性能。達(dá)到高速反應(yīng)。比第一代成型機(jī)速度提高30％。

(2)螺桿、套筒采用JSW 自主研制的耐高熱、高傳導(dǎo)性合金。提高鎂合金的熔解能力。節(jié)省熔解能源。更新螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3)鎖模機(jī)構(gòu)。與舊機(jī)型相比，鎖模機(jī)構(gòu)的剛性增加40％。有效地抑制飛邊。減少后加工的時(shí)間。

(4)鎖模速度。提高了模具的關(guān)閉速度。縮短成型周期。

(5)電力消耗。與舊機(jī)型相比。節(jié)省約10％的電力。

(6)感應(yīng)加熱。采用低頻(60HZ )感應(yīng)加熱具有優(yōu)勢(shì)，有30％能量可以進(jìn)入鎂粒和螺旋給料裝置。在美國(guó)Thixomat公司的220tJSW觸變注射成型機(jī)的試驗(yàn)證明。鎂粒通過(guò)量可以增加1倍。生產(chǎn)周期可以減少一半。對(duì)于325g鎂合金鑄件。生產(chǎn)周期為18s。

(7)供料器加熱。作為加速鑄造的一種手段。鎂粒在供料器里加熱到280℃,可以把生產(chǎn)周期減少10％。同時(shí)加熱線路也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

(8)熱澆口、熱澆道(hot sprees、hot runners)。熱流道系統(tǒng)普遍地用于塑料注射成型法，JSW將此技術(shù)用于鎂合金觸變成型法，研發(fā)了一種耐熱新材料。另外在熱噴嘴周邊需有—個(gè)快速反應(yīng)的感應(yīng)生熱系統(tǒng)。由于半固態(tài)的料在模具內(nèi)離開(kāi)機(jī)器噴嘴，熱流道的鎂合金成型流動(dòng)距離較傳統(tǒng)的冷流道長(zhǎng)，這種系統(tǒng)適用于大型腔和多型腔(例如可采用四腔成型手機(jī)機(jī)殼)，可提高產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，使用小型機(jī)臺(tái)也可生產(chǎn)較大鑄件。噴嘴快速加熱可以熔化噴嘴中的夾雜(cold—plug)。可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳的噴嘴位置。利用這個(gè)熱流道系統(tǒng)，可以不用主流道及分流道，廢料可減少約58％，成本也同時(shí)降低，產(chǎn)量明顯增加，和普通澆口相比。生產(chǎn)周期可縮短42％。

(9)長(zhǎng)噴嘴。由于熱流道成型法增加了模具的費(fèi)用，故日本制鋼所開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)噴嘴技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是在不增加模具費(fèi)用的情況，免去主流道。減少?gòu)U料，適用各種模具。

(10)鎂合金的配料。 采用觸變配料(thix-lending)的鎂粒混合技術(shù)，不同的鎂合金可在供料器內(nèi)混合，加強(qiáng)了生產(chǎn)靈活性，可以使庫(kù)存需求減少。

(11)合金設(shè)計(jì)。在過(guò)去30年里，都在努力進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，改進(jìn)強(qiáng)度、延展性、抗疲勞性能，同時(shí)還要保持最普通鎂合金AZ91D的抗腐蝕性能。為達(dá)到上述性能，合金設(shè)計(jì)者迫切降低氣孔率，減少共晶相百分比，努力開(kāi)發(fā)出具有韌性的新型鎂合金。所用合金化元素包括鋁、鋅、鈣、鍶、釔和稀土元素。目前鋁含量?jī)A向于在9％以下。同時(shí)采用其他合金化元素，如鈣、鍶。

(12)半固態(tài)固相率的控制。固相率是由料筒及噴嘴的溫度來(lái)控制，對(duì)于薄壁復(fù)雜零件如晶片散熱器(壁厚在0．3mm)和機(jī)殼(0．6～0．7mm)。

(13)利用粉體脫模劑，改善操作環(huán)境，提高模具壽命。

4、 工藝及模具設(shè)計(jì)

       正確的零件設(shè)計(jì)是在確保近凈成型的加工效果和要達(dá)到的目標(biāo)尺寸的基礎(chǔ)上，使觸變注射成型工藝達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)最大化。表2所示是觸變注射成型產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般規(guī)律。

       將塑件設(shè)計(jì)的靈活性被應(yīng)用到金屬零件生產(chǎn)中，可以生產(chǎn)形狀特別復(fù)雜的零件，能夠?qū)⒍鄠€(gè)零件、多個(gè)特征和功能在單個(gè)零件中制造出來(lái)。

       在設(shè)計(jì)零件形狀時(shí)必須考慮到模具型腔能夠被注射料完全充滿以形成零件的全部形狀，注射料固化必須無(wú)損于零件成型坯，成型坯必須從模具中頂出且不產(chǎn)生變形，并可進(jìn)行進(jìn)一步加工。

       成型機(jī)的選擇。成型機(jī)的大小選擇是從產(chǎn)品的投影面積來(lái)計(jì)算出鎖模力而定，如圖3所示。設(shè)總投影面積(包括主流道、分流道、溢流槽)為A(cm²)，射出時(shí)模具內(nèi)壓為P(kN／cm²)，所需鎖模力的計(jì)算如下：

機(jī)器的鎖模力≥A×P×安全系數(shù)

       通常，觸變成型時(shí)金屬模具的模腔內(nèi)壓力以800來(lái)計(jì)算。與塑料產(chǎn)品相比鎂合金的模腔內(nèi)的壓力要大(塑料產(chǎn)品的模腔內(nèi)壓力為250～500 kN／cm²)，所以，需要大的鎖模力成型機(jī)。關(guān)于安全系數(shù)，成型品的壁越薄，注射壓力的設(shè)定越高，注射速度的設(shè)定也越快，其安全系數(shù)的設(shè)定也有必要提高。通常，安全系數(shù)設(shè)定在1．2～1．3。另外。如果不知道主流道、分流道、溢流槽的精確投影面積，以產(chǎn)品的投影面積1．3倍作為總投影面積，模具設(shè)計(jì)完畢后，有必要再確認(rèn)。

       觸變成型使用的模具基本結(jié)構(gòu)與塑料注射模幾乎相同。澆口、溢流槽等的設(shè)計(jì)近似于壓鑄模。觸變成型的工藝和模具設(shè)計(jì)過(guò)程如圖4所示。最初要解決的是模腔裝入模具，然后選擇從模腔的何處壓入熔融鎂合金(模腔內(nèi)的空氣逸出。熔融鎂合金飽滿地充填入模腔)。在成型前掌握充填流動(dòng)情況的方法，稱為流動(dòng)分析。通過(guò)流動(dòng)分析，可預(yù)測(cè)澆口和溢流槽的位置，有效地利用流動(dòng)分析的結(jié)果。在制作模具時(shí)，可降低風(fēng)險(xiǎn)，短時(shí)間內(nèi)使模具進(jìn)入批量生產(chǎn)的狀態(tài)。圖5是1副典型的鎂合金注射成型熱流道模具示意圖。

5、 結(jié)束語(yǔ)

       在鎂合金觸變注射成型零件和模具設(shè)計(jì)中。影響因素很多，相互制約。只有綜合考慮產(chǎn)品形狀、尺寸、公差、材料、性能、成本、注射成型機(jī)等方面才能充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

       目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的鎂合金觸變注射成型技術(shù)的實(shí)用研究已有較大的技術(shù)突破，有了較成功的應(yīng)用。大大改善了鎂合金產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，同時(shí)推出許多保護(hù)性專利，以期在這項(xiàng)技術(shù)上取得壟斷性的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。至今我國(guó)鎂合金成型技術(shù)還較落后，因此要想在越來(lái)越激烈的世界高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地，應(yīng)瞄準(zhǔn)鎂合金先進(jìn)成型技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行消化、創(chuàng)新及開(kāi)發(fā)工作，以汽車、通訊等領(lǐng)域的典型產(chǎn)品為龍頭，帶動(dòng)整個(gè)鎂合金制件的發(fā)展。