摘要：鎂合金半固態(tài)注射成型技術(shù)是一項(xiàng)新型加工技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、5G、3C和軍工等行業(yè)，有著較好地應(yīng)用前景。本文對(duì)鎂合金半固態(tài)注射成型原理與設(shè)備、與壓鑄比較后半固態(tài)注射成型優(yōu)點(diǎn)和鎂合金成型原料（坯料）制作的介紹，還列舉了筆電零件（A面外殼、 D面底盒、C面鍵盤(pán)面板），汽車(chē)零件（電子控制器外殼、導(dǎo)航系統(tǒng)監(jiān)視框架、液晶顯示器外殼）和其他零件（自行車(chē)前叉、無(wú)人機(jī)電池外殼 ）鎂合金零件應(yīng)用案例情況，并作了詳細(xì)地描述，同時(shí)也根據(jù)產(chǎn)品情況講述了模具要求和鎂合金零件脫模后加工方式。通過(guò)這些案例分享，使人們認(rèn)識(shí)鎂合金半固態(tài)注射成型技術(shù)在輕量化建設(shè)中作用。

鎂合金作為最輕的工程金屬材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，鎂合金的密度為 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，因而其強(qiáng)度比和剛度比較高，另外具有優(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。鎂合金在汽車(chē)、電子、3C產(chǎn)品、航天和國(guó)防軍事等工業(yè)領(lǐng)域具有及其重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，隨著很多金屬礦產(chǎn)資源的日益枯竭，鎂以其資源豐富而日益受到重視，特別是輕量化技術(shù)和環(huán)保要求刺激鎂工業(yè)的發(fā)展，鎂合金的應(yīng)用成了世界性的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的鎂合金成型主要有熱室壓鑄，冷室壓鑄，半固態(tài)壓鑄等。目前，鎂合金加工以半固態(tài)注射成型得到了較好地發(fā)展，本文就鎂合金半固態(tài)注射成型應(yīng)用和案例做些分享，讓人們更多地了解這項(xiàng)工藝技術(shù)。 1 鎂合金半固態(tài)注射成型介紹

1.1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)。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，半固態(tài)成型技術(shù)以其高效、節(jié)能、近凈形生產(chǎn)以及成型件高性能等優(yōu)點(diǎn)得到了人們廣泛關(guān)注。在中國(guó)市場(chǎng)，只有日本制鋼所JSW一家公司提供半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)，沒(méi)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備的一席之地。這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，在安全環(huán)保要求下是對(duì)傳統(tǒng)鎂合金加工工藝全面替代。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。“如塑料注塑般簡(jiǎn)易快捷，如塑料注塑般安全環(huán)?！薄３尚驮O(shè)備現(xiàn)在打破了壟斷，國(guó)內(nèi)廠家研制設(shè)備成功并推向市場(chǎng)。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。較多的注塑機(jī)生產(chǎn)廠家直接生產(chǎn)半固態(tài)射出機(jī)取得很好效益，如國(guó)外日本制鋼所（JSW）和國(guó)內(nèi)伊之密等公司。加工設(shè)備如圖1所示。

半固態(tài)射出成型原理：半固態(tài)注射成型與注塑成型工作原理相近。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，加工原理如圖2所示。

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?！牍虘B(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→合模→射出→成型→取出成型件。這半固態(tài)注射成型工藝中融合了注塑和壓鑄特點(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)。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。

1.2 鎂合金半固態(tài)注射成型優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的壓鑄成型相比較，鎂合金半固態(tài)注射成型具有如下優(yōu)點(diǎn)。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，杜絕工傷事故。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。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。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%。高產(chǎn)：?jiǎn)螜C(jī)產(chǎn)能高效，可以連續(xù)生產(chǎn)。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%。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。簡(jiǎn)單：復(fù)雜金屬件中最為簡(jiǎn)捷成型工藝。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。

1.3 鎂合金半固態(tài)注射材料

目前，鎂合金材料應(yīng)用較多地是鎂合金AZ91D。AZ91D屬于鑄造鎂合金類(lèi)代表性的材料，主要依靠壓力模具鑄造輔以后加工的方式加工，可以用電泳等表面方式改變外觀。特點(diǎn)是強(qiáng)度比高且耐腐蝕較純鎂大幅提高，主要用于電器產(chǎn)品的殼體、小尺寸薄型或異型支架等。A代表金屬鋁Al，Z代表金屬鋅Zn，9代表鋁的含量為9%，1代表鋅的含量為1%，最后的D為辨識(shí)代碼(國(guó)標(biāo) GB/T5153-2003)。材料性能有密度1.82g/cm3，熔點(diǎn)596°C，導(dǎo)熱系數(shù)72W/Mk，抗拉強(qiáng)度250MPa，延伸率7%，強(qiáng)度比154，楊氏模量44.8GPa。目前半固態(tài)組織坯料制備方法有很多，根據(jù)原材料所處的狀態(tài)不同，可將其歸納為三類(lèi)：液態(tài)法，固態(tài)法和其他方法。半固態(tài)注射成型原材料為3~5mm的鎂合金屑，先有AZ91D鎂合金鑄錠加工成切屑，加工方式有機(jī)械加工或熱壓加工。還有通過(guò)鎂合金半固態(tài)漿料制備方法，有較多種攪拌方式。例如電磁攪拌制備的半固態(tài)合金漿快速凝固，并鑄造成一定長(zhǎng)度的坯料。這些加工方式要產(chǎn)量和規(guī)模來(lái)?yè)駜?yōu)選擇。

2 鎂合金零件應(yīng)用案例

2.1 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℃之間。模具溫度在270℃~ 320℃之間，配置模溫機(jī)，模具上有加溫循環(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。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)熱室壓鑄模有相似之處。模具上是有偏心進(jìn)料，有分流錐，有排氣槽和集渣包等，需要考慮熱平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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3（a）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3（b）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，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。

2.2汽車(chē)零件注射成型情況

目前，鎂合金在汽車(chē)上應(yīng)用零件大致有2類(lèi)：（1）殼體類(lèi)。如空調(diào)機(jī)外殼、變速箱體、發(fā)動(dòng)機(jī)前蓋、儀表板等；（2）支架類(lèi)。車(chē)鏡支架、轉(zhuǎn)向支架、剎車(chē)支架、座椅框架等。汽車(chē)輕量化將是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，汽車(chē)所用燃料的60%消耗在汽車(chē)自重上，汽車(chē)自重每減輕10%，其燃油效率提高5%以上；汽車(chē)自重每降低100kg，每百公里油耗可減少0.7L左右，每節(jié)約1L燃料可以減少CO2排放2.5g，年排放量減少30%以上。所以減輕汽車(chē)重量對(duì)環(huán)境和能源的影響非常大，汽車(chē)輕量化重要性很大。下面來(lái)介紹一些鎂合金半固態(tài)成型技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。

我國(guó)汽車(chē)廠家鎂合金應(yīng)用起步較晚，目前一汽、東風(fēng)和上海等廠家已經(jīng)在應(yīng)用，如桑塔納轎車(chē)的變速箱殼體，殼蓋及離合器外殼等應(yīng)用鎂合金約8.5kg，總之，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，鎂合金在汽車(chē)上應(yīng)用潛力還很大。當(dāng)然，汽車(chē)上還有很多零件可以應(yīng)用鎂合金材料，對(duì)輕量化發(fā)展是未來(lái)可期。

2.3其他零件注射成型情況

鎂合金在其他零件上應(yīng)用主要還是輕量化方面的需要，如圖5所示的零件。圖5a為自行車(chē)前叉原用鋼管焊接重量較重，用鎂合金的重量?jī)H1kg，這個(gè)涉及安全的零件，對(duì)致密度要求很高，而且有氣密性要求。在伊之密UN650MGII半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)加工而成。圖5b為無(wú)人飛機(jī)電池外殼，模具成型腔數(shù)1x1，產(chǎn)品（長(zhǎng)寬高）130x136x65 mm，重量52.2g，成型周期為30s，產(chǎn)品厚度:（0.4~0.6）mm，較好地解決產(chǎn)品重量和屏蔽作用。

2.4 鎂合金零件注射成型后加工

鎂合金半固態(tài)注射成型零件或產(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（一般用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，電泳，微弧氧化（MAO），粉末噴涂，PVD真空鍍，噴砂，納米涂層，表面做拉絲效果等工藝，這些工藝的選用都是根據(jù)零件的要求而選擇。

3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，猶如塑料注塑般簡(jiǎn)易快捷，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)注射成型在筆電、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)突出具有廣闊的應(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，我國(guó)應(yīng)用鎂合金半固態(tài)注射成型加工起步晚，但是我國(guó)追趕的速度快，隨著在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)整個(gè)技術(shù)生態(tài)鏈的發(fā)展，包括材料、設(shè)備、模具、工藝和后加工技術(shù)等全面發(fā)展，趕超西方發(fā)達(dá)國(guó)家水平未來(lái)可期。