中国压铸杂志
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锌合金压铸在移动电子设备薄壁外壳的应用潜力

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-11-26

用薄壁锌压铸件代替铝压铸件
 
    锌合金压铸件在壁厚、重量及成本上具有巨大的节约潜力
锌合金熔点低、流动性好是其重要特点。通过热室压铸产生具有优良表面、结构复杂且精确的部件,适应具有高要求的如电子、光学或机电系统的电子设备外壳或精准的机械装置。由于材料良好的可铸造性,已经实现了非常薄的外壁厚度,甚至小于1毫米。当然,这需要在结构上做很多考量,因为当把壁厚再次做到更薄的过程中,可能达不到足够的安全性。
 

 
     图1是结构复杂的智能手机后盖,由铝块铣削加工而成,它下部的壁厚大约为0.65-0.69毫米。
     首恩多夫的奥斯卡富来股份有限公司培训与技术咨询经理马丁·施劳特贝克介绍“曾经有一次为了更准确,我们在放大镜下取下一个现在的智能手机的外壳。”。这个花费高昂费用做成的智能手机后盖,尺寸约为60×120×5毫米,由一整块铝制成。内部结构由整体铝块切削加工而成,其余壁厚仍然只有大约0.65-0.69毫米(图1)。内部构造的右侧要求很高:侧壁带有大量大小不一的突起、螺纹盲孔、支撑面、断口、支架以及侧凹。切削加工的量大约为85%,对准确性的要求非常高。表面质量要求也很高。在生产过程中必须使用大量不同的铣削、钻孔工具,这需要经常更换工具和加工时间。和几净成形工艺(如压铸),这种生产方法产生费用当然高得过分了。因此人们认为,这么高的铣削加工比重大多数只在那些特别贵重,或者相比之下需求量非常小的产品中使用,如:赛车,或者航空航天设备。
 
成本优势
     “和这种昂贵的全铝铣削相比热室锌合金压铸是一个成本上特别经济的模式。”马丁·施劳特贝克补充说。在压铸模中最高的成本因素是压铸模,因为它的生产成本高需要在足够大的批量生产中才考虑使用。大量生产的智能手机或者其他3C产品的外壳可以确保收回成本。因为通用的锌合金的熔点很低(ZL5:大约420-430℃)模具几乎没有损耗,使用寿命常常达到几百万次。锌的这种卓越流动性使其特别适合制造细小结构,且尺寸公差很小。因此锌压铸件需要很少昂贵的后续加工,经常只限于修理毛刺和制作螺纹。另外,锌还有其他加分点:它是防HF的,也就是说,它能很好地屏蔽无线电的干扰,而且它可以用现在通用的喷漆、电镀方式镀层,这样设计者就可以使用大量的修饰手法体现产品的贵族范、高品质。结果和整块铝铣削加工相比锌铸件就成为一个物美价廉的选择。
 
关于重量
      “如果锌想在市场上得到普遍认同,还必须克服一个障碍。”施劳特贝克先生透露。这就是重量。当铝以它仅仅2.7千克/立方分米的密度成为最轻的金属时,在同样的体积情况下锌材质工件的重量是其2.6倍。然而恰恰在“移动的”使用中小重量仪器方面是一个优势。为了平衡重量方面的缺点,工程师就必须给它的工件设计非常薄的壁厚。在智能手机外壳这一具体案例中相适应的外壁厚度大约仅为0.25-0.27毫米。市场上普遍使用的锌合金和铸造工艺至今把大约0.6毫米作为一个边界值。在这个值之下到大约0.4毫米的壁厚大多数被描述为只是高度浪费或者不合规格的“高流动性”合金,它们主要局限在特别场合使用。这真是可以达到的最小值?在哪种条件下实际可以达到的最小壁厚?鉴于巨大的市场需求量,也关乎到现代IT的使用,所以富来人决定彻底地研究这一问题。
 
压铸配置
     “这里我们不是为了学术上的实验,而是为了产业应用,为了解决这个问题:铸造车间有这些设备就足够了,”马丁·施劳特贝克说。希望目标达到0.15毫米的壁厚。为了压铸试验,在富来技术学校使用型号为W80Zn-RC热室压铸机(图2)。使用标准的全套设备,没有特别的附件。试验的合金是商业上通用的ZL5,为了对比也用HF合金。放弃真空支持,而是选用一个带有双重“搓衣板”的被动通排气装置。为了试验0.28毫米、0.2毫米和0.15毫米的壁厚,使用了一个2015年的标准教学模具。利用它采用相应的使用方法可以展示不同的壁厚,另外可以测试不同的浇排系统的作用。

 

 
 
为了确定达到更高模具温度的试验要求,采用了镁合金使用的加热冷却系统,这种媒介温度可达到300℃。为了不同的壁厚用不同的模具工作,用现有的模具由于位置公差已经做到了0.2毫米:在研究一个对应铸件时壁厚的值被测量到0.13毫米到0.22毫米之间。这个壁厚差异通过后续加工调整适应。
 
 
 
 
试验结果
“用这套设备一共可以执行25个试验。”马丁·施劳特贝克很清楚。这里有大量的过程参数变化,像压力、活塞速度、开始点、前填充、减速、模具温度、喷涂技术、离型剂、浇排系统、排气系统。铸件及外表完整且没有缺点,会被全面的研究。这里除了铸造过程的运行外主要的标准是铸件模具的稳定性、和孔隙的比例以及表面质量,不仅是在未加工的状态下,而且也在电镀以后。
在这套设备上用材料ZL5生产壁厚至0.2毫米的大表面锌铸件是足够安全的,不需要特殊设备,然而在其它工作场合,像模具喷涂必须建议用特别的设备。注意力应该放在从业人员的资质上。他们应该具有优秀的工艺知识,足够去精确平衡大量参数使其保持在很小的范围内。HF合金只有在壁厚为0.15时具有优势,但必须接受糟糕的机械特性、表面问题、断裂效果。
 
 
 
发展空间
    “作为一个结论:用锌合金压铸件可能生产出比以往外壁厚度更薄的工件,因其数量巨大而开启一个高利润的新的市场空间。”马丁·施劳特贝克做出总结(图3-6)。几乎所有的移动电子终端都属于这一范围,像智能电话、平板电脑、照相机、连接器,也包括科学的装备和测量仪器。由于广泛的研究,人们在这方面具有了要求的实际知识。
    奥斯卡富来愿意在这方面科学的框架内给他的顾客提供咨询和培训。
 
 
 
 
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