TWI614071B - 鎂合金輪圈的半液態鍛造方法 - Google Patents
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Description
本創作係關於一種鎂合金輪圈的半液態鍛造方法。
鎂合金因具有密度小、導熱性良好、比強度高、比剛度高、阻尼能力優良及便於回收等特性，於近年來被廣泛應於交通運輸、電子產品等領域中，尤其是汽車產業中輪圈的製造。由於汽車輪圈屬於簧下質量，簧下質量每減少1公斤等校於整輛汽車減重約10公斤，以16英吋的鎂合金鍛造輪圈取代16英吋的鋁合金鍛造輪圈為例，每個輪圈可減重約5公斤，故當將一輛汽車的四個16英吋的鋁合金鍛造輪圈全都改用16英吋的鎂合金鍛造輪圈時，等校於整輛汽車減重約200公斤，從而相當有利於節能減碳。同時，鎂合金的阻尼性能高於鋁合金約30倍，相較於鋁合金鍛造輪圈，鎂合金鍛造輪圈更具有良好的彈性回復及減震能力，從而更能有效降低車輪與路面接觸所產生的振動向車內傳遞的狀況，提供更為舒適的乘駕條件。
現有技術的鎂合金鍛造輪圈的製造方法是先以直接水冷半連續鑄造法製作鎂合金鑄棒，再將經須熱均質處理的鎂合金鑄棒切片為鍛造胚料，接著將鍛造胚料送
入高壓鍛造機中製成所述鎂合金鍛造輪圈。
然而，由於鎂合金鑄棒中的非金屬雜質的含量難以降低，使得鎂合金鑄棒的品質難以保證，造成鎂合金鍛造輪圈有容易產生不規則裂痕之問題，影響到使用安全性。此外，現有技術的鎂合金鍛造輪圈的製造方法需要先對鎂合金鑄棒進行熱均質處理，且需要使用大型的鍛造設備，造成製程冗長與大量能源的消耗及成本的投入。再者，以直接水冷半連續鑄造法製作的鎂合金鑄棒容易具有樹枝狀晶體、柱狀晶體或粗大的等軸晶，使得所製得的鎂合金鍛造輪圈存在內部缺陷，進而降低鎂合金鍛造輪圈之力學性能。
鑒於上述現有技術的缺點，本創作的目的在於降低鎂合金鍛造輪圈的成本並確保鎂合金鍛造輪圈的品質。
為達到前述的創作目的，本創作所採取的技術手段為提供一種鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其步驟包含：提供一鎂合金加工系統，其中，該鎂合金加工系統包含一漿料輸出流道、一盛料管、一螺桿及一加熱器，該盛料管之一端與該漿料輸出流道相接，該螺桿可沿該盛料管之軸向往復移動地且可自轉地軸向穿設於該盛料管中，該加熱器與該盛料管相接；令該加熱器對一位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得一位於該螺
桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料，其中，該半液態鎂合金漿料包含球狀鎂合金晶粒及液態鎂合金；令該螺桿沿該盛料管之軸向移動，以將該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料經由該漿料輸出流道填充至一鍛造模具中；以25MPa至35MPa之壓力及560℃至570℃之溫度對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓；及固化所述填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料，從而獲得所述鎂合金輪圈。
較佳的是，所述鎂合金輪圈的半液態鍛造方法還包含預熱該盛料管、該漿料輸出流道及該鍛造模具之步驟。
更佳的是，所述預熱該盛料管、該漿料輸出流道及該鍛造模具之步驟包含：預熱該盛料管到560℃至600℃之預熱溫度、預熱該漿料輸出流道到550℃至580℃之預熱溫度並且預熱該鍛造模具到500℃至550℃之預熱溫度。
較佳的是，所述鎂合金輪圈的半液態鍛造方法還包含噴塗一離型劑於該鍛造模具之內部之步驟。其中，所述離型劑包含石墨(graphite)或氮化硼(boron nitride，BN)。藉由離型劑的使用，有助於所獲得的鎂合金輪圈從該鍛造模具中取出。
較佳的是，所述位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之溫度為560℃至600℃，且該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之
固相率為15%至55%。
較佳的是，該鎂合金原料呈顆粒狀，且該鎂合金原料之長度為1.0mm至1.5mm，該鎂合金原料之寬度為1.0mm至1.5mm，該鎂合金原料之高度為4.0mm至5.0mm。
較佳的是，該盛料管之內徑為90mm至130mm。
較佳的是，所述令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟包含：所述令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料、通入一保護氣體至該盛料管中並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟。其中，所述保護氣體包含氬氣。
藉由保護氣體的使用，可有效避免所述鎂合金原料於加熱時被氧化。
較佳的是，所述令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟包含：令該加熱器以560℃至600℃之加熱溫度對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿以250轉/分鐘至1000轉/分鐘之轉速自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟。
較佳的是，所述對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓及固化，從而獲得所述鎂合金輪圈之步驟包含：以25百萬帕(MPa)至35MPa之壓力及560℃至570℃之溫度對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓之步驟；以及固化所述填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料，以獲得所述鎂合金輪圈之步驟。
本創作之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，藉由以該鎂合金加工系統將該鎂合金原料製成半液態鎂合金漿料，以及將該半液態鎂合金漿料填充至該鍛造模具後進行鍛壓及固化之步驟，係能達到下述優點：
一、提高所製得鎂合金輪圈的尺寸精確度並達到近淨成形(Near Net-shape Forming)，從而提高材料利用率並節約材料和能源。
二、所製得的鎂合金輪圈之結構微細且具有球狀結晶體，其不具有普通鍛造件中存在的樹枝狀結晶，從而具有良好的結構強度並具有良好的應用性。
三、所述鎂合金漿料填充至該鍛造模具時，對該鍛造模具的熱衝擊小，從而可延長該鍛造模具的使用壽命。
四、適用的鍛造設備之噸位較低。
據此，所述鎂合金輪圈的半液態鍛造方法不僅具有低製造成本及可製得具有良好品質的鎂合金輪圈之優點，還具有環境友善之優點。
10‧‧‧鎂合金加工系統
11‧‧‧漿料輸出流道
12‧‧‧入料斗
13‧‧‧盛料管
14‧‧‧保護氣體輸入口
15‧‧‧加熱器
16‧‧‧螺桿
17‧‧‧螺桿驅動裝置
18‧‧‧逆止閥
20‧‧‧鎂合金原料
S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧步驟
圖1為本創作的鎂合金輪圈的半液態鍛造方法之步驟
流程圖；以及圖2為本創作的鎂合金輪圈的半液態鍛造方法所使用的鎂合金加工系統之示意圖。
以下，將藉由下列具體實施例詳細說明本發明的實施方式，所屬技術領域具有通常知識者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
請參閱圖1及2所示，於本實施例中，本創作的鎂合金輪圈的半液態鍛造方法包含：提供一鎂合金加工系統10之步驟S1、預熱該鎂合金加工系統10及整備一鍛造模具之步驟S2、令該鎂合金加工系統10加熱並攪拌一鎂合金原料20以獲得一半液態鎂合金漿料之步驟S3、令該鎂合金加工系統10填充該半液態鎂合金漿料至該鍛造模具中之步驟S4以及鍛壓並固化該半液態鎂合金漿料，從而獲得所述鎂合金輪圈之步驟S5，各步驟S1、S2、S3、S4、S5詳述如下：請參閱圖2所示，於所述提供該鎂合金加工系統10之步驟S1中，該鎂合金加工系統10包含一漿料輸出流道11、一入料斗12、一盛料管13、一保護氣體輸入口14、一加熱器15及一螺桿16，該入料斗12設置於該漿料輸出流道11之一側，該盛料管13之兩端分別與該入料斗12與該漿料輸出流道11相接，該保護器體輸入口14設置
於該入料斗12與該盛料管13之間，該加熱器15裝設於該盛料管13上，該螺桿16軸向穿設於該盛料管13中，該螺桿16可沿該盛料管13之軸向往復移動，且該螺桿16可於該盛料管13中自轉；進一步而言，該螺桿16之一端設有一螺桿驅動裝置17，該螺桿驅動裝置17驅使該螺桿16沿該盛料管13之軸向相對該盛料管13朝漿料輸出流道11之方向或反向移動，且該螺桿驅動裝置17可驅使該螺桿16自轉，該螺桿16之另一端設有一逆止閥18，該逆止閥18位於該螺桿16與該漿料輸出流道11之間。於本實施例中，該盛料管13之內徑為130毫米(mm)，且該盛料管13之材質為合金鋼。
於所述預熱該鎂合金加工系統10及整備該鍛造模具之步驟S2中，該盛料管13被以該加熱器15加熱90分鐘至120分鐘以達到580℃之預熱溫度並預熱該漿料輸出流道11至550℃之預熱溫度，並且預熱該鍛造模具至530℃之預熱溫度及噴塗離型劑於該鍛造模具之內部；於本實施例中，所述離型劑為氮化硼。
於令該鎂合金加工系統10加熱並攪拌該鎂合金原料20以獲得該半液態鎂合金漿料之步驟S2中，將該鎂合金原料20投入入料斗12以進入盛料管13中，同時由該保護氣體輸入口14通入氬氣至該盛料管13中並且令該螺桿16自轉，以於該盛料管13中以該加熱器15及該螺桿16分別加熱及攪拌該鎂合金原料20，進而獲得該半液態鎂合金漿料。其中，於加熱之同時，由於該螺桿16自轉產生剪切力，該鎂合金原料20被該螺桿16攪拌後，於該逆止
閥18與該漿料輸出流道11之間形成該半液態鎂合金漿料，且該半液態鎂合金漿料中包含球狀鎂合金晶粒及液態鎂合金；也就是說，該半液態鎂合金漿料為固態鎂合金與液態鎂合金共存之混合物，所述半液態指固液共存。於本實施例中，該鎂合金原料20呈顆粒狀，且其長、寬及高依序為1.5mm、1.5mm及5mm，且該鎂合金原料20為鎂鋁鋅合金(AZ80)，該加熱器15是以580℃之加熱溫度加熱該鎂合金原料20，該螺桿16以600轉/分鐘之最高轉速自轉以攪拌該鎂合金原料20，該半液態鎂合金漿料之溫度為580℃，且該半液態鎂合金漿料之固相率約為50%。
於令該鎂合金加工系統10填充該半液態鎂合金漿料至該鍛造模具中之步驟S4中，令該螺桿16沿該盛料管13之軸向相對該盛料管13朝該漿料輸出流道11之方向移動，以將所述形成於該逆止閥18與該漿料輸出流道11之間的半液態鎂合金漿料經由該漿料輸出流道11填充至該鍛造模具中。
於鍛壓並固化該半液態鎂合金漿料，從而獲得所述鎂合金輪圈之步驟S5中，令一液壓鍛造機對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓及冷卻固化，從而獲得所述鎂合金輪圈於該鍛造模具中；之後，進行脫模以將所述鎂合金輪圈從該鍛造模具中取出。於本實施例中，填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料之溫度為560℃至570℃，且該液壓鍛造機係以30MPa之壓力對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓，也就是說，填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料係於30MPa
之壓力及560℃至570℃之溫度下進行鍛壓；而於鍛壓後，填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料被冷卻至500℃以下，從而固化形成所述鎂合金輪圈。
填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料於鍛壓固化為所述鎂合金輪圈後的體積收縮率小，從而有利提高所述鎂合金輪圈的尺寸精確度並達到近淨成形，進而提高材料利用率並節約材料和能源。
填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料於鍛壓固化之過程中不會發生長程枝晶間液體流動，因而不會形成宏觀偏析，且所述半液態鎂合金漿料於流動過程中會發生層流，能減少氣體夾雜並降低所製成的鎂合金輪圈的氣孔率。據此，由所述半液態鎂合金漿料所製得的鎂合金輪圈，其結構微細且具有球狀結晶體，其不具有普通鍛造件中存在的樹枝狀結晶，故能具有良好的結構強度、減少內部缺陷形成並提高整體力學性能的效果。
此外，相較於液態金屬而言，所述半液態鎂合金漿料填充至該鍛造模具時的溫度較低，對該鍛造模具的熱衝擊小，從而有利於增加該鍛造模具的使用壽命。
另外，相較於固態鎂合金而言，半液態鎂合金漿料的抗變形力明顯較低，故相較於以固態鎂合金製造鍛造輪圈而言，以半液態鎂合金漿料製造鍛造輪圈所需要的鍛造設備之噸位亦明顯較低。
綜上所述，所述鎂合金輪圈的半液態鍛造方法同時具有低成本、環境友善及可製得具有良好品質的鎂合金輪圈之優點。
S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧步驟
Claims (9)
- 一種鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其步驟包含：提供一鎂合金加工系統，其中，該鎂合金加工系統包含一漿料輸出流道、一盛料管、一螺桿及一加熱器，該盛料管之一端與該漿料輸出流道相接，該螺桿可沿該盛料管之軸向往復移動地且可自轉地軸向穿設於該盛料管中，該加熱器與該盛料管相接；令該加熱器對一位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得一位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料，其中，該半液態鎂合金漿料包含球狀鎂合金晶粒及液態鎂合金；令該螺桿沿該盛料管之軸向移動，以將該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料經由該漿料輸出流道填充至一鍛造模具中；以25MPa至35MPa之壓力及560℃至570℃之溫度對填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料進行鍛壓；及固化所述填充至該鍛造模具中的半液態鎂合金漿料，從而獲得所述鎂合金輪圈。
- 如請求項1所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中還包含預熱該盛料管、該漿料輸出流道及該鍛造模具之步驟。
- 如請求項2所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中所述預熱該盛料管、該漿料輸出流道及該鍛造模具之步驟包含： 預熱該盛料管到560℃至600℃之預熱溫度、預熱該漿料輸出流道到550℃至580℃之預熱溫度並且預熱該鍛造模具到500℃至550℃之預熱溫度。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中還包含噴塗一離型劑於該鍛造模具之內部之步驟。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中，所述位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之溫度為560℃至600℃，且該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之固相率為15%至55%。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中，該鎂合金原料呈顆粒狀，且該鎂合金原料之長度為1.0mm至1.5mm，該鎂合金原料之寬度為1.0mm至1.5mm，該鎂合金原料之高度為4.0mm至5.0mm。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中，該盛料管之內徑為90mm至130mm。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中，所述令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟包含：令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料、通入一保護氣體至該盛料管中並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合 金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟。
- 如請求項1至3中任一項所述之鎂合金輪圈的半液態鍛造方法，其中，所述令該加熱器對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟包含：令該加熱器以560℃至600℃之加熱溫度對所述位於該盛料管中的鎂合金原料加熱並令該螺桿以250轉/分鐘至1000轉/分鐘之轉速自轉以攪拌該鎂合金原料，從而獲得該位於該螺桿與該漿料輸出流道之間的半液態鎂合金漿料之步驟。
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| TW106118991A TWI614071B (zh) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 鎂合金輪圈的半液態鍛造方法 |
Country Status (1)
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| TW (1) | TWI614071B (zh) |
Citations (6)
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| CN1147433A (zh) * | 1995-07-28 | 1997-04-16 | 马自达汽车株式会社 | 用注模法成型的零件及其制造方法 |
| TW490332B (en) * | 1999-03-31 | 2002-06-11 | Mazda Motor | Forging material, molding method and molding apparatus of the material and forged member manufacturing method using the material |
| TW573018B (en) * | 1999-12-03 | 2004-01-21 | Hitachi Ltd | Mg based alloy and Mg based casting alloy and article made of the alloy |
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-
2017
- 2017-06-08 TW TW106118991A patent/TWI614071B/zh active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201902599A (zh) | 2019-01-16 |
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