鎂合金高壓鑄製程控制要點
2025-05-30
對輕量化新能源汽車的需求持續成長。鎂合金原料價格與鋁合金原料價格呈反比，鎂合金壓鑄件逐漸取代鋁合金，以滿足進一步輕量化的需求。因此，鎂合金壓鑄件的需求將逐步增加。先前已有數篇文章介紹了富谷對鎂產業25年的發展分析。同時，在4月1日至2日於金華舉行的鎂產業鏈論壇上，各大專院校和科研機構齊聚一堂，共同探討鎂產業發展，展望鎂產業的未來。
高鎂合金 壓鑄 是一個高效率的精確的生產過程其核心是將熔融鎂合金高速高壓地註入模腔，快速成型複雜零件。製程控制的關鍵點包括設備、模具、製程參數和製程管理。本文主要分享一些個人根據工作經驗總結的關鍵控制點和建議。
1. 壓鑄機和模具控制
（1）壓鑄機選擇
建議優先選擇冷室壓鑄機（常用於鎂合金），因為它們適用於高熔點合金（熔融鎂的溫度約為620~680℃），並避免因與熔體長期接觸而造成的腐蝕。 熱室壓鑄 機器。
壓鑄機需要具備高鎖模力（與投影面積相符）、快速注射系統和精確的壓力控制。根據不同的產品結構選擇合適的壓鑄噸位。
（2）模具設計與維護
- 模具材料：採用耐高溫、抗熱疲勞的優質鋼材（如H13），並在表面進行氮化或鍍鉻處理，以延長其使用壽命。
澆注系統：採用短製程扇形澆口或點狀澆口，以減少湍流和氧化。同時，由於充型速度快且易發生侵蝕，應盡可能增大倒角或斜角以減少堵塞；溢流槽和排氣槽的設計應合理，避免空氣滯留。
冷卻系統：鎂合金對模具溫度平衡要求高，需精確控制模具溫度。因此，建議配置循環油路來控制模具溫度（通常為150~250℃）。必要時，建議採用三維輪廓冷卻油路來平衡凝固速度，減少收縮和變形，特別是在厚壁件或異形件的加工上。一般情況下，需要使用油溫控制器來控制模具溫度場的平衡。
2. 過程參數控制
（1）液態鎂的質量
鎂液溫度：嚴格控制在680~750℃（具體調整取決於合金牌號）。溫度過高易氧化，氧化物雜質含量過高，影響耐腐蝕性；溫度過低流動性差，容易過早凝固，導致內部缺陷。
鎂液成分：影響鎂合金耐腐蝕性的主要因素為合金成分、微觀結構和腐蝕介質。對添加不同含量雜質元素（如Fe、Ni和Cu）的鎂合金進行腐蝕速率測試表明，鎂合金的腐蝕速率隨著雜質元素含量的增加而急劇下降。
由於鎂合金的耐腐蝕性對合金成分和微觀結構非常敏感，因此必須精確控制合金成分或嚴格控制雜質元素的含量。尤其重要的是，要確保鑄造過程中鎂溶液成分的均勻性。
（2）注射製程參數
- 低速注射階段（填充前端）：速度相對較低，一般為 0.1~0.5m/s，以防止金屬液體飛濺和夾帶空氣。
- 高速注射階段（主填充階段）：由於鎂液能迅速將熱量散發到模具中，因此可以選擇較高的填充速度，以確保快速填充並減少凝固缺陷。
- 增壓：在鎂液凝固的初始階段應施加高壓，以補償收縮並達到增加密度的效果。
與鋁合金壓鑄相比，鎂合金壓鑄通常需要更高的充型速度、更早的增壓起始位置以及適當增加的增壓壓力。然而，具體的製程參數需要根據產品結構、性能和其他要求來確定，以達到最佳製程參數。
（3）模具溫度管理
- 模具預熱：首件生產前預熱至150~200℃，以避免熱衝擊導致模具開裂。建立模具檔案並做好模具維護工作。
- 生產過程中的模具溫度控制：透過循環水或模具溫度控制器保持 150~250℃，以平衡熱量並減少模具粘連和冷閉。
- 料筒溫度控制：由於鎂的表面張力低、凝固潛熱低，鎂合金溶液向模具的熱傳遞速率較快。為避免灌注前鎂液溫度過低導致快速凝固，應適當提高料筒溫度並監測。
鎂合金 壓鑄 鎂合金對溫度非常敏感，因此對模具和注塑系統的溫度穩定性要求更高。由於模具與鎂液之間的溫差較小，鎂合金模具的射出溫度通常高於鋁合金模具，但也取決於模具材料和熱處理過程。
3. 製程控制的關鍵點
（1）噴塗過程
- 使用水性脫模劑（需要低鹽含量），並優化噴塗時間、距離和濃度（通常噴塗時間為 1~3 秒），以避免殘留物導致孔隙或腐蝕模具。
- 噴塗後，徹底乾燥（吹氣或抽真空），以防止水分與熔體反應生成氧化皮或氫氣。
（2）射擊曲線優化
- 透過即時控制系統，監控注射速度、壓力曲線、高速和壓力起始位置、物料手柄厚度等關鍵參數，以確保平穩填充，避免湍流。
- 採用真空輔助壓鑄（真空度≤50mbar）以減少型腔內的氣體滯留，並提高鑄件的密度。
（3）週期時間控制
- 模具開啟時間和脫模時間必須與材料凝固速度相匹配，以避免因模具過早開啟而導致變形或粘連。
目前，各大汽車製造商正逐步將鎂合金應用於汽車的各個零件。汽車不同零件的結構強度和耐腐蝕性各不相同。因此，應根據零件的實際應用環境和要求，選擇不同的製程控制重點。
4. 安全與環境保護
（1）防爆和防火
壓鑄區域必須配備專用於鎂合金的D類滅火器。嚴禁使用水或泡沫滅火。
- 設備應良好接地，以防止靜電引燃鎂粉。
- 設備閥門接頭應使用防爆閥，油溫管路應耐高溫，以防止損壞和洩漏。
（2）廢氣處理
- SF₆ 或含氟氣體在過程中產生 壓鑄工藝 必須採用洗滌器或活性碳吸附法進行處理，以避免環境污染。有關鎂合金冶煉和安全防護的具體要求，請參閱官方帳號前幾篇文章的介紹（鎂合金壓鑄鎂錠冶煉製程控制和安全要求）。
總結
鎂合金高壓鑄的核心控制點可概括為：充型速度快、增壓壓力高、模具溫度穩定性好；鎂液氫含量低、氧化物夾雜物少；模具熱場和凝固收縮必須平衡。實際生產中，需要綜合考慮材料性能、零件結構和設備條件，透過精細的參數調整和製程監控，才能確保高效穩定地生產出高品質的鎂合金壓鑄件。