Magnesium Alloy Die Castings: Process, Properties, and Mold Design Essentials

Đúc khuôn hợp kim magiê là câu trả lời trực tiếp nhất khi một thành phần kết cấu kim loại phải giảm trọng lượng mà không làm giảm độ cứng, độ chính xác về kích thước hoặc hiệu suất nhiệt. Magiê là kim loại kết cấu nhẹ nhất được sử dụng trong công nghiệp với trọng lượng khoảng 1,74 g/cm³, khiến nó nhẹ hơn khoảng 1/3 so với nhôm. Khuôn đúc magiê được thiết kế chính xác có thể giữ các phần tường dưới 1,5 mm và vẫn tạo ra vật đúc có độ bền kéo trong phạm vi 200 đến 230 MPa. Tuy nhiên, chỉ riêng hợp kim không đảm bảo một bộ phận tốt; thiết kế khuôn, cửa sổ xử lý và kinh nghiệm kỹ thuật của người đúc khuôn quyết định liệu dự án có chạy trơn tru hay biến thành phế liệu.

Đúc hợp kim magiê là gì?

Đúc khuôn hợp kim magiê là một quá trình áp suất cao, bơm magiê nóng chảy vào khoang thép cứng ở tốc độ cao. Áp suất phun thường dao động từ 10 đến 70 MPa và khoang sẽ lấp đầy trong một phần nghìn giây, đó là cách mà các gân mỏng, phần trùm lắp và hình dạng bên trong phức tạp có thể được đúc thay vì gia công.

Hầu hết các bộ phận magie vừa và nhỏ đều chạy trên máy buồng nóng, trong đó hệ thống phun vẫn chìm trong hợp kim nóng chảy, giữ cho kim loại ở nhiệt độ ổn định và rút ngắn thời gian chu kỳ. Các vật đúc lớn hơn thường chạy trên máy buồng lạnh, đổ một lượng hợp kim đo được vào ống bọc trước khi phun. Cả hai cấu hình đều dựa trên các nguyên tắc cơ bản giống nhau: lấp đầy khoang nhanh, đông đặc nhanh, làm mát có kiểm soát và phóng sạch khỏi dụng cụ. Khí bảo vệ được sử dụng trong quá trình nóng chảy để hạn chế quá trình oxy hóa và quá trình nóng chảy được xử lý mà không có chất trợ dung nên lượng tạp chất ở mức đủ thấp để có các đặc tính cơ học ổn định.

Sau khi đẩy ra, các bộ phận sẽ di chuyển qua quá trình cắt tỉa, mài nhẵn và trong nhiều trường hợp gia công CNC đến dung sai cuối cùng. Dễ dàng sử dụng máy bằng magie, đây là một trong những ưu điểm thực tế của vật liệu, nhưng việc gia công phải được thực hiện với các biện pháp an toàn cháy nổ thích hợp vì các mảnh magie mịn rất dễ cháy. Hoàn thiện bề mặt, từ lớp phủ chuyển đổi sang lớp sơn, tuân theo quá trình gia công và là một phần của thông số kỹ thuật của sản phẩm được giao.

Lựa chọn hợp kim và cơ bản về tính chất cơ học

Lựa chọn hợp kim là quyết định đầu tiên có hậu quả lâu dài, bởi vì sự khác biệt giữa các hợp kim magiê thông thường lớn hơn tên gọi của chúng. Bảng dưới đây tóm tắt các loại tiêu chuẩn được sử dụng trong đúc khuôn sản xuất.

AZ91D vẫn là vật liệu mặc định cho hầu hết các vỏ, giá đỡ, vỏ và các bộ phận kết cấu chung vì nó kết hợp khả năng đúc tuyệt vời, độ bền có thể dự đoán được và hiệu suất ăn mòn chấp nhận được sau khi được phủ. AM60B và AM50A trao đổi khoảng 10 đến 15 phần trăm độ bền kéo để có độ giãn dài cao hơn từ hai đến ba lần, điều này khiến chúng trở thành hợp kim phù hợp cho các bộ phận chịu tải trọng va đập, rung hoặc uốn. AE42 là hợp kim dùng để chỉ định khi nào vật đúc phải giữ được hình dạng ở nhiệt độ duy trì được, vì đất hiếm bổ sung vào nó mang lại khả năng chống rão vượt xa những gì AZ91D có thể mang lại.

Khả năng chống ăn mòn thường bị hiểu lầm ở magiê. Magiê trần không phải là chất chống ăn mòn tốt, nhưng hợp kim phù hợp kết hợp với lớp phủ chuyển đổi phù hợp sẽ hoạt động ở mức chấp nhận được trong môi trường trong nhà và hầu hết ô tô. Sự lựa chọn lớp phủ thường quan trọng hơn hợp kim trong thực tế và nhà cung cấp kiểm soát cả quá trình đúc và hoàn thiện sẽ mang lại kết quả dễ dự đoán hơn.

Những cân nhắc về thiết kế khuôn đúc magiê

Khuôn đúc magiê là nơi quyết định sự thành công của chương trình magiê. Hợp kim magie đông đặc nhanh hơn nhôm, vì vậy khuôn phải lấp đầy, làm nguội và thông hơi theo cách phù hợp với đặc tính đóng băng nhanh đó. Thép công cụ thường là H13 hoặc loại gia công nóng tương đương, được làm cứng và thấm nitơ để khoang tồn tại cả chu trình nhiệt và dòng chảy ăn mòn của kim loại nóng chảy.

Các quy tắc thiết kế quan trọng nhất cũng chính là những quy tắc gây ra nhiều vấn đề sản xuất nhất khi bị bỏ qua:

• Độ dày thành đồng nhất trong khoảng 1,5 đến 3,0 mm mang lại khả năng làm đầy và làm mát tốt nhất. Có thể đúc thành mỏng từ 0,8 đến 1,2 mm nhưng yêu cầu cổng rộng hơn, phun nhanh hơn và kiểm soát nhiệt độ khuôn chặt chẽ hơn nhiều.
• Góc nghiêng từ 0,5 đến 2,0 độ trên các bức tường thẳng đứng cho phép bộ phận rời khỏi khuôn mà không bị biến dạng. Các đường gân và gờ cần nhiều gió hơn một chút so với các bức tường phẳng.
• Độ co ngót khoảng 0,6 đến 0,7 phần trăm tùy thuộc vào hợp kim và độ dày của mặt cắt, đồng thời kích thước khoang phải được chế tạo có tính đến hệ số co ngót đó.
• Các kênh làm mát cân bằng là rất cần thiết. Làm mát không đồng đều là nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất gây cong vênh, độ xốp bên trong và các bộ phận bị loại bỏ.
• Tràn và lỗ thông hơi có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng khí và oxit. Họ thu thập kim loại lạnh đầu tiên và cho không khí bị mắc kẹt thoát ra, đó chính xác là nơi mà độ kín áp suất được quyết định.
• Các chân đẩy nên được bố trí với số lượng lớn hơn thay vì dựa vào một số chân cắm lớn, vì các phần magiê mỏng dễ bị rách trong quá trình đẩy.

Một xưởng thiết kế và chế tạo dụng cụ của riêng mình sẽ giải quyết những vấn đề này trước khi khuôn được đưa đến sàn sản xuất. Đó là lý do tại sao người mua các bộ phận magie ngày càng thích làm việc với một nhà sản xuất khuôn đúc tự thiết kế và chế tạo khuôn mẫu của riêng mình thay vì chia tách công cụ và đúc giữa hai công ty riêng biệt. Chất lượng khuôn cũng thể hiện ở chi phí trên mỗi bộ phận: một công cụ có các hạt dao được tôi cứng phù hợp, dây chuyền làm mát phù hợp và hệ thống phun bền sẽ duy trì thời gian chu kỳ và chất lượng bộ phận trong hàng trăm nghìn lần bắn, trong khi khuôn được thiết kế nhẹ sẽ hỏng sớm và kéo theo lịch trình sản xuất.

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

Ô tô là thị trường lớn nhất và đòi hỏi khắt khe nhất đối với khuôn đúc magiê. Giá đỡ cột lái, vỏ hộp số, khung bảng điều khiển và cấu trúc ghế đều sử dụng magiê vì nó loại bỏ trọng lượng chính xác ở những nơi ảnh hưởng đến khả năng xử lý và hiệu quả. Nền tảng xe điện đang mở rộng danh sách hơn nữa, với vỏ ổ đĩa điện tử và các giá đỡ kết cấu là các bộ phận bằng nhôm cách đây vài năm. Phạm vi của linh kiện ô tô hợp kim magiê được sản xuất bởi một thợ đúc khuôn chuyên dụng cho thấy các bộ phận này tích hợp chặt chẽ như thế nào với các gân, phần đỡ lắp và các tính năng tản nhiệt.

Nhà cung cấp, nhà máy linh kiện ô tô hợp kim Magiê tùy chỉnh Công ty TNHH Máy móc chính xác Ninh Ba Yunmai là nhà cung cấp linh kiện ô tô hợp kim Magiê tùy chỉnh của Trung Quốc và Ô tô hợp kim Magiê... Xem sản phẩm →

Thiết bị truyền thông và điện tử là một đối tượng sử dụng chính khác. Magiê cung cấp khả năng che chắn EMI và RFI tự nhiên, có nghĩa là bức tường dày 1,0 đến 1,2 mm chặn nhiễu điện từ gần như bức tường nhôm hoặc kẽm dày hơn nhiều. Đặc tính đó loại bỏ sự cần thiết của các lớp lót che chắn riêng biệt trong nhiều vỏ và vỏ. Do thiết bị liên lạc thường được lắp đặt ngoài trời nên vỏ đúc cũng phải xử lý nhiệt, độ ẩm và tải trọng cơ học, điều này đẩy các nhà thiết kế đến với magie khi các bộ phận bằng nhựa không thể đáp ứng được yêu cầu tổng hợp.

Thiết bị công nghiệp và dụng cụ điện tận dụng khả năng giảm rung của magiê và giảm mệt mỏi cho người vận hành. Vỏ động cơ, vỏ hộp số và thân dụng cụ cầm tay có thể được sản xuất dưới dạng đúc đơn lẻ với các trùm, gân và cánh tản nhiệt tích hợp. Các ví dụ điển hình cho thấy có thể hợp nhất bao nhiêu cấu trúc thành một phần và phạm vi hình học của đúc khuôn hợp kim magiê cho thiết bị công nghiệp thể hiện sự thống nhất đó trong thực tế.

Nhà cung cấp, nhà máy thiết bị công nghiệp hợp kim magiê tùy chỉnh Công ty TNHH Máy móc chính xác Ninh Ba Yunmai là nhà cung cấp Thiết bị công nghiệp hợp kim Magiê tùy chỉnh của Trung Quốc và... Xem sản phẩm →

Vỏ chuyên dụng, vỏ quang học và các thành phần cấu trúc nhỏ tạo thành một danh mục rộng hơn mặt hàng hợp kim magiê điều đó cho thấy tính linh hoạt của vật liệu vượt ra ngoài xu hướng ô tô và công nghiệp.

Các mặt hàng hợp kim Magiê tùy chỉnh Nhà cung cấp, Nhà máy Công ty TNHH Máy móc chính xác Ninh Ba Yunmai là nhà cung cấp các mặt hàng hợp kim Magiê tùy chỉnh của Trung Quốc và nhà máy sản xuất các mặt hàng hợp kim Magiê. Điện từ... Xem sản phẩm →

Kiểm tra trước khi bạn đặt hàng đúc khuôn magiê

Tìm nguồn cung ứng khuôn đúc magiê liên quan đến một số quyết định không áp dụng cho các dự án nhôm hoặc kẽm theo cách tương tự.

• Yêu cầu cơ khí đặt lên hàng đầu, lựa chọn hợp kim thứ hai. Nếu bộ phận chịu tải va đập, độ giãn dài 3% của AZ91D có thể là thông số kỹ thuật sai; AM60B hoặc AM50A thường là cách gọi an toàn hơn.
• Việc bảo vệ chống ăn mòn phải được thống nhất trước khi bắt đầu gia công dụng cụ. Hầu hết các bộ phận magiê đều nhận được lớp phủ chuyển đổi và người mua công nghiệp thường chỉ định phương pháp xử lý mangan hoặc photphat không có crom. Sơn và sơn tĩnh điện cũng cần được xử lý trước đúng cách, nếu không chúng sẽ không sử dụng được.
• Kỳ vọng về độ xốp nên được viết ra. Vỏ kín áp suất cần được đúc bằng chân không và đặt các phần tràn một cách cẩn thận, đồng thời vị trí cổng đã ảnh hưởng đến nơi xuất hiện độ xốp.
• Đánh giá thiết kế khuôn nên bao gồm mô phỏng điền, tính toán góc nháp và bố trí làm mát. Các yêu cầu thay đổi sẽ trở nên đắt hơn đáng kể khi khuôn được xử lý nhiệt và đánh bóng.
• Tài liệu quy trình không phải là tùy chọn. Chứng chỉ vật chất, báo cáo bài viết đầu tiên và dữ liệu nhất quán theo từng đợt giúp tách biệt quy trình được kiểm soát khỏi canh bạc.
• Ngân sách cho các hoạt động thứ cấp. Vật đúc bằng magie có thể có hình dạng gần như lưới, nhưng các lỗ, ren và mặt tiếp xúc chính xác vẫn cần được gia công. Chi phí giao hàng cuối cùng phải bao gồm gia công, xử lý bề mặt và kiểm tra, không chỉ giá đúc.

Các nhà cung cấp thiết kế khuôn và thực hiện quy trình đúc dưới một mái nhà có xu hướng đạt được những điểm này đúng vì cùng một nhóm nhìn thấy thiết kế công cụ, hoạt động của quy trình và kết quả kiểm tra cùng nhau. Đối với các kỹ sư xây dựng danh sách rút gọn nhà cung cấp, bước tiếp theo thực tế là kiểm tra tin tức trong ngành về vật liệu đúc khuôn magiê và công nghệ khuôn mẫu để theo dõi phía sản xuất đang phát triển như thế nào.

Quyết định sử dụng vật đúc bằng hợp kim magiê thường được quyết định bởi số học đơn giản: trọng lượng nhẹ hơn, thành mỏng hơn và thời gian chu kỳ ngắn hơn. Độ tin cậy của số học đó phụ thuộc vào hợp kim, khuôn mẫu và quy trình xử lý của xưởng đúc thành từng phần bằng nhau. Chỉ định hợp kim dựa trên các yêu cầu cơ học đã được đo lường, xem xét thiết kế khuôn đúc magiê cẩn thận như bản vẽ bộ phận và yêu cầu dữ liệu chứng minh quy trình được kiểm soát. Khi những điều kiện đó được đáp ứng, đúc khuôn magiê là một trong những cách tiết kiệm chi phí nhất để chế tạo các bộ phận kim loại nhẹ, cứng và phức tạp.