裝備攻略:輕量化至簡大道 鎂合金反恐神器

鎂動力 分類: 應用 發布時間: 2020-09-11 15:35

一、中國金屬、最輕結構金屬-鎂合金

 我國鋁、鐵產量為世界首位,礦石卻需大量進口,對外依存度各達到50%、87%。而我國鎂資源居全球首位,占全球總儲量的%,金屬鎂產量萬噸,占全球產量%,鎂被稱為中國金屬。

鎂合金具有突出的優點:

?輕:密度不到鋁合金的三分之二,在結構材料中最輕。 

?強:力學性能好,比強度、比剛性強于鋁合金。

?廉:1.7萬元/噸,僅比鋁貴0.3萬元/噸,產品成本比肩鋼、鋁。

?綠:廢料回收再利用能耗少,減重帶來的節能效果明顯,鎂的生物相容性好。

?酷:高電磁屏蔽性, 散熱性好,減震及降噪性好。

適用于

1.手機、筆記本電腦等消費類電子(3C)產品的外殼、拼裝式大屏幕箱體;

2.汽車:鎂合金零件比鋼減重3/4,比鋁減重1/3,可改善汽車操控性能,加長續航里程新能源汽車和減少碳排放量。

3.體育休閑戶外用品:帶來輕、硬、強的特性,如小米平衡車、摩拜單車、旅行箱、自行車、戶外便攜桌椅、輪椅、童車。

4.航空、軍工、高鐵領域:能滿足減重、吸噪、減震、抗電磁干擾的要求,如大疆無人機結構件、飛機、高鐵廂內零部件、槍炮、導彈部件,單兵裝備等。

5.5G:散熱性,電磁屏蔽性優,深、薄部位成型容易,適宜制造5G室內基站、濾波器。

6.機器人:可令機器人動作輕快,降低驅動電機成本。

二、鎂合金零件廣泛使用是國家戰略

      由于我國富藏鎂資源,擁有全球最大的鎂冶煉產能,而鎂精深加工產能仍體系化、規模化不夠,鎂合金零件應用場景少,規模小,中國的鋁產量超過3000萬噸,類比鎂合金與鋁、鋼鐵、塑料等常用材料的特性、成本,即使一少部分使用鋁、鋼、塑料的場景被替代為鎂合金,增量市場非常巨大。近幾年各部委發布的有關重大規劃文件中,對鎂合金前景做出了明確描述,僅汽車零件一個領域就可帶來40萬噸的增量市場,而當下僅30萬噸的總深加工產能,缺口巨大。

主要文件有:

《新材料產業“十三五”發展規劃》、《節能與新能源汽車技術路線圖》、工業和信息化部《有色金屬工業發展規劃(2016-2020年)》《有色金屬工業發展規劃(2016-2020)》、《鎂行業“十三五”發展規劃》、《新材料產業發展指南》(工信部聯規[2016]454 號)

三、現狀遠不如預期的原因

看似千億級藍海的鎂合金產業并未真正爆發,來自于以下痛點:

1.加工工作環境差、安全卡控困難

 真實情況:鎂合金熔點遠高于燃點,傳統壓鑄工藝存在高溫金屬液體暴露環節,易發生燃燒事故,工作環境煙氣彌漫,用于阻燃的六氟化硫氣體溫室效應是CO2氣體的25000倍,被稱為“最可怕的溫室氣體”。拋光、機加工環節和鎂廢料暫存環節發生過爆燃事故。

 江蘇宜鎂泰科技有限公司制造的鎂合金半固態注射成型裝備不使用六氟化硫氣體,高溫部分完全密閉,徹底克服壓鑄環節安環問題。拋光、機加工環節和鎂廢料暫存環節安全防控技術、管理手段已完全成熟。

CNC環節中的切削過程和鎂廢料爆燃事故防止,要靠技術手段和管理手段來防止,目前已成熟。

2.原材料昂貴

真實情況:今年原鎂已比電解鋁便宜,鎂的密度比鋁要輕1/3,比強度比鋁要高,所以零件實際的原材料成本會比鋁持平或更低。

3.加工成本高昂

真實情況:傳統成型加工的確存在技術人員少、設備一次性投入高,環保、安防成本高、產能少,良品率低等帶來的成本高企,同時成本高昂妨礙了廣泛使用,也導致產能較低,那么塑造一個“神秘、昂貴、高檔、炫酷”的形象有利生存。

在成熟的鎂合金加工企業已有能力將成本控制到可以與鋁壓鑄正面競爭的水平。

4.易腐蝕

真實情況:目前的微弧氧化、環保皮膜劑等成熟的表面處理技術已經大大提高了鎂合金制品防腐性,積累了大量鹽霧1000小時的實驗數據,可確保產品壽命期內正常使用。

5.不合適做大型零件

?真實情況:由于消費類電子領域是鎂合金的傳統使用領域,都是小型制品,造成大型加工設備研發、制造進展較慢。江蘇宜鎂泰科技有限公司已經研發出可成型4公斤以上復雜零件的大型裝備,已可以生產座椅較大等制件,并繼續研發更大型的裝備,大型壓鑄設備已比較常見。

6.力學指標較低

真實情況:鎂合金單位質量的力學性能優于鋁合金,但單位體積或單位面積的力學性能低于鋁合金,同時傳統壓鑄工藝容易產生的氣泡縮孔等質量缺陷,也拉低了力學指標。半固態注射成型可大幅提升力學性能,抗拉強度提升20%,延伸率提高一倍,稀土鎂合金力學性能可媲美高強鋁合金。

7.壓鑄以外的成型和連接拼裝工藝復雜

真實情況:沖壓不能制作復雜形狀,焊接困難,和鋼等金屬零件連接有電化學腐蝕現象,但半固態注射成型可以直接成型復雜形狀,類似特斯拉汽車的思路,把多個簡單制件設計成一個復雜制件一次成型,無需焊接,沖壓工藝,降低成本,減少連接場景,成熟的防腐界面技術和連接技術也可以克服電化學腐蝕。

8.前述7個痛點綜合反映到部分產品決策者、設計者,就是“昂貴、小眾、易腐蝕、不能做大件,部分技術環節不成熟,生產不夠安全”的認知定勢,讓很多很適合采用鎂合金的產品從策劃設計階段就做出不使用鎂合金的決策,妨礙了鎂合金的廣泛使用。

因此制約鎂合金廣泛使用的痛點已不再是成本、加工技術等等。而是,在供給側,有意進入者對安全環保問題的恐懼,對產能的擴張、技術迭代不夠,與需求側溝通不足,需求側信息不對稱,從產品策劃設計階段就畏懼使用鎂合金是形成鎂合金深加工產業鏈發展不足的主要原因。

四、半固態注射成型裝備國產化帶來鎂合金精深加工的安全極簡路線

金屬的半固態現象是麻省理工大學弗萊明斯教授于1971年發現,距今僅47年。鎂合金半固態注射成型技術研發僅30年,成熟的裝備投入使用僅20年,過去被國外企業壟斷。

鎂合金半固態注射成形原理圖

以鎂合金半固態注射成型為核心的加工生產路線。與傳統壓鑄路線有極大的區別。“如塑料注塑般簡易快捷,如塑料注塑般安全環保”,該技術呈現“安、精、節、高、密、簡、智”的特點。

安:勞動環境好,不使用有害的六氟化硫,沒有高溫、熔融狀態鎂合金暴露,杜絕了火災,同時由于可直接成形高精度和高復雜性的產品,大大減少了后段加工產生的易爆鎂合金粉屑。操作環境清潔,操作工心理舒適度高。

精:擅長制造復雜形狀工件(半空腔、最薄0.3毫米、一個制品上最厚最薄可相差100倍),成型件的尺寸精度高(0.01毫米)。近凈加工,后加工量極小。

節:不必加熱到金屬完全液化,節能60%,加工殘渣廢料可全部回收再利用。同時工藝路線極簡,產線占地節約。

高:單機產能大,高效(每分鐘1-4件,可連續生產)。開停機迅速。生產節拍快。

密:被攪拌形成的球形金屬固體和金屬液體凝固后的金相組織致密,產品缺陷少,抗拉強度可提升20%,延伸率提高100%,制件表面光潔。

簡:省略了鎂合金熔化設備,移料機械手,惰性保護氣體的供氣系統,減輕了防火管理壓力,減少了機加工設備,生產體系大大簡化,操作培訓,管理工作量大大減輕。堪稱復雜金屬件最為簡易快捷的成形工藝,原料鎂合金到鎂合金制品工藝路線大大縮短。

智:自動化程度高,用工少。 

輕量化零件的制造路線迎來了鎂合金半固態注射成型這條至簡大道,也是鎂合金深加工從業者的反恐懼神器!

五、江蘇宜鎂泰助力鎂合金深加工產業迎來真正的爆發

江蘇宜鎂泰科技有限公司由國內首批接觸鎂合金半固態注射成型技術的團隊創建,有擔任過名牌壓鑄機企業研發團隊帶頭人的資深高級工程師,擁有超過20年整機開發經驗,研發項目曾獲得科技進步獎,有17年鎂合金半固態注射成型設備維修、使用經驗的資深專業人士,經歷十多年研發、制造、試驗,設備已迭代到第5代,設備易用、可靠,打破壟斷,克服同類設備的技術瓶頸,成為全球行業領先,大幅降低了設備購置、使用成本和鎂合金產品制造成本。

公司制造的800噸級(能生產約2公斤相當于8公斤鋼制最終產品)的鎂合金半固態注射成形裝備,能承擔汽車座椅骨架等中型產品的制造,1500噸級(能生產6公斤相當于24公斤鋼制最終產品)年內制造完成,重達110噸,是世界最領先最大型的鎂合金半固態注射成型裝備,即將啟動制造的超大型裝備可以生產航空、軍工、高鐵、5G、汽車、醫療領域的超大型部件,將成為鎂合金深加工產業鏈上最為復雜和先進的裝備。成為輕量化零件生產的最佳裝備。

?中國對新能源車的重點扶持剛剛掀起龐大的輕量化零件市場,江蘇宜鎂泰科技有限公司將鎂合金半固態注射成型整機國產化、大型化,使鎂合金加工全面升級,既可以消除供給側對安全、環保問題的恐懼,又可以消除需求側對質量不佳和產能不足的畏懼,盡情享受最輕金屬材料的絕佳性能,加上廉價的中國鎂資源,鎂合金將成為“安全,環保,優質,廉價,輕盈”的材料形象,必將成為汽車輕量化重點材料,繼而為其他領域關注并采用,進入常用材料的行列。

來源: 《中國壓鑄》雜志 壓鑄實踐

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