铝镁合金for artec.ppt

1、鋁鎂合金於 3C產品中之設計應用研究,報告人:張鎮雄 製造事業處 產品行銷部 大騰電子,一、研究動機與目的,了解鋁鎂合金的物理特性與生產方式 了解鋁鎂合金在設計上應注意的特點 訪談實際生產與設計的廠商找出其成本考量、與其他注意事項,二、研究限制與範圍,本研究訪談對象是以國內台灣廠商進行訪談研究 本研究礙於時間及財力限制，尚未實際設計生產鋁鎂合金產品,三、文獻資料探討,鋁鎂合金的化學成分,三、文獻資料探討,鋁鎂合金的物理性質,鋁鎂合金特點與其他工程材料的比較 高剛性：鋁鎂合金具有優良之機械強度可抗橈曲性、抗衝擊性、抗疲勞性與塑膠相比可有較輕薄的設計。 輕量化：在同體積下，鋁鎂合金的重量比鋁輕三分

2、支一，比鐵輕四分之三，雖然較塑膠重，但就相同的強度考量，重量較塑膠輕。 防電磁波干擾：鋁鎂合金為非磁性金屬，電磁波雜訊的遮蔽性佳，可有效防止電磁干擾。,三、文獻資料探討,鋁鎂合金特點與其他工程材料的比較 散熱性佳：鋁鎂合金的熱傳導性佳，在CPU持續高速化與筆記型電腦日漸輕薄的趨勢，散熱性設計日益重要。 吸震性佳：鋁鎂合金吸鎮效果好，可減少噪音，增加機械裝置壽命，可運用於運動器材、汽車與飛行器等。 具循環再生性：近年來環保意識高漲，鎂合金顯然較無法回收的塑膠佔有極大的優勢，其具有高度可回收性，符合環保法規ISO-14000.,三、文獻資料探討,鋁鎂合金特點與其他工程材料的比較 生產效率高：鎂在模

3、具內可迅速凝固、鑄造時間縮短、鑄件表面細緻、塑膠成型之外殼須另以金屬加強強度與塗裝防電磁干擾，鋁鎂合金只需一次鑄造，並可自動化生產。 與鋁、鋅合金相較：鋁鎂合金的比強度及潛變強度相當優異，疲勞強度也與鋁合金接近。另外，鋁鎂合金的吸震性能更是優益，在不同應力條件下，其比阻尼容量（specific damping capacity）是鋁合金的1025倍，用於可攜式設備上可減少外界震動對內部精密電子，光學元件的干擾。,三、文獻資料探討,鋁鎂合金特點與其他工程材料的比較 以筆記型電腦外殼常用的PC/ABS混料為標準（重量比=100%）採用不同材料，以外殼1.6mm厚的PC/ABS相同強度，所需之壁厚與

4、材料重量比。若採用鋁合金其重量，只需PC/ABS的78%；若採用鋁鎂合金其重量，只需PC/ABS的59% 減重效益十分驚人。 一般金屬熱傳導度是塑膠的數百倍，設計上可發揮將熱能排除的功用，與其他材料相較，鋁鎂合金的熱傳導度略低於鋁合金及銅合金，但遠高於鈦合金，比熱則與水接近常用合金中最高者。,三、文獻資料探討,鋁鎂合金生產方式與製造流程,三、文獻資料探討,熱室壓鑄 置放熔解鎂湯的融爐 位於壓鑄機器旁，每一 次壓鑄動作可自動將鎂 湯注入射出室，亦 即受壓射入模具內的裝 置。,鋁鎂合金生產方式與製造流程,三、文獻資料探討,冷室壓鑄 熔解的鎂湯再每次壓 鑄動作時通過料管注 入汽缸再由活塞加壓 射入模

5、具內。,鋁鎂合金生產方式與製造流程,三、文獻資料探討,半固態射出成型 為美國Dow Chemical 研發專利。原料經特 殊處理。,鋁鎂合金生產方式與製造流程,三、文獻資料探討,鎂鑄塊,溶解,鑄造,衝孔脫料,毛邊消除,機械加工,化成處理,補土處理,下塗塗裝,燒附乾燥,上料塗裝,燒附乾燥,印刷,完成,鋁鎂合金生產方式與製造流程,三、文獻資料探討,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,一、壁厚：力求均勻（壓鑄件隨壁厚增加而降低其抗拉強度） 壁厚面積 CM 2 最小壁厚 .mm 正常壁厚 mm 25 0.8 2 25100 1.2 2.5 100500 1.8 3 500 2.5 3.5 二、孔

6、（孔徑與深度關係） 三、圓角 當T1=T2 若 R2=R1+T1 R1=T1 若 R2=0 R1=11.25T1,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,四、拔模角 一般級拔模角 D= L /C 一般級拔模角D= L /CX 0.8 = （D/L ）/（0.01746)度 鎂合金計算拔模角所需的C 值 一般級 內表面（單邊）外表面（單邊）孔（全部） 7.8 14 4.76 精級 內表面（單邊）外表面（單邊）孔（全部） 7.8 15.6 5.3,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,五、螺紋：（外螺紋）採用兩半分型螺紋對環，需留有0.2 0.3 mm 加工餘量 （內螺紋採預鑄孔方式再機械加

7、工）,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,六、嵌件：（insert ） 嵌件用途： 1. 使鑄件局部具有某些特殊性能：如強度、硬度、耐蝕性、耐磨性等，如軸襯。 2. 改善壓鑄件的局部熱點，消除側凹、細長孔等。 使用嵌件應注意事項： 1. 應在嵌件表面或端部滾花，使嵌件能可靠的與壓鑄件結合。 2. 嵌件周圍應包有一定厚度的金屬層，以提高鑄件與嵌件的包緊力，並防止鑄件破裂。 3. 帶有嵌件的鑄件，應避免表面處理，以免嵌件在鑄件中鬆動和產生腐蝕。 4. 嵌件在壓鑄前最好能鍍以防蝕保護層，以防嵌件與鑄件本身產生電化學反應。,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,應注意事項圖例 不合理結構 改

8、進示例 壓鑄內螺紋有退刀槽，不利拔模 為防止螺孔進口處的螺紋受損，增加一個台階形 的空穴，底部的柱狀坑用以保護螺紋型芯頭部螺 紋不受損傷 嵌件按圖示位置軸向無法定位 嵌件邊緣的端面上，設計兩個小孔C 利用型芯 頂住嵌件。在金屬液沖擊下不產生沿軸向偏移,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,壁厚相差懸殊引起收縮時變形 壁厚均勻，減少收縮應力，可防變形 加強肋交叉處產生熱點， 熱點適當分散，可免縮孔,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,矩形斜孔的尺寸BA 其抽芯方向 改變矩形斜孔尺寸使B （A+2 ）斜孔可以分 與分型面不一致，需另設 別由兩模形成並與鑄件的出模方向一致，不需 傾斜抽芯機

9、構， 另設抽芯機構 矩形孔尺寸BA 無法抽芯 取B （A+ 0.20.4 ）孔部可以分別由兩半模 形成不需另設抽芯機構,鋁鎂合金壓鑄品設計要點,三、文獻資料探討,壓鑄件精度（鋁鎂合金） 一般級長度公差（mm ） 尺寸 基本公差25.4 以下 0.25 每增加25.4 增加公差 0.025 精級長度公差（mm ） 基本公差25.4 以下 0.05 每增加25.4 增加公差 0.025 一般級平面度公差（mm ） 鑄件最大尺寸（平面） 公差 76.2 以下 0.2 每增加25.4 增加公差 0.08 精級平面度公差（mm ） 鑄件平面最大尺寸（平面） 公差 76.2 以下 0.13 每增加25.4

10、 增加公差 0.005,鋁鎂合金應用實例：,三、文獻資料探討,鋁鎂合金應用實例：,三、文獻資料探討,鋁鎂合金在3C產品的應用實例：,三、文獻資料探討,Canon Cv11 數位攝影機,Sony VAIO PGG-505 筆記型電腦,Fuji DS-330 數位相機,四、研究訪談,華宇電腦： Q1 ：貴公司為何採用鎂合金？ a.流行風潮驅使。 b.增加結構強度避免落下破裂。 c.EMI的考量避免電磁波干擾。 d.增加thermal 的散熱效果。,Q2 ：貴公司目前使用鎂合金生產的產品與應用方式？ a.作為 LCD後蓋case 以解決背壓測試問題。 b.作為內構件，以克服塑膠在空間狹小的狀況下強度

11、不足的問題；作為Hinge轉軸的支撐支架，以克服沖壓金屬件無法達到的複雜度。,四、研究訪談,華宇電腦： Q3 ：鎂合金在外觀設計上應注意事項？ a.避免外觀造型的段差變化太大，影響成型跑料的不順。 b.避免外型與P.L. 面過於取線 增加模具的複雜度 及後加工的困難。,Q4 ：鎂合金在機構設計上應注意事項？ a.注意流長與肉厚的比值。 b.無法利用斜銷成型。 c.減少後加工的成本，避免無法直接成型的設計。,四、研究訪談,華宇電腦： Q5 ：鎂合金的生產成本與交期？ 因加入廠商逐漸增加，價格逐步下滑，如能克服或減少後加工的比重，成為機構件的主架構，支架的應用會越來越廣。,Q6 ：目前配合廠商與未

12、來展望？ 目前本公司配合廠商為華孚和大主，在台灣生產成本無法下降的情況下，NOTEBOOK生產外移的現象指日可待。鋁鎂合金加工所需的人力很大，所以如何降低後加工的成本是一很大挑戰，否則為了存活，相信只有外移一途。,四、研究訪談,矽豐光電： Q1 ：貴公司為何採用鎂合金？ 因為3C產品的致命傷在於防靜電、防輻射干擾之EMI、EMC測試上，如使用塑膠材質經長需要反覆測試浪費時間與成本，而鋁鎂合金的材質可避免此情況且強度較佳。,Q2 ：貴公司目前使用鎂合金生產的產品與應用方式？ 目前正在評估中，預計以EPSON之數位相機作第一次的應用大約於今年底。,四、研究訪談,矽豐光電： Q3 ：鎂合金在外觀設計

13、上應注意事項？ 力求簡單。因為鋁鎂合金之流動性差，如有太多的稜線或結合線是不宜的（如四面跑滑塊），外觀面與造型力求平順，會有較佳的流動性與成型結果，但可多了解其噴漆處理的變化方式與效果或利用法線方式來拋光已形成霧面效果。,Q4 ：鎂合金在機構設計上應注意事項？ 因為鋁鎂合金在模具結構中不適合跑滑塊，卡勾之結構多依賴後加工方式處理，較影響時程與成本。因儘量使用所螺絲的方式來設計，將內部零件已框價的方式來所附於機殼上（內部之PCB鏡頭CCD 不與機殼相連，完全透過frame來與外殼結合）已減少組裝之不便性，且對於產品的強度有很大的幫助。,四、研究訪談,矽豐光電： Q5 ：鎂合金的生產成本與交期？

14、目前生產的廠商仍不多，評估的交貨成本至少為一般塑膠的三倍。造型與結構簡單者約兩個月可完工，複雜造型者約需三個月左右。,Q6 ：目前配合廠商與未來展望？ 目前尚未有正式配合生產的廠商，但因應外國廠商的要求，未來一定會導入。但考量該成本，若無一穩定經濟規模量， 則損失的利潤會不小。鋁鎂合金的特性，相當契合高階3C產品的特性要求，未來仍有很大的發展空間。,四、研究訪談,鎂成金科技： Q1 ：貴公司為何採用鎂合金？ 公司以往是傳統機械加工的產業，到後來轉作鋁門窗之工廠，由於產業的發展，產品走向以輕薄短小的趨勢發展，加上產品電磁波上的考量產品的質感需求，鋁鎂合金所能達到的成效，較以往的材質較優，加上環保

15、上的考量鋁鎂合金能做到百分之百回收，目前國內以”可成”及”華孚”兩家為較大的鋁鎂合金公司。 可成目前已是上市上櫃公司，華孚則以半固態射出為主。,四、研究訪談,鎂成金科技： Q2 ：貴公司目前使用鎂合金生產的產品與應用方式？ 3C產品居多，notebook LCD monitor 等，以往是以熱導管再加上風扇將熱氣散出，但鋁鎂合金搭配簡單的散熱配件就可以除去對風扇的需求。目前採用熱室壓鑄，半固態射出成型的特性是將金屬結晶，加高壓混合其他物質，其射出的後的物質成分較複雜。而熱室壓鑄是將金屬物質由固態液態，其結構成型厚的材料與原始材料的成分較接近。兩相比較，強度上以半固態射出較強、多用於汽車、腳踏車

16、等較需衝擊性的產品。對於3C產品而言，以熱室壓鑄居多。開模時間：以600噸的物件，半固態的時間為1分鐘，熱壓鑄品只需45 sec。其成本比為7:4。在模具的成品上有2-3成的價差，在射出壓力上半固態是熱壓鑄的2-3倍。,四、研究訪談,鎂成金科技： Q3 ：鎂合金在外觀設計上應注意事項？ 應避免小面積，多個穿孔性的結構設計。在設計上，拔模角度的考量很重要。外觀上要配合足夠的拔模角度，盡量避免完全平面的處理。在平面上最好配合肋條處理，以避免變形、凹陷。 在曲面處理上，一個完整的曲面其背面最好不要有BOSS，其他變形度的考量上較塑膠好，鋁鎂合金較塑膠不易變形。至於其他在造型上的考量和塑膠大同小異。,

17、Q4 ：鎂合金在機構設計上應注意事項？ 請儘量避免須後加工處理，如此會增加工時與成本。如須後加工 也儘量以可設計製具，加速機械自動化處理為原則，減少人工成本，加速交貨時間。,四、研究訪談,鎂成金科技： Q5 ：鎂合金的生產成本與交期？ 其報價會因物件的複雜程度、大小、塗裝與否而有所不同。以NOTEBOOK 4大件以一年內20K 的產能為例：其價格約為之1,500萬左右。其平均每件的價格為300萬400萬左右；在交期方面，一般沒有塗裝（以1K 的量來計算）其交期約為710天，如有塗裝，則交期會再增加一個星期左右。如產能增加1K2K時間上會多增加一天到兩天，這是在完全自動化的情況下。若有需用到後續

18、人工加工的部分，後續人工加工的部分增加所需的時間亦會增加。,四、研究訪談,鎂成金科技： Q6 ：目前配合廠商與未來展望？ 目前配合的廠商以筆記型電腦廠居多，如：仁寶、華碩、廣達、宏碁等。未來公司的目標是成為鎂合金廠商的前三大廠。目前經濟不景氣的情況下，許多公司陸續關閉，價格上已算至兩年後的COST DOWN。就大陸市場而言，目前只有鴻海有鋁鎂合金的機台設置在大陸，但其機台尚未啟用。大陸有極大的人力及土地，但就目前的情況，許多廠商在台灣在台灣生產，就生產問題溝通及設變的應變能力加以考量，長距離的溝通方式太耗時間，所以目前還是將主力放置台灣。但就未來趨勢，如廠商在大陸的需求經濟規模考量, 仍是有機

19、會往大陸發展。,五、訪談結果分析與討論,針對為何採用鋁鎂合金的原因看來，可知鋁鎂合金確有工程塑膠所達不到的優點，如：強度佳、防電磁波，其中都特別針對防電磁波的部分，是目前廠商最強調的部份 故鋁鎂合金的特質能充分發揮，且符合產品要求。,五、訪談結果分析與討論,鋁鎂合金目前單價仍高， 產品仍相當依賴人力加工。故如何降低成本，為設計上最重要預防的問題之一。故多見於高品質，高科技與世界大廠品牌之產品。如何在設計上將高質感與高科技的感覺，表現出來也是很重要的。,五、訪談結果分析與討論,在外觀設計上，避免細小與多孔的設計，與過於複雜的分模線，是鋁鎂合金的設計禁忌。此外儘量考量曲面的流暢性 因為即便其為液態狀但其流動性仍比塑膠要差許多， 避免某些過於尖銳與不必要的稜線，因為會造成冷卻後，有裂痕而難以補救，造成良率下降成本提高。,五、訪談結果分析與討論,在結構設計上， 鋁鎂合金目前仍無法走斜梢，太依賴後加工。故矽豐光電所提出框架式結構 為很好的設計方式。(這是觀察了許多數位相機的設計，因為其零件太多，故皆鎖附於框架上，再與外觀件結合) 簡單方便的組裝，正是設計上應注意的地方。,五、訪談結果分析與討論,此外華宇電腦王在明提到，內部構件與鉸鍊部份，也是鋁鎂合金可貢獻的地方。因其造型的變化性又高於只能作沖壓的鈑金件，故其特性與優點可說是兼具塑型的彈性與金屬的強度。 因應產業外移，鎂合金廠商未