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輕金屬加工設備之發展趨勢分析

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出版作者 黃仲龍
出版單位 工研院IEK系統能源組
出版日期 2003/10/31
出版類型 產業報告
所屬領域 機械設備
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摘要

鎂合金應用範圍包含廣泛,應用遍及於產業每一個角落,如3C產品機殼/構件、汽車零組件、航太、工業設施、民生等。尤其電子資訊產業對於產品輕、薄、短、小的需求日益嚴苛,鎂合金之應用與推廣也應運而生。而在鎂合金製造方法上大部份皆已壓鑄為主。因為凡熔點低於約800℃的金屬材料,在鑄造成各種物件時皆可以運用鋼鐵金屬模具,如此不但可以製成尺寸精密度較佳的鑄件,且可藉壓鑄法的高速操作而得較高生產效率,其模具壽命一般也都有在10萬次以上,可有效降低模具成本,但合乎低熔點條件的金屬材料只有鎂、鋁、鋅三種。另一方面,鎂合金因其材料性質特殊,難以運用如鋼、鋁等金屬材料生產板片的輥壓法(Rolling)快速且低成本的生產板片,必須以極為特殊且成本高昂的製程,才能生產下游成形加工用的板片料,使得鎂合金板片的成本甚高,目前約為壓鑄用鎂合金原料錠價格的8~10倍,甚或更高,導致其板片壓造成形(Pressing)製品的總製造成本高過壓鑄法製品甚多,因而缺乏商業競爭力。因此到目前為止,在全世界鎂合金的各種成形法中,皆以壓鑄法為主。因此談鎂合金的成形技術,一般皆以壓鑄法為重點。而可攜式電子資訊產品所用的製程,亦皆絕大多數使用鎂合金壓鑄法或半熔融射出成形法(Thixomolding®)製作。事實上,至目前為止,全世界鎂合金的成形法皆以壓鑄法為主。

近三年來我國的輕金屬產業拜筆記型電腦機殼鎂合金化之賜,發展迅速,尤其鎂合金成形產業的發展極為迅速。我國的鎂合金成形產業在筆記型電腦機殼及內構件市場的帶動下,引發業界大力的投入,總計到目前為止,鎂合金成形產業的總投資金額已達約200億台幣的規模,整個產業的發展極為迅速,成形部份(以壓鑄及半熔融(Thixomolding®)製程為主)的產能規模迅速擴大。至2002年底為止,成形廠商有30餘家,成形機(包括熱/冷室壓鑄機及Thixomolding®機台)總機台數已超過220台,以產能規模論,我國在亞洲的規模僅次於日本;雖然部份的規模還會繼續擴大,但主要大廠皆已趨向台灣、中國大陸兩地分工的佈局。

在設備需求部份,由於國內生產鎂合金壓鑄機機台甚少,所以我國鎂合金壓鑄機台絕大多數由國外進口。德國設備仍是國內鎂合金壓鑄業者主要採用品牌,主要廠商為Frech,台灣代理商為孚銪。由於Frech設備功能齊全,品質優良,過去國內主要鎂合金壓鑄大廠都優先採用該品牌設備。不過也由於售價較為昂貴,加上近年來國內對壓鑄技術掌握程度提高,日本與義大利廠商推出售價較為低廉小型機台搶佔市場,因此2002年以後日本與義大利設備有後來居上趨勢,主要義大利壓鑄廠商包括Idra與Italpresse,日本主要壓鑄設備廠則是菱沼。瑞士主要壓鑄設備廠是Bülher,至於美國與中國大陸進口比例並不高。

近年來客戶對鋁、鎂壓鑄的需求顯著增長。鑄件穩定的質量和增強的性能成為必要的需求。當今大批量生產需要嚴格的質量要求,來自世界範圍的零件資源迫使壓鑄商引入新的製造概念,以強化效率、加工生產率和加工彈性。根據本研究實際調查發現,國內目前尚未有鎂合金熱室壓鑄機量產實績,只有興行實業與正峰鐵工廠從事鎂合金熱室壓鑄機研發,但主要還是以銷售鋅合金熱室壓鑄機為主,因此國內鎂合金熱室壓鑄產值甚低。

國內設備廠無法切入鎂合金熱室壓鑄市場,主因在於鎂合金技術較新,國內設備業者設計觀念與材料技術還無法銜接,加上國內鎂合金壓鑄業者生產急迫性高,對設備要求能立刻上線生產,還有機器穩定度要求也相對提高,所以無法等待國內設備業者重頭開始研發設備,以及後續修改調整。這種窘境在短期內不易改善,因此國內鎂合金壓鑄業者自然偏好採用國外發展較為成熟設備。

此外,目前國內熱室壓鑄設備業者對於鎂合金成形技術、關鍵零組件材料特性尚未能完全掌握,加上國內熱室壓鑄設備者規模小,技術集中於經營者身上,也無法吸引高素質人力組成研發團隊,因此在機器設計觀念與可靠度等基本功力一直無法有效提昇。因此對國內鎂合金熱室壓鑄設備業當務之急反而是提昇金屬冶金技術以及機械設計觀念,掌握關鍵零組件(如鵝頸)材料與熱處理能力。

準此,建議國內有心投入相關業者應儘速建立國內壓鑄設備研發聯盟,主要由於國內鎂合金壓鑄設備業者規模不大,研發經費與人力亦相對不足,各公司單打獨鬥之結果就是產品開發腳步往往趕不上顧客需求。為改善此一狀況必須有效結合國內研發資源,廣納設備業者開發實務、研發單位應用設計以及學術單位基礎研究等各方力量才能竟其功,若還能促使鎂合金壓鑄廠加入則將更臻完美。如此一來,在設備開發之初就能得到使用者回饋,符合市場需求方向,開發完成後也可進行生產線上實際測試。不過國內設備業者常習慣於單線技術指導,較無意願參加研發聯盟,無法增大技術擴散效果。其主要原因還是在於設備經營者閉帚自珍心態,擔心本身技術外流,但此種技術交流平台確實可加速技術升級以及有效分工。因此籌備此聯盟也需思考如何設計誘因機制促使國內業者加入。建議業者必須放寬心胸與企圖心,共同擴大市場而非劃地自限。

目錄

====章節目錄====

第一章 緒論…1-1

  第一節 研究動機與目的…1-1

  第二節 研究範圍…1-3

  第三節 研究方法…1-6

  第四節 研究架構…1-7

  第五節 研究程序…1-8

第二章 產品分析…2-1

  第一節 鎂合金製程…2-1

  第二節 壓鑄定義與分類…2-17

  第三節 產品技術關聯圖…2-31

  第四節 產品發展歷程…2-33

  第五節 成本結構…2-35

第三章 市場分析…3-1

  第一節 國內鎂合金熱室壓鑄機產銷分析…3-1

  第二節 國內鎂合金廠商設廠與設備需求狀況…3-3

  第三節 主要設備廠商概況…3-10

  第四節 應用產業發展現況與展望…3-19

第四章 技術分析…4-1

  第一節 技術現況說明…4-1

  第二節 新產品技術動向…4-16

  第三節 替代性產品技術…4-20

  第四節 專利及標準…4-24

第五章 技術發展分析…5-1

  第一節 研究方法…5-1

  第二節 研究結果…5-12

第六章 結論與建議…6-1

  第一節 結論…6-1

  第二節 建議…6-4

====表目錄====

表1-1 2002 年全球鎂結構材對鎂金屬的需求-依製程別…1-4

表2-1 壓鑄鎂合金之化學成份…2-2

表2-2 壓鑄鎂合金之常溫機械性能…2-2

表2-3 鎂合金車、銑、鑽加工之基本資料…2-14

表2-4 鎂合金礦物性加工油之特性…2-15

表2-5 我國壓鑄機產品分類碼…2-17

表2-6 冷、熱室壓鑄機特性比較…2-22

表2-7 IMA 建議的保護氣體組成…2-28

表2-8 國產熱室壓鑄機成本結構…2-35

表3-1 國內相關鎂合金壓鑄機廠商資料…3-1

表3-2 我國鎂合金壓鑄及半熔融主要廠商狀況…3-4

表3-3 我國鎂合金成形主要大廠在中國大陸設廠狀況…3-5

表3-4 我國歷年鎂合金成形產業的生產總值規模…3-7

表3-5 近五年我國鎂合金壓鑄機進口金額與數量…3-9

表3-6 國內鎂合金壓鑄機主要進口國…3-9

表3-7 常見的可攜式電子產品及筆記型電腦的鎂合金應用部位…3-24

表3-8 手機應用於鎂合金的狀況…3-27

表3-9 我國筆記型電腦及資訊產品使用鎂合金狀況…3-29

表3-10 歐、美車型使用鎂合金的狀況…3-31

表3-11 歐、美汽車使用鎂合金的部位…3-32

表3-12 歐美汽車上使用鎂合金重量的演變…3-33

表3-13 日本汽車曾使用鎂合金的零組件…3-35

表3-14 廢汽車的重量回收比率之要求…3-36

表3-15 全車重量中總共有120 公斤鎂合金的部品位置…3-37

表3-16 鎂合金在其他產品的應用…3-38

表4-1 國內外壓鑄規格比較…4-2

表4-2 台灣與中國大陸鎂合金產業之優劣勢比較…4-3

表4-3 壓鑄設備(含周邊)相關之我國專利…4-24

表5-1 第一次輕金屬加工設備技術發展趨勢座談會與會人員名單…5-12

表5-2 第二次輕金屬加工設備技術發展趨勢座談會與會人員名單…5-12

====圖目錄====

圖1-1 輕金屬加工設備研究範圍…1-5

圖1-2 研究架構…1-7

圖1-3 研究程序…1-8

圖2-1 壓鑄鎂合金之熔解溫度範圍及鑄造溫度…2-3

圖2-2 鎂合金壓鑄法…2-6

圖2-3 冷室壓鑄模具組合結構…2-7

圖2-4 進料系統設計…2-9

圖2-5 射出系統之進模口及活塞速度對照圖…2-11

圖2-6 各種材料加工所需動力…2-12

圖2-7 鎂合金乾式、溼式加工之表面粗糙度與切削速度之關係…2-13

圖2-8 鎂合金壓鑄法原理示意圖…2-19

圖2-9 柱塞推動之熱室壓鑄機…2-20

圖2-10 水平柱塞冷室壓鑄機之鑄造情形…2-21

圖2-11 冷熱室壓鑄機…2-23

圖2-12 冷室壓鑄機機構說明示意…2-24

圖2-13 鎂合金熔解爐用保護氣體混合裝置…2-27

圖2-14 鎂合金壓鑄預熱爐…2-28

圖2-15 鎂合金壓鑄(冷室機)自動化作業設備配置示意圖…2-30

圖2-16 鎂合金熱室壓鑄技術關連圖…2-32

圖3-1 我國鎂金屬產業之產業結構…3-7

圖3-2 鎂合金成形產品應用實例…3-25

圖3-3 我國廠商生產之鎂合金產品…3-26

圖4-1 我國鎂產業結構…4-1

圖4-2 FRECH DAW20E 全電壓鑄機…4-5

圖4-3 TOSHIBA DC350J 冷室壓鑄機…4-6

圖4-4 壓鑄速度v.s.成品微結構…4-7

圖4-5 力勁AVIS DC 160 鋅合金熱室壓鑄機…4-8

圖4-6 IDRAPRINCE 四組肘節夾模機構冷室壓鑄機…4-9

圖4-7 ABB IRB4400 速度控制圖…4-11

圖4-8 DELAWARE 發展之Mold and Gauging System(MGS)…4-12

圖4-9 RAUCH Dosing Pump…4-13

圖4-10 HYDRO Metering Pump 結構…4-14

圖4-11 TOYO Metering Pump 結構…4-15

圖4-12 TOYO 壓鑄機多段壓射系統…4-17

圖4-13 Frech 射出監控系統…4-18

圖4-14 觸變成形機示意圖…4-21

圖4-15 JSW 鎂合金觸變射出成形機 JLM280-MGII…4-22

圖5-1 科技預測各種方法…5-2

圖5-2 各種預測方法之定位…5-4

圖5-3 肘節機構…5-24

圖5-4 熱室壓鑄機技術道路圖…5-26

圖5-5 熱室壓鑄機產品發展藍圖…5-26
章節檔案下載
第一章 緒論
8
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第二章 產品分析
35
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第三章 市場分析
38
0 元/點
第四章 技術分析
32
0 元/點
第五章 技術發展分析
27
0 元/點
第六章 結論與建議
6
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