TW490332B - Forging material, molding method and molding apparatus of the material and forged member manufacturing method using the material - Google Patents

Description

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有較南之安全性，同時就σ所 性及很少收端牌忐相y ϋ貝而s ’能以南準確泠 Γ生及很乂收細腔或類似之缺失 *度，均質 配合此射出成形方法，五 X侍权至屬成形產品。 半固態(基本上在溫度心其人二==屬炫融材料在 料至成形腔中之所謂半固體射本1嘴射出及加 本專利公報2- 1 5 620號之先成形方法（例如請參照日 不僅在碡造方法，而且先別技蟄茶考資料）。 半固體金屬熔融材料時 射出成形方法，由於在使用 在下文也包括不在度融材料= ，幾乎不出現所謂之”毛邊/,= t =固體材料）為相對低 射出，故也提供改進生 並適a在咼速及/或高壓之 再者，使金屬炼融材;優，。 中’藉以將未熔融固相部::5 : ’並將其加料至成形腔 融材料照原樣加料。因此>tb合在完全熔融液相部份之熔 之狀態予以加料，因此金屬熔融材料在一種接近層流 以供獲得一種相對均勻σ 允斗包含有氣體為相對少， 之整體的機械特徵。-°σ貪之結構。此可改進所獲得元件 凊予察知，在本案 屬熔融材料為在半固能日士曰中，’’固相"一詞意指"在輕金 ，而，，液相，，一詞意指^不熔融但保持在固態之部份” 觀察所獲得輕金^ ^ 70王熔融並在液體狀態之部份”。 兀全炫融在半固八 口—化π構’藉以可容易自液相， 之部份”，區別上日:二材料狀態，且置在液體狀態 料狀態，但保持在為未熔融在半固體金屬熔融材 脸狀態之部份”。供所獲得元件使用

490332 _n 曰 修正 mi, 89103857 五、發明說明（4) 藝參考資料中所揭示，作為一種藉此鍛造方法製造輕金屬 凡件之製造方法，已知在鍛造過程前，藉鑄造方法，將此 材料置疋至規疋之锻造模具，並使材料經歷鍛造過程，藉 以形成適合鍛造過程之材料（鍛造用材料）之所謂鑄鍛方 法。 根據此鑄鍛方法，可在鑄造（材料）階段，通過鍛造過程 形成一種具有形狀相對相似於成品（鍛造元件）之形狀之^ ^品。這允許簡化鍛造過程僅為一供完工處理之鍛造過 程，並且也允許鍛造複雜形狀之元件。再者，可調整材 結構，以便甚至次級鍛造特性之材料也可經歷鍛造過程， 而不麻煩。 請予察知，在此鑄锻方法，可藉射出成形方法代 方法，進行鍛造用材料之形成。 ~ k 然而，此鑄鍛方法之鍛造過程（鍛造用材料之形 _ )’有時候在熔融材料加料階段等，句入女 ^ 之氣體。如果固化發生在氣體被包含，# 匕招工軋 態，則在鑄造產品内保持有氣體缺陷。牿，部存在之狀 能在高速及高壓進行加料，諸如使用壓模方疋在鍛造過程 用材料形成過程時，則更容易發生氣體^ 法，供此鍛造 成愈加顯著。 见版缺陷，並且問題變 通過僅藉鑄造或射出成形之製造過程， 如氣體缺陷及所謂之，，收縮腔"等缺陪。仅難完全去除諸 之情形，在中央部份之固化比率變低，並 疋 在厚元件 在該部份附近之晶粒直徑變大，在推彡曰口’且在中央部份及 X侍足夠強度上導致另

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五、發明說明（6) __— 得一以具有優異強度特徵之輕金屬 件。 孟作成之堅實鍛造元 鑑於上述技術問題，本案發明人等㉝ 且發現，設定相對密度（以百分比（％曰退1大力研究，並 理論密度所獲得之值）不低於在材G ^ =貫際密度相對於 定值，藉以可使通過鍛造過程，使、、给仏材料）階段之規 件之相對密度穩定固定在报高值，、、,，4材料所獲得鍛造元 之情形，可適當設定模具之閘叫 ^且在半固體射出成形 速度，成形腔之容積及最大剖；積：因：融3料流過閘之 所獲得成形產品（鍛造材料）之相對您，、’錯以有效增加 數量。 ⑴又，以供減低缺陷之 因之，在本發明之第一方面，接 供作為-種經歷鍛造過程之材料=二，造用材料’提 成之锻造元件，該鍛造材料係』半金屬作 而成，供將輕金屬熔融材料在半@ ψ y法換製 中，並有相對密度不低於if怨射出及加料至成形腔 锻造用材料之相對密度之下限設定至9〇%之原因是 =過鍛造過程，使用該材料所獲得锻造元件之相對穷 度穩疋保持在高值（例如不低於99%)，如果鍛造用材料山 相對密度低於此值，似乎實際為較佳。 而且，根據本發明之第二方面，依據本發明之以上方 面，使用一種鎂合金之熔融材料作為輕金屬熔融材料。 、再者，根據本發明第三方面之鍛造用材料，提供一種鍛 造用材料，提供作為經歷鍛造過程之材料，以供獲得一以

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案號 89103857 五、發明說明（7) 輕金屬作成之鍛造元件，鍛造用材料係藉柱塞速度不小於 l[m/s](公尺/秒）之壓模方法，或螺旋速度不小=1[m/s'] ，及相對密度不低於90%之射出成形方法製成。 壓模方法之柱塞速度及射出成形方法之螺旋速度何以具 有1 [ m/ s ]之下限，其原因為在製造階段循環時間變成太 長，如果下限低於此值，便導致缺少實用性，雖缺可減低 由於在鍛造用材料之製造階段包含有氣體而發生氣體缺_ 陷。鍛造用材料之相對密度之下限值何以設定至9〇%之原 因，為難以使通過鍛造過程，使用鍛造用材料所獲得鍛造 元件之相對密度穩定保持在高值（例如不低於99%)，如果 藉壓模方法或射出成形方法（包括使用半固體熔融材料之 情形，以及使用在完全熔融狀態之熔融材料之情形），鍛 造用材料之相對密度低於此值，似乎實際為較佳。 又 再者’根據本發明之第四方面’提供一種^^用材 形方法’供藉一種半固體射出成形方法模製鍛造用材料， 以供在形成鍛造材料時，將輕金屬熔融材料在半固能射 及加料至模具之成形腔中，提供作為經歷鍛造過程=材 料，以供獲得一以輕金屬作成之鍛造元件，該成形方法係 藉在約略垂直於熔融材料入流方向之方向，設定閘剖面積

Sg對成形腔最大剖面積Sw之比Sg/Sw至—值不小於〇. 〇2，、 及，定熔融材料之閘通道速度Vg至一值不大於〗5〇 [m/s]予 以實施。 閘剖面積Sg對成形腔最大剖面積Sw之比Sg/Sw何以設定 至值不小於0. 〇 2之原因，為在此比值不小於〇 · 〇 2時，

曰 修正 即使假定在[5] + t ^八 相比率為很低之情形（特別是在固相比率〇 % j 3 t二融狀態）’也可獲得相對密度不低於9 0%之鍛造用 ;、、融材料之閘通道速度Vg之上限值何以設定至1 50 [m/s」之原因，氩丄 _ 你攸、 马如果熔融材料之閘通道速度Vg超過此值 ’去以穩定獲得相對密度不低於9 0%之鍛造材料。 再丄根據本發明之第五方面，依據本發明之以上方 面/ /糸—精設定熔融材料之閘通道速度Vg至一值不大於1 00 [m/s]貫施模製。 Ϊ :虫材1斗之閘通道速度Vg之i限值何以設定至100[m/s] =’、朴、；、、^卩制熔融材料之閘通道速度V g至一值低於該 =以可％定獲得相對密度不低於9〇%之鍛造用材料。 再者三根據本發明之第六方面，依據本發明之以上方 面/ 精設.定熔融材料之閘通道速度k至一值不大於80 J J 1。炫融材料之閘通道速度Vg之上限值何以 设疋至80[m/s]之月面，炎4/…一 ^ 原U 為抑制熔融材料之閘通道速度Vg 至一值低於該值，即# @ & f # t # # # #+ ~ #使在杈衣厚鍛造用材料時，藉以也可 更I疋彳又付相對岔度不低於90%之鍛造用材料。 再者，根據本發明之笛上+ τ t ^ ，弟七方面，依據本發明之以上方 面’ s又疋閘剖面積Sg餅成犯跡曰， .._ . .. n ,、 成升少月工束大剖面積Sw之比Sg/Sw至 一值不小於U . 1。 閘剖面積S g對成形腔| 士 a =Μ τ ，风小胺取大剖面積Sw之比Sg/Sw何以設定 至值不小於0 · 1之原因，為你LL , +丄r 為使此比值保持在值不小於0 · 1， 即使在模裝厚鍛造用材料時 ^ ^ ^ ^απο/ ^ , 卄可精以也可更穩定獲得相對密 度不低於9 0 %之鍛造用材料。

490332 ——__案號89103857_年月曰 修j：_._ 五、發明說明（9) 再者，根據本發明之第八方面，依據本發明之以上方 面，設定熔融材料之閘通道速度Vg至一值不大於80[m/s] ，並且閘通道速度Vg [ mm/s ]，閘剖面積Sg [ mm2 ]及成形腔 容量Wv[mm3]具有：Vg.Sg/Wv$ 10所表示之關係。 熔融材料之閘通道速度Vg之上限值何以設定至80 [m/s] 之原因，為抑制熔融材料之閘通道速度Vg至一值低於該 值，即使在模製厚鍛造用材料時，藉以也可更穩定獲得相 對密度不低於90%之鍛造用材料。Vg· Sg/Wv之值何以設定 至一值不小於1 0原因，為使此比值保持在值不小於丨〇，即

使在模製厚锻造用材料時，藉以也可消除可能有缺點加料 之發生。 再者’根據本發明之第九方面，依據本發明之以上方 面，係a又疋模製模具溫度至一溫度不低於丨5 〇它及低於3 5 〇 °C實施模製。 ，具溫度（模具溫度）之下限值何以設定至丨5 〇 t之原因 90,之在二具用溫…匕值時’便難以獲得相對密度不低於 因同時設定模具溫度之上限值至350。。， 及熔融材料六Γ Ϊ 有發生諸如過度發生"毛邊" 及熔融材枓谷易自模製模 顧慮。 俠^配表面洩漏寺麻煩之 再者’根據本發明夕势； 形穿置，供將括±弟方面，提供一種鍛造用材料成 出及加料至模具之成形腔 J 口怨自身ί出賀嘴射 之鍛造用材料，其中 7 乂纹侍—種以輕金屬作成 中在大致垂直於熔融材料入流方向之方

490332 案號891〇g^I-月 日 倏丑_ 五、發明說明（10) 向，設定閘剖面積％對成形腔最大剖面積Sw之比Sg/Sw至 一值不小於〇 · 0 2，及设定炫融材料之閘通道速度V g至一值 不大於150[m/s]。 因為與本發明第四方面者之相同原因，閘剖面積S g對成 形腔最大剖面積S w之比S g / S w設定至值不小於〇 . 〇 2，及溶融 ’ 材料之閘通道速度Vg之上限值設定至值不大於150[m/s]。 · 再者，根據本發明之第十一方面，依據本發明之以上方 面，設定炫融材料之閘通道速度V g至一值不大於1 〇 〇 [ m / s ] 〇 因為與本發明第五方面者之相同原因熔融材料之閘通道 籲 速度Vg之上限值設定至100[m/s]。 再者’根據本發明之第十二方面，依據本發明之以上方 面，設定熔融材料之閘通道速度Vg至一值不大於8〇[m/s]。 因為與本發明第六方面者之相同原因，熔融材料之閘通 道速度Vg之上限值設定至80[m/s]。 再者，根據本發明之第十三方面，依據本發明之以上方 面，設定閘剖面積Sg對成形腔最大剖面積Sw之比Sg/Sw至 一值不小於0 . 1。 因為與本發明第七方面者之相同原因，閘剖面積Sg對成 形腔最大剖面積Sw之比Sg/Sw設定至值不小於〇.1。 再者，根據本發明之第十四方面，依據本發明之以上方 面，設定熔融材料之閘通道速度Vg至〆值不大於8〇[m/s] . ，以及閘通道速度Vg[mm/S]，閘剖面積Sg[mm2]及成形腔 容量Wv[_3]，具有：Vg· Sg/Wv g 1〇所表示之關係。 ‘

89103857.ptc 第14頁 490332 — 案號 89103857_年月日 修正 __ 五、發明說明（11) 因為與本發明第八方面者之相同原因，熔融材料之閘通 道速度Vg之上限值設定至80[m/s]之值，及Vg.Sg/Wv之值 設定至值不小於1 0。 再者，根據本發明之第十五方面，依據本發明第十至第 十四方面之任一方面，係藉設定模製模具溫度至溫度不低 於1 5 0 t及低於3 5 Ot實施模製。 因為與本發明第九方面者之相同原因，模具溫度（模具 溫度）之下限值設定至1 5 0 °C之值，及上限值設定至1 5 0 °C 之值。

再者，根據本發明之第十六方面，提供一種鍛造元件製 造方法，供鍛造藉申請專利範圍第4至9項之任何一項之成 形方法，在鍛造比率不低於25%所模製之鍛造用材料。 鍛造比率何以設定至值不低於25%之原因，為可使所獲 得之鍛造元件之相對密度穩定保持在高值（例如不低於X μ%)，在鍛造比率不低於該值實施鍛造過程，似乎實際為 較隹實施例之詳細 以下將參照附圖，取採用射出成形方法 作為實例之情形，詳細說明本發明之較佳二：,

首：請參照根據本實施例形成鍛造:e圖。 圖，略示-供根據本發明之實施例 ：圖1為解转 鍛造材料之射出成形裝置，其一部份之=射出成形輕金 如在此圖中所示，射出成形裝為二面。 ^ 括一圓筒2，其在其尖端部份有一噴吻之螺鉍I，^ 並由一提供在

490332 案號 89103857 五 發明說明（12) 週邊表面之加熱器4予以加熱，一螺旋6予以可旋 :圓筒2内，及一成形機體5與圓筒2連接，一回疋式支二 例如設有一馬達機構，一減速器等，供旋轉式驅動。。7 6，一料斗8，在其中裝載及儲存原料，及一進給哭〃疑 進給原料至成形機體5，同時測量料斗8内之原&杰’供 雖然未特別例示，成形機體5在内部設有一高、 構，供使螺旋6向嘴嘴3側推進。此高速射出機"構' 射出機 為根據規定之定時推進螺旋6 ’在發生後退時 構1 之後退預定距離，停止螺旋6之旋轉，並同時蜾^疋 後退運動。 止螺％之 射出成形裝置1予以設定在定位，致 與一與成形腔1 1連接，並配合與一金屬呈 邛路徑 2之前導端側使用之流道部份i 2連通。、/、 合之圓筒 裝載及儲存在料斗8中之原料，以規定之 並藉進給器9進給至成形機體5，然予乂:二 至圓筒2 ’置在加熱狀態。進給之 轉累凝6進給 溫度，同時在圓筒2内藉螺旋6之旋轉予予以以足。熱至規定之 捏。根據本實施例’通過此過程獲得 ：二及搓 於熔點，f在半固態之輕金屬熔融材料。車乂佳為在溫度低 當如此獲得之輕金屬熔融材料㈤… 出時，壓力使螺旋β後退。根據悲在螺旋6前面擠 希望之速度後退。 法，可強制螺旋以 如果使螺旋6後退預定距離，妙 射出機構（未示）檢測以上事件，“、、在1成形機體5内之高速 亚且停止螺旋6之旋轉，

並同時停止後退運重力 行原料之測量。 設定螺旋6之後退距離，藉以可進 然後’藉兩速射出避姐 — 停止，並且置在後退未示)使螺旋6推進’其使旋轉 半固態之輕金屬熔融材料 1力@ \稭以將在 中。亦即，輕全、 、出至金屬模具1 〇 出並加料至成形腔丨i中。 、丨1刀u 自贺囔3射 在本實施例，使用_夺舎乂M 、人人 i-八b 々 種叙（Mg)合金作為原料，a為一種

Li ^ 、雨、ί衣H /早8中。一自料斗8延伸至成形機體5内側之 i二入入 填滿一種惰性氣體(例如氬），以供防止 原料（Mg合金顆粒）之氧化作用反應。 金屬模具1 0之成形腔i!較佳予以形成為形狀相似於供在 此射出成形後進行鍛造過程所使用鍛造模具（未示）之形成 腔之形狀，並可獲得一相似於鍛造元件之半完工射出成形 產品（鍛造用材料），其為在隨後過程所獲得之產品。 這使旎簡化锻造過程至僅為一完工處理鍛造之過程，並 使能鍛造甚至複雜形狀之元件。再者，甚至次級鍛造特性 之材料也可順利經歷鍛造過程。 根據本實施例，射出成形裝置1之螺旋6，其推進速度（也 較佳為後退速度）予以設定至一值不小於丨[m/ s ]。螺旋速 度之下限值設定至l[m/s]，因為如果下限設定低於此值，在 製造階段之循環時間變成太長，而導致缺少實用性，雖然可 減低在鍛造用材料之製造階段由於包含有氣體而發生氣體

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JJ1_89103857 五、發明說明（14) 缺陷。 、即使在使用炫融㈣，在丨全炫融狀態實施射 法，藉以杈製鍛造用材料之情形，也較佳為設 / …小一峰/s]。而且，即使在藉壓模方法：替疋= 形方法，λ把製造鍛造用材料之情形，也較佳為設定 度至一值不小於1 [m/s (公尺/秒）]。 土 壓模方法之柱塞速度及射出成形方法之螺旋速度，其下 限值設定至1 [m/s]，因為如果下限低於此值，在製造階段之 循環時間變成太長，而導致缺少實用性，雖然可減^ :造 用材料之製造階段，由於包含有氣體而發生氣體缺陷。 吾人曾進行各種試驗，俾獲得一種以輕金屬合金作成之 高品質鍛造用材料，其具有少量缺陷，並係藉適當設定射出 成形狀況，藉射出成形裝置1模製而成，並藉適當設定鍛 造狀況，使所獲得之锻造用材料經歷锻造過程，以使锻造元 件具有優異強度特徵及堅實性。 以下將說明諸試驗。首先，表1中示使用作為此等連串試 驗之樣品之合金之化學組成。請予察知，表1中所示合金A 至D當中，合金B及合金D對應於ASTM AZ91D，其通常因為降 低之鍛造特性，而視為不適合使用於鍛造工作。 表1 (單位：以重量計百分比） A1 Zn Μη F e Ni Cu Mg 一 合金A 7. 2 0· 2 0. 22 0.003 0.0008 0.001 其餘部份 合金B 9. 2 0. 7 0. 22 0. 004 0. 0008 0.002 一 _______________ 其餘部份

89103857.ptc 第18頁 4^0332 案號 89103857 五、發明說明（15) 修正

〈試驗1〉 0. 003 ___ΓΤοϊ •Τ先請參照試驗1，其檢查在材料階段（亦即在锻造前） t通，=造所獲得元件之相對密度施加相對密度之影響’。 圖2及3為解釋平面圖及解釋垂直剖面圖，示一在此試驗 所使用之鍛造用材料揭σ夕d 何討樣之形狀。圖4為通過鍛造所獲得 樣品之解釋垂直剖面圖。在 于 以毫米（[])指示m 5圖4中，表不尺寸之數字 以日丁 在表1中所示之四型合金樣品當中在 試驗1使用合金A作為材料。 作田甲，在 如自此緒圖明白 A 士卜士" v $人# y皿形狀，在上側之外週邊表面設有一環狀 π & L & ϋ、在材料藉鍛造模具（未示）予以調節，以便 不^ 部之外徑及寬度（亦即環狀凸起部之内徑 尺寸及外徑尺寸)之狀態，施加鍛造壓力至凹座，_得 一鍛造元件w 1 f。 从猎从彳又行 在此又，僅調節鍛造用材料wim之環狀凸 =，並且因此，其將行塑性變形，因而有凹 變薄，並且環狀凸起部變古+日^ #神尽之中央口Μ刀 法，允許锻造用材料Wlm广亦即措、戶“之未封閉鍛造方 之至少一部伤（在此情开彡為狀Λ ;部之亡表面側)自由塑性變形，代替在鍛造 並且不完全封閉之锻造介、/、斤 ， 過程，供自圖2及圖3中；= = 制’實施鍛造 不之鍛造兀件w 1 f。如人加 又付園4 τ m 們所熟知，在此未封閉鍛造方法之

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修正

A 號 89103857 五、發明說明（17) ϊ二tv主f4早度捭？出成形方法之螺旋速度至-值不 足夠高生產力' 製造階段之循環時間』以可獲得 由於即使在此情形，在材 對材料實施鍛造過程，可所對：度不低於9⑽， 定保持在-視為實際較佳ί: =3件之相對密度穩 未封閉鍛造方法）…值」例如不低於99%)(即使藉 造元件。 虱體缺陷寻缺陷，糟以獲得堅實之鍛 〈試驗2 > 造之參二通過半固體射出成形對成形產品(鍛 。在此試驗2 Φ &加溶融材料之閘通道速度之影響 B作為材料 中所示之四型合金樣品當中，使用合金 結才i。為根解撼釋卜圖：略不""在此試驗2及試驗3所使用模具之腔 至—對^ 1杈具，一流道區段以1經由—閘區段Cgl連接 所示芩;；成形產品之形狀之成形腔Cwl。將一已在圖中 面積二(門之立丨方㈣過流道區段Crl之炫融材料，“小通道 階段和Γ丨 ）之閉區段⑷加料至成形腔中以1。在此 ⑺者Λ閘區段Cgl ’俾有一閘剖面简遠小於流道區段 加。，亚因此，在通過閘區段時，使熔融材料之流動速度增 度±2,在熔融材料通過閘區段以1之速度（閘通道速 又 、又日才，測量成形產品（鍛造用材料）之相對密度。請

89103857.ptc 第21頁 490332 i號 89103857 五、發明說明（18) 曰 修正 ^ 乂文此蚯融材料之閘通道速度 ?2中不測量結果。如在㈣之曲線圖中五 人 '現，在間速度超過速度约15〇[m :、，口 k(閉速度)增加，並且相對密度低·= f 密度減低。當閉速度增加，此似 產扣之相對 繼及加料階段變成更難以保持在接= : = 融材料在較接近層流之狀態射：以將焓 -種有相對密度不低職之二^。’亚可 其次請參照試驗3，其檢杳圖5中所+ -^ ^ , ^swc ^ . ϊ 在此試驗3,在固相比率為10%之情形及固相 情形，使比值Sg/Sw自。.02改變至〇.卜藉以測量成J二, 材料)之相對密度。在此試驗3,在表i中所示之；； 合金樣品當中，使用合金B作為材料。圖13中示測量結i 如在圖1 3之曲線圖中明白所示，在比值4/3评不小於 〇· 06時，鍛造用材料之相對密度為約略固定並可保持·、— a 值約m。在比值Sg/s〇大於約0.06日夺，當此值減低= 89103857.ptc 第22頁 月 曰 號 8910^57 五、發明說明（19) 對在、度減低。然而，即使在測量範圍之下限 每“時，相對密度也不低於94%，意指比值足夠Sgaw = 具锻造元件所必要之9 〇 %。 。超過獲得堅 =固相比率減低時相對密度減低。 =圓，設定比崎/Sw至一值不小於0.02，/以據^ 3之曲 =在較接近層流之狀態射出及加料至成：〜可將炫融 :固相比率报低(特別是，在固相比率為〇。/二：垃即使假 用材料。允°午了罪獲付一種相對密度不低於90%之鍛造 約：：：面積Sg之比值Sg/Sw對成形腔之最大剖面積S… 於炼融材料入流方向之方向)減低時，所以 料自閘區段Cgl Λ ^ t Γ 此比值減低時，在炫融材 於難以保持接近1層:繼然增加，及因為由 〈試驗4 > 狀悲，而會谷易包含有氣體。 產ΐ (次么參照試驗4，其檢查藉半固體射出成形模製厚成r ί:匕造用材輯，對成形產品之相對密度所施力I: 表2中辦一狀，表不尺寸之數字以毫米（[_])指示。在 料。不之四型合金樣品當中，使用合金C及合金D作為材 在ϋ ΓΤ產品（或鑄造產品）之厚度，已確立之實際標準， '聖极方法之情形，厚度正常限於厚度約6 [ mm ]，並且

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_ 案號 89103857 五、發明說明（21) 9 0 %之锻造用材料。 因此，即使成形產品厚或假設固相比率报低（特別θ ，在 固相比率為0%之完全熔融狀態），設定熔融材料之閉^道 度Vg至一值不大於100[m/s]，藉以也可容易將熔融$ ^在 較接近層流之狀態，射出及加料至成形腔中，並且這允二口 靠獲得相對密度不低於90%之鍛造用材料，而缺陷之 j I 到有效限制。 里叉 更佳為，設定熔融材料之閘通道速度V牵 王值不大於 [m / s ]，藉以可穩疋獲得較南相對密度之锻造用材 〈試驗5 > 一其次請參照試驗5，其在藉半固體射出成形形成圖6 不之厚成形產品（鍛造用材料）時，檢查閘剖面積以 腔之最大剖面積Sw (在約略垂直於熔融材料入流方向 夕 向）之比Sg/Sw，在成形產品（鍛造用材料）之相"對密之方 加之影響。 ^ m ^ 在此試驗5，在固相比率為23%之情形，在〇 〇2至〇 =變比值Sg/Sw，藉以測量成形產品（锻造用材 ，相。再者’設定閑通道速度〜至叫仏 ) 貫靶試驗。在此試驗5,在表丨中所示之四 二 使用合金D作為材料。圖15中示測量梦果。“银°口虽中’ 如在圖15之曲 '線圖中明白戶斤示，在°比值不小 〇古1 %，鍛這用材料之相對密度為約略固定，並可保持二 咼值不低於9 9 %。在比值s g / S w小於約η Ί 士 ’、、、 對密度急劇減低。然而，即使在比值"怜’S lt值^低相 值6g/Sw = 0· 02在測量範

\\326\2d-\91-01\89103857.pt 490332 __案號89103沾7 年 3_g_. 修正__ 五、發明說明（22) 圍之下限時，相對密度也不低於9 3 %，意指比值為足夠超 過獲得堅實鍛造元件所必要之9 〇 %。 因此，設定閘剖面積Sg對成形腔之最大剖面積Sw(在約略 垂直於熔融材料入流方向之方向）之比Sg/Sw至一值不小於 〇 · 1，藉以可將熔融材料在較接近層流之狀態，射出及加料 至成形腔中，並可更穩定獲得相對密度不低於90%之鍛造材 料。再者，即使在模製厚鍛造用材料時，有效限制缺陷之數 量，藉以也可更穩定獲得相對密度不低於90%之鍛造用材料 〇 〈試驗6> 其次請參照試驗6，其在藉半固體射出成形形成圖6中所 示之厚成形產品（鍛造用材料）時，檢查閘通道速度Vg [mm/s]，閘剖面積sg[nun2]及成形腔容量Wv[mm3]間之關係， 在加料至成形腔中之熔融材料之特性所施加之影響。請 予察知，在表1中所示之四型合金樣品當中，各使用合金C 及合金D作為材料。 在此試驗6，在固相比率為4 0 % (合金c)之情形，及固相 比率為5 2 % (合金D )之情形，在5至1 5 〇之範圍以内改變 Vg. Sg/Wv之值，藉以實施模製，並檢查每一成形產品存在 或不存在有缺點之加料。 。又疋閘剖面積Sg對成形腔之最大剖面積Sw(在約略垂直 於熔融材料入流方向之方向）之比值Sg/Sw至0· 2，及設定閘 通迢速度Vg至一值不大於8〇[m/s]，藉以實施此第六試驗。 下列表2中示試驗結果。

\\326\2d-\91-01\89103857 490332 ±-^』 倐正______

— 案號 89103857 五、發明說明（23) 固相比率

• 2，Vg $ 80 在Vg.Sg/Wv之值為

一表2一 合金 C

D *Sg/Sw 如在表2中清楚所示，不論固相比率， 五時，發生有缺點加料，並且在此值不yj 點加料。

因此，即使在模製厚鍛造用材料時，使閘通道速度Vg [mm/s ]，閘剖面積Sg [ mm2 ]及成形腔容量wv [ mm3 ]具有 Vg· Sg/Wv - 1〇所表示之關係，也可藉以消除可能發生有缺 點加料之顧慮。 再者，即使在此情形，設定熔融材料之閘通道速度Vg至一 值不大於80 [m/s ]，也可藉以將熔融材料在遠較接近層流之 狀態，射出及加料至成形腔中，並可遠較穩定獲得相對密度 不低於90%之鍛造用材料。再者，即使在模製厚鍛造用材料

\\326\2d-\91-01\89103857.pt 第27頁 490332 案號 89103857 年 月 曰 修正 五、發明說明（24) 時，有效限制缺陷之數量，也可藉以更穩定獲得相對密度不 低於9 0 %之鍛造用材料。 〈試驗7〉 其次請參照試驗7,其在藉半固體射出成形形成厚成形產 品時’檢查成形模具溫度（模具溫度）在產品（鍛造用材料） 之相對密度模製所施加之影響。 圖7為此試驗7之成形產品之解釋平面圖，其中參考圖 號Wr3及Wf 3分別指示在模具對應於一流道區段及一溢流區 段之假想部份。請予察知，在圖7中，表示尺寸之數字以毫 米（[_])指示，其中閘區段之厚度及成形產品W3之厚度，分 別予以設定至2[111111]及1〇[111111]。在此試驗7，在表1中所示之 四型合金樣品當中，使用合金A作為材料。 在此試驗7,在固相比率為20%之情形，在1〇〇它至2〇〇它 之範圍以内改變模具溫度，藉以實施模製，並測量每一所獲 得成形產品（鍛造材料）之相對密度。配合此測4，將成形 產品W3劃分為如圖7中所示之15部份，並測量所割分部份之 相對密度，以檢查變化之幅度。圖丨6中示試驗姓果。 如圖16中之曲線圖清楚所# ’所獲得成形產°品之相對密 度為較低，並且當模具溫度之設定值變較低時，變化變成較 大0 不 溫 或 然而，吾人發現，即使在變化之下限佶 低於15〇。。，㈣以獲得相對密度；：於：模具溫度 關於模具溫度之上限值，吾人已知，在模具溫 度不低於約3 50 °C時，會容易發生諸如過度發生”&毛邊”， ^0332 ------Ά 8910^857_年月曰 修正__ 五、發明說明（25) 炫1融材料容易自模製模具之模具匹配表面洩漏等麻煩。 亦即’保持模具之溫度不低於1 5 0 °C及低於3 5 0 °C實施模 製’藉以避免諸如過度發生諸如過度發生”毛邊"，或熔融 材料容易自模製模具之模具匹配表面洩漏等麻煩，及甚至 厚成形產品可穩定獲得相對密度不低於9 0%之鍛造用材料 <試驗8> 其-人睛參照試驗8，其檢查在锻造過程，在锻造元件之相 對欲度所施加鍛造比率之影響。

圖8至1 〇略示在此試驗8獲得有μ g合金锻造用材料之锻$ 元件樣品之方法。在此試驗，如圖8中所示，製備一尺寸 1(南度）x B1(免度）χ L1(長度）之矩形平行六面體鎮合、 锻造材料Ml,固持在一對固定板P1之間，俾牵制在例如°此 材料Μ之寬度方向，並在此狀態，利用在垂直方向（在圖9中 垂直於頁面之方向）所施加之壓縮負載，經歷塑性工作（ 造過程），以供形成如圖10中所示鍛造元件之樣品。 又 二此’Λ材:斗Γ之垂直方向之尺寸自初始值改變至Α2 據下列方程（1 )計算此鍛造之鍛造比率： 在此h形，根

鍛造比率=(A卜A2)/A1 x 100[%] 在本實施例，設定鍛造用材料M1之初始 ⑽1=A2=12 []及L1 = 50 [mm]之值心：二心 鍛造元件樣品，予以作為樣本經歷相 斤-。’ 在此試驗8,有9〇%至92.5%之相對密度之

\\326\2d-\91-01\89103857.ptc 第29頁 490332 _ 案號 89103857 _ 年月曰__修年___ 五、發明說明（26) 鍛造前（鍛造比率為0 % )經歷鍛造過程，同時在〇至5 〇 %之範 圍以内改變锻造比率’並測量所獲得鍛造產品之相對密度 。在此試驗8，在表1中所示之四型合金樣品當中，使用合金 A作為材料。 圖1 7中示試驗結果。電子顯微照相（各有5 〇倍之放大倍 率）分別示在圖1 8及圖1 9中所示鍛造比率為1 5 %之情形，及 鍛造比率為25%之情形，鍛造元件之金相結構之實例。 如圖17中之曲線圖清楚所示，在鍛造比率不低於約25%時 ，鍛造元件之相對密度接近一固定值，並可保持一高值超 過約9 9 %。在鍛造比率低於約2 5 %時，當鍛造比率減低時 對密度急劇減低，並且在最大值與最小值間之變化增加。 亦即，通過鍛造過程在材料所施加之壓縮力被消耗，以供 去除材料内之缺陷，及在锻造比率低於約2 5 %時，使材料堅 實之目的。在去除材料内之缺陷後，為通過鍛造使材料 一步塑性變形，藉以增加強度，必須設定鍛造比率不低於 2 5 〇 根據圖1 8及圖1 9中所示之電子顯微照相，以黑塊 式存在之部份，為有缺陷部份。可發現在鍛造比率為25”。/二 ，較之在鍛造比率為1 5 %時，缺陷大為減少。 可 根據以上說明，設定鍛造比率不低於25%，藉以可 得鍛造元件之相對密度穩定保持在似乎實際為較佳之古= (例如不低於99%)。亦即有效去除在材料模製 = 内所產生之缺陷，藉以可獲得堅實之鍛造元件。，在材枓 如以上所說明，根據本實施例，在材料（鍛造用材料）階段

曰 修正 設定相對密；# $ 用此材料戶=不低於90%，#备以可使通過鍛造過程使 在半固雕於Γ给以兀件之相對密度穩定獲得在很高值。 材料之二、1、首成形之情形，適當設定模具之閘剖面積，熔融 以可有二"!k速度，成形腔之容積及最大剖面積等因數，藉 $減π 進所獲得成形產品（鍛造材料）之相對密度，允 士材粗斤 數s。再者，在鍛造相對密度不低於90%之鍛 内在^ 模没制定办锻造比率不低於25%，藉以可有效去除材料 件。 杈衣狀態所產生之缺陷，允許獲得堅實之鍛造元 鍛以；=:依據使用半固體射出成形…供模製 效適用於採;‘ I ί说明。然而，本發明不限於此，並能有 態之形，該射出成形方法使用—種在完全熔融狀 上述二ί I材料，或例如壓模方法之鑄造方法。雖然 有ii::rMg合金作為予以射出之㈣，本發明也可 、用於使用另一種輕金屬作為材料之情形。 偏=2之!!說ϋ，本發明不限於任一上述實施例，並且在不 改及改之範圍以内，就設計而言，當然允許經歷各種修 固月第一方面之鍛造用材料，可獲得由於使用半 料階段為ΐ::二之特定效應及操作’並且相對密度在材 ’、、、不低於90/r因此，使用該材料實施鍛造過程，藉

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Bill

第31頁 490332 案號 89103857 修正

五、發明說明（28) — 以可使所獲得鍛造元件之相铒_十/ 造方法之情形）穩定保持在在所謂未封閉锻 低於99%)。亦即，去除在材4、貝P不為較佳之岗值（例如不 缺陷，藉以可獲得堅；；階段在材料内所產生之 根據本發明之弟_方面，^產吐其士 以上方面者之效應。特別是了 = ” 於本發明之 =『性之Mg合金作為材料時，通過？造通過常广=有: 除材料内之缺陷，允許獲得堅實之鍛造元件。，也有效去 根據本發明第三方面之锻造用材料 度及成形方法之螺旋速度射出 ^法之柱基速 利用此種配置，適當保持在製造各階予;^盾疋環不小於I k小 過程，藉以可獲得足夠高生產:衣日守間，採用此等 料階段不低於9〇%。因此，使用該材料；：：造對過密材 可使所獲得鍛造元件之相對密度（ ^私，猎以 方法之情形)保持在似乎實瞻』 藉以可獲得堅實之鍛造元件。 產生之缺陷， 根據本發日月第四方面之锻造用材料成形 於使用半固體射出成形方法之特定效應及操作，以= 固體射出成形，在模製鍛造用材料時設 料：：： 道速度Vg不大於15G[m/s]e利用此種配置，;之閘通 ，較接士層流之狀態射出及加料至成形腔中，並㊁::J : 得相對密度不低於9 〇 %之鍛造用材料。再 μ — 心疋又

Sg對成形腔最大剖面積Sw(在約略垂直於炫:材

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490332 修正

-EE_89l〇3857 五、發明說明（29) 二^ t向）之比Sg/Sw至值不小於〇. 〇2 2 層流之狀態射出及加料至成形腔中： = ^ ^ ^ tt ί # Λ /Λa/ ^ο% - ^ ^ t), 然後，使用一種相對贫又产在姑於〇%之疮造用材料。 材料實施锻造過程上；之锻造用 :使怖胃未封閉锻造之情形)穩定保：：似度( ===值（例如不低於99%)。亦即，去H 乂 =/之缺陷，藉以可獲得堅實之锻造元V 根據本發明之第五方 午 以上方面者之效岸。特w θ 了產生基本上相似於本發明之 全熔融狀態），設定炼、^料 ' 疋，在固相比率為0%之完 imm/s]，也可藉以將^融料材之料閘在通；^速度Vg至一值不大於 及加料至成形腔中，並 ^t接近層流之狀態，射出 更穩定獲得相對密度不：於 制缺陷之數量，藉以 根據本發明之第六方面， 以上方面者之效應。特 μ〜土本上相似於本發明之

Vg不大於80[m/s]。a疋’^又疋炼融材料之閘通道速度 兄許將k融材料在龄垃 態，射出及加料至成形腔在^又接近層 >爪之狀 低於9〇%之鍛造用材料。^伸^更^定獲得相對密度不 制缺陷之數量，也可藉二鍛造材料時，有效限 鍛造用材料。 更私疋狁侍相對密度不低於90%之 根據本發明之第七方面，可產生基本上相似於本發明之

89103857.ptc 第33頁 490332

以上方面者之效應。特別是，設定閘剖面物對成形腔最 大剖面積Sw(在約略垂直於熔融材料入流方向之方向）之比 Sg/Sw至值不小於0」。這允許將熔融材料在較接近層流之 狀態，射出及加料至成形腔中，並允許更穩定獲得相對密 度不低於90%之鍛造用材料。即使在模製厚鍛造材料時有 效限制缺陷之數量，也可藉以更穩定獲得相對密度不低於 9 0 %之鍛造用材料。 · ' 根據本發明之第八方面，可產生基本上相似於本發明之 以上方面者之效應。特別是，設定熔融材料之閘通道速度 Vg不大於80 [m/s]。這允許將熔融材料在遠較接近層流之 狀悲，射出及加料至成开> 腔中，並允許更穩定獲得相對密度 不低於90%之鍛造用材料。即使在模製厚鍛造材料時，有$ 限制缺陷之數量，也可藉以更穩定獲得相對密度不低於9 〇0/〇 之鍛造用材料。 而且，閘通道速度Vg[mm/S]，閘剖面積Sg[mm2]及成形腔 容量Wv[mm3}，具有Vg.Sg/Wv- 1〇所表示之關係。即使在 模製厚鍛造用材料時，這消除可能發生有缺點加料之顧慮 根據本發明之第九方面’可產生基本上相似於本發明之 以上方面者之效應。特別是，利用設定模具溫度不低於1 5 0 °C及低於3 5 0 °C實施模製。利用此種配置，可更穩定獲得 相對密度不低於90%之鍛造用材料，同時避免諸如過度I生 諸如過度發生”毛邊”，或熔融材料容易自模製模具之模具 匹配表面洩漏等麻煩。

\\326\2d-\9l-01\89103857.ptc 第34頁 490332 案號 89103857 五、發明說明（31) 根據本發明第九方面之鍛造用材料成形裝置， 使用半固體射出成形方法之特定效應及操作。通=闽 體射出成形模製鍛造用材料時，設定熔融材料之閘 度Vg不大於150[m/s]。因此，可將熔融材料在較接近=，古 之狀態，射出及加料至成形腔中，並可穩定獲 ^ ^ ^ 低於90%鍛造用材料。設定閉剖面積sg對成形腔最大^彳度/ 積Sw(在約略垂直於熔融材料入流方向之方向&面 至值不小於0.02。因此，可將熔融材 Sg/Sw 態’射出及加料至成形腔中，即使假定； = 狀 特別是’ I固相比率為0%之完全熔融狀態这午( 得相對密度不低於90%之鍛造用材料。 卫且k允許獲 鈑W過粒，也可措以使所獲得鍛造元件之 1 使在所謂未封閉鍛造之情形)穩定保持在 十：度二即 之高值（例如不低於99%)。亦即 子只際為較铨 t P. ^ m ^ ^ ^ # € # ^ ^ ^ 根據本發明之第十一方面，可產生貝基之Y凡件。 :以上方面者之效應。特別A，設定熔融材= 大:屮1〇°[m/S]。因此’可將炫融材料在較 之狀悲，射出及加料至成形腔中，即;近層机 時，或如果假定固相&率為很低（4 f f衣厚锻造用材料 完全炼融狀態），並且這允許有效限=固相比率細之 =得相對密度不低議之锻造用材;之數量，藉以更 根據本發明之第十二方面， 生基本上相似於本發明 89103857.ptc 第35頁 490332

修· 案號 89103857 五、發明說明（32) 之以上方面者之效應。特別是， - 度Vg不大於80[m/s]。這允許 谷融材料之閘通道速 狀態，射出及加料至成形腔中：，…並一材料在較接近層流之 度不低於9 0 %之锻造用材料。即 '' 争，更知定獲得相對密 效限制缺陷之數量，也可藉以卩1 f拉製厚鍛造材料時，有 90%之鍛造用材料。 ％疋獲得相對密度不低於 根據本發明之第十三方面，可 之以上方面者之效應。特別η —基本上相似於本發明 最大剖面積Sw(在約略垂直於烷又^閘剖面積Sg對成形腔 比Sg/Sw至值不小於0· 1。這允 爪方向之方向）之 流之狀態，射出及加料至成形胪中廿^ ^ 在季接近層 密度不低於90%之鍛造用材料。’、’ 5更穩定獲得相對 料日4右对卩卩制缺卩々之齡b ’卩使在模製厚锻造材 枓％，有效限制缺fe之數1，也可藉以更稃 々 度不低於9 0 %之鍛造用材料。 〜 又于相對植 根據本發明之第十四方面，可吝 J座生基本上相似於本發明 之以上方面者之效應。特別是，抓令p a u L丨 、 4疋 5又疋込融材料之閘通道速 度Vg不大於80[ni/s]。這允許將熔融材料在較接近層流之 狀態，射出及加料至成形腔中，並允許更穩定獲得相對穷产 不低於90%之鍛造用材料。而且，即使在模製厚鍛造材二$ ，有效限制缺陷之數量，也可藉以更穩定獲得相對密度不低 於90%之鍛造用材料。 & & * 再者，閘通道速度Vg [ mm/s ]，閘剖面積Sg [ mm2 ]及成形腔 容量Wv[mm3]具有Vg· Sg/Wv - 1〇所表示之關係。即使在模 製厚鍛造用材料時，這可消除可能發生有缺點加料之顧慮

銮號 89103857 五、發明說明（33) 修正 根據本發明之第十五方而 ^ ^ . ^ ^ , 之u μ七品本夕拎處 面，可產生基本上相似於本發明 / μ。特別是，設定模具溫度不低於1 5 0 t 及低於35(PC。利用此種配置，可更穩定獲得相對密度不 低於9 0 %之鍛造用材料 η # „ ^ ^ ^ 叶，同日可避免諸如過度發生諸如過度發 生π毛邊”，或熔融材料容县白描制#目々士“ θ而 又知 、s μ十β Tt奋易自核製核具之杈具匹配表面洩 漏寺麻煩。 々根據本發明第十六方面之鍛造元件製造方法，藉本發明 第四至第九方面之任一方面之成形方法所模製之鍛造用材 料，在鍛造比率不低於25%予以鍛造。因此，可產生基本 上相似於本發明第四至第九方面之任一方面者之效應土。再 f ’可使所獲得鍛造用材料之相對密度穩定保持在一似乎 實際為較佳之高值（例如不低於9 9% )。亦即，有效去除材料 内在材料模製階段所產生之缺陷，藉以可獲得堅實之鍛 元件。

89103857.ptc 第37頁 修正 490332 MM 89103857 圖式簡單說明 圖1為部份剖面解釋圖，略示一根據本發明實施例之 出成形裝置之構造； 圖2為一供試驗1所使用鍛造材料樣品之解釋正視圖； 圖3為試驗1之鍛造用材料樣品，沿圖2之線γ3-γ3所取之 解釋垂直剖面圖； 圖4為一採用試驗1之鍛造用材料樣品之鍛造元件之解釋 垂直剖面圖； 圖5為透視圖，略示一在試驗2及試驗3所使用模具之腔 結構； 圖6為透視圖，略示一根據試驗4，試驗5及試驗6之厚成 形產品之形狀； 圖7為解釋平面圖，略示一根據試驗7之成形產品之形 狀； 圖8為一根據試驗8之鍛造用材料之透視圖； 圖9為解釋圖，略系一根據試驗8之鍛造用材料之鍛造過 程； 圖1 0為解釋圖，米〆通過試驗8所獲得之鍛造元件樣品； 圖1 1為曲線圖，系根據試驗1之試驗結果’鍛造前相對 密度與鍛造後相對密度間之關係； 圖1 2為曲線圖，系根據試驗2之試驗結果，輕金屬溶融 材料之閘通道速度與成形產品之相對密度間之關係； 圖1 3為曲線圖，系根據試驗3之試驗結果’輕金屬炼融 材料之閘剖面積Sg對成形腔最大剖面積Sw之比（Sg/Sw)與 成形產品之相對密度間之關係’

第38頁

89103857.ptc 490332 案號 89103857 年 月 曰 修正 圖式簡單說明 圖1 4為曲線圖，示根據試驗4之試驗結果，輕金屬熔融 材料之閘通道速度與厚成形產品之相對密度間之關係； 圖1 5為曲線圖，示根據試驗5之試驗結果，輕金屬熔融 材料之閘剖面積Sg對成形腔最大剖面積Sw之比（Sg/Sw)與 厚成形產品之相對密度間之關係； 圖1 6為曲線圖，示根據試驗7之試驗結果，模具溫度與 成形產品之相對密度間之關係； 圖1 7為曲線圖，示根據試驗8之試驗結果，鍛造比率與 鍛造元件之相對密度間之關係； 圖1 8為電子顯微照相，示在試驗8，在鍛造比率設定至 1 5 %之情形，鍛造元件之金相結構之實例；以及 圖1 9為電子顯微照相，示在試驗8，在鍛造比率設定至 25%之情形，鍛造元件之金相結構之實例。

89103857.ptc 第39頁

Claims (1)

1. 490332 案號 89103857 年__Μ 日 六、申請專利範圍 ,Μ ， 1 · 一種鍛造用材料成形方法，用於在形成鍛造用极\ # 提供作為將經歷鍛造過程之材料，以供獲得一以〆糍权鱗 屬作成之鍛造元件時，藉半固體射出成形方法，將〆種、 4:¾ 合金熔融材料在半固態射出及加料至模具之成形腔中’、 製一種鍛造用材料， 該成形方法係藉設定閘剖面積Sg對成形腔最大剖面積Sw 在約略垂直於熔融材料入流方向之方向之比Sg/Sw至’值 不小於0· 1，及設定熔融材料之閘通道速度Vg至一值不大 於80[m/s]予以實施， 其中，閘通道速度Vg [ mm/s ]，閘剖面積Sg [ mm2 ]及成形 腔容量Wv[mm3]具有Vg .Sg/Wv^liUl/s]所表示之關係， 且該鍛造用材料之相對密度不低於9 0 %。 2 ·如申請專利範圍弟1項之鍛造用材料成形方法’其 中，使保持模具溢度在溫度不低於150 °C及低於3 5 0 °C，藉 以實施模製。 3 · —種鍛造元件製造方法，用於鍛造藉申請專利範圍第 1項之成形方法，在鍛造比率不低於25%所成形之鍛造用材 料0

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