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科技專案成果

精微金屬零組件 熱處理技術暨國產設備開發
發佈日期:2021-04-19
單位:財團法人金屬工業研究發展中心
案例年度:2020
簡介:
微型零組件熱處理 不必再依賴國外
微型零組件尺寸小於φ2mm以下時,以傳統大型設備與製程進行熱處理會遇到瓶頸,因此需仰賴精微零組件熱處理設備,然而這些設備長期以來皆自國外進口,臺灣業者面臨投資成本高、設備回收期長、維修保養不易等問題。為了解決這些困境,財團法人金屬工業研究發展中心投入相關研發,已有所成。

特色:

獎項名稱:傳統產業貢獻獎
執行單位:財團法人金屬工業研究發展中心
計畫名稱:關鍵產業用高值金屬材料暨製造技術國產自主研發計畫(3/4)
資料出處:109年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

研發團隊團體照

▲ 研發團隊合照
 

微型零組件尺寸小於φ2mm以下時,以傳統大型設備與製程進行熱處理會遇到許多瓶頸,包括產品性質不均,無法接軌國際,以及收料率無法提升,嚴重影響終端產值等問題,因此需改為採用精微零組件熱處理設備來進行。
 

然而,臺灣產業所需的精微零組件熱處理設備長期自國外進口,系統要價高達新臺幣1,500萬元,且僅含淬火爐系統,導致業者面臨投資成本高、設備回收期長、維修保養不易、需另以批式爐進行回火處理等問題。
 

精微金屬零組件熱處理設備

▲ 精微金屬零組件熱處理設備
 

提升熱處理品質 解決精微產業痛點
 

為了解決這些問題,計畫團隊從多個方面著手。首先是建構精微金屬零組件熱處理設備,提升熱處理品質。其次,優化金屬零組件收料機構,提升產品收料率。收料系統為計畫團隊獨特的專利設計,精微零件淬火作業之收料率可達100%;本專利設計可使精微零件快速沉入淬火油,同步解決了精微零件傳統熱處理製程因淬火冷卻不足,造成心部產生肥粒鐵組織,所導致硬度不均之問題。
 

此計畫團隊成員由三個單位組成,分別為製程處、精微處及產研組,製程處具備各種金屬製品加工、複合材料製作及加工等專長及經驗,精微處則專攻於精微金屬零組件及其他材質精微零件,產研組能夠為計畫團隊收集產業資訊,深入了解產業。計畫團隊集結各方領域專業人才,旨在能夠開發最貼合產業的新技術及設備,並順利解決產業痛點,協助產業升級。
 

團隊成功開發「精微金屬零組件熱處理設備」設備模組,並於淬火及收料機構設計上獲得重大技術突破,建置「國內第一套」可均勻下料之連續式微小零件(φ2mm以下) 熱處理設備,經由該設備處理後之零組件品質,明顯優於現有大型連續處理爐或小型批式爐,符合業界高值化、量產化、節能化、小型化、低成本化之需求,對國內精微產業發展帶來巨大效益。
 

印刷電路板IC封裝測試探針

▲ 印刷電路板IC封裝測試探針
 

淬火油槽收料機構

▲ 淬火油槽收料機構
 

設備驗收過關 助攻日本訂單
 

計畫成果亮眼,然而在開發精微金屬零組件熱處理技術及設備的過程中,也是遇到許多挑戰。初期因精微金屬零組件過小,傳統連續爐輸送履帶網目無法符合需求,因此尋求國內輸送履帶製作業者協助,才得以將中心設計的輸送履帶製作出來,結合團隊與國內業者的製作經驗,順利製造出能夠承載精微金屬零組件的輸送履帶。
 

再者,精微金屬零組件的收料方式無法如同傳統熱處理,易於淬火槽中逸散,透過團隊開發的專利技術,得以順利提升產品收料率,也使設備開發能順利進行。
 

之後設備推廣至國內業者,於設備驗收階段時,該業者需要於驗收當日完成日本客戶訂單測試。此樣品經業者當初委外廠商試做已過半年,仍無法達到日本客戶要求,故日本客戶親自來到業者公司,當時已規劃使用本團隊技轉給業者的設備生產,故當日馬上以此設備測試,順利於時限內完成試做樣品,交由日本客戶帶回進行驗證。
 

大約一周後,業者親自來電通知日本客戶滿意試做樣品品質,產品全數通過品檢測試,並順利簽下訂單,年交貨量300萬顆,以業者本身高值化產品的單價約為10元,此訂單產值達3,000萬,且後續日本客戶仍持續下單,衍生產值預計達1億元以上。
 

金屬中心研發大樓技術展示專區

▲ 金屬中心研發大樓技術展示專區
 

產學研一起來 爭取高附加價值訂單
 

值得一提的是,本團隊目前已與國內業者及相關學術單位共同成立「精準熱處理智慧化設備產業聯盟」,目的是將可視化數位控制技術導入設備,協助國內熱處理加工及其相關設備產業進行技術升級與轉型,接軌國際產業趨勢,並爭取高附加價值產品之訂單;同時,藉由設備國產化的推動,預期可取代進口產值達1,000萬元/年以上。
 

本團隊執行計畫過程中,靈活運用團隊中各領域專家的經驗及建議,成功將國產第一套設備推廣至國內傳產業者,解決傳統產業生產精微金屬零組件的困難點,協助業者打入國際供應鏈。國內傳統產業的技術提升速度較慢,藉由法人技術加值,能夠加速業者技術提升,甚至協助業者數位轉型,拓展市場。
 

團隊成功開發精微金屬零組件製程技術,並建置國內第一套國產化精微金屬零組件設備,目前已實際推廣至國內業者進行量產,提升產品附加價值,並增加工作機會。設備帶有數位化元素,未來能夠持續朝無人製造之智慧化工廠目標邁進,協助業者數位轉型。本計畫之技術與國產化設備,預計能夠為國內產業帶來將近10億以上的擴增產值,相當具有潛力。
 

成功心法Box
 

開發之精微金屬零組件熱處理設備,淬火爐溫度變異±5℃以下,並結合「小型熱處理爐之爐氣產生裝置」,可將φ2mm之產品的心部肥粒鐵組織比例控制於5%以下(原肥粒鐵比例約30%);精準控制滲碳層深度差異≦0.01mm(原滲碳層變異>0.03mm),大幅提升微小零件的熱處理品質達國際水準。
 

【專家推薦】
 

臺灣金屬製品在面臨國際競爭時亟需朝向高附加價值領域拓展,特別是根留在臺灣的傳統產業,相較於其他大國及技術先進國家,所面臨之技術瓶頸與技術缺口更為嚴峻。
 

本計畫針對特定材料熱處理技術缺口,成功開發精微金屬零組件製程技術,並協助建置國內第一套國產化精微金屬零組件設備,目前亦已實際推廣至國內業者進行量產作業,除提升產品附加價值外,並增加工作機會。
 

本計畫之技術與國產化設備,設備帶有數位化元素,不僅能夠為國內產業帶來將近10億以上的擴增產值,未來更能夠持續朝無人製造之智慧化工廠目標邁進,協助業者數位轉型,相當有潛力,亦值得推薦其成果。


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更新日期:2019-12-18

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