锌合金压铸技术文档格式.docx

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更重要的是，它依賴操作員工的工藝，如投入新料的比例，觀察爐水的變化，而員工把溢流井、飛邊投入機爐，不但會令情況更差，這種把廢品直接翻熔的方法亦隱藏了高次品率、模具設計及壓鑄參數不穩定的問題，令管理人員無法有效地作出改善。

此方法不適宜生產表面質量要求較高之鑄件，且難以正確計算流道損耗成本。

中央熔爐回收水口及次品開始流行於產量大的壓鑄廠，它的好處非常明顯，就是集中處理回收料可以提高熔爐效率，控制合金質量。

如果以金屬液從中央爐直接加入機爐，壓鑄機料溫可保持穩定，少爐渣，如配以自動加料控制，液面高度變化可減至最低。

目前流行的中央熔爐分為數類：

有較大容量的鑄鐵坩堝爐，不銹鋼坩堝爐，及連續熔化型非坩堝爐。

鋅液運輸亦分為數類：

有天車式液料運輸，有地面推車式（無軌或有軌）保溫爐（附有送料裝置）運輸及保溫槽式重力輸送裝置，將機爐與中央爐相連。

它的缺點是投資較大，只適合單一種合金（這裡暫不討論小型坩堝爐），車間佔地較大，因此小型壓鑄廠（五台機以下）則不太適合，而且舊廠房難於改造配合，故一般只會在建新廠房時才會重新規劃。

使用小型坩堝爐翻熔澆口料，由於缺乏規模效益，成本會較中央熔爐高，因此不以此作計算參考。

翻熔成本的計算

就以使用中央熔爐的方式計算流道的翻熔成本作為參考。

以一所公司有五台80噸或160噸壓鑄機為例，假設該設備的投資為50萬，分十年攤分。

每年處理約1000噸流道回收料（實際情況應和新料按比例熔化，這裡純粹方便計算翻熔成本）。

每公斤澆口料之翻熔成本為$0.93，按上述以五台機的計算，每年生產1000噸流道水口，涉及金額近一千萬，如包括次品的回收，此數字更為驚人（如平均鑄重為100克而次品率5%，週期12秒，五台機計算，每年回收之次品約為53噸）。

雖然，處理數量越大，翻熔成本越低，但這裡並沒有計算環保及嚴格的品管成本。

由此可見，澆口翻熔的成本相當驚人，壓鑄廠必需盡量降低成本。

因此，如何減少澆口重量是控制成本的重要關鍵。

佔地租金

20.000港元

設備投資攤分

50.000港元

利息成本

5.000港元

保養維修

25.000港元

燃油費（每噸用100公升油渣‧2美元/公升）

200.000港元

電費（1美元/度）

30.000港元

工資（包括操作工人，管理人員，品管人員）

100.000港元

金屬損耗5%（10美元/公斤）

500.000港元

總計：

930.000港元

攤分流道成本的計算方式

水口的翻熔成本必須算入鑄件的生產成本，最常見的做法是以用料乘固定百分比計算。

例如，原料價為$10/公斤，水口翻熔成本為鑄件重量的3%，計算鑄件材料價時便會用$10.3。

此方法雖然簡單，但可能令成本計算出現偏差，並隱藏起真實的水口回收成本。

現在可用以下例子作一比較：

鑄件A淨重400克，水口流道重100克。

鑄件B淨重同為400克，水口流道重量則為250克。

如用固定百分比計算：

鑄件A與鑄件B的成本應同為（$10.3x0.4）=$4.12。

如用實際回收成本計算：

鑄件A應為（$10x0.4+$0.93x0.1）=$4.093鑄件B應為（$10x0.4+$0.93x0.25）=$4.233

這差別看似細小，但以20秒作生產週期，機器使用率為80%及以三班生產，每台機每年生產1,261,440次來計算，差別如下：

流道水口成本

鑄件A

鑄件B

差別

固定比例法

5.197.132港元

0港元

實際成本法

5.163.074港元

5.339.675港元

176.601港元

34.058港元

142.543港元

如用固定比例法，鑄件A與B的成本一樣，但實際上鑄件B的成本較高。

從這案例看出，用固定比例法計算鑄件B，不但低估了生產成本，更間接鼓勵設計者不以減少水口流道的重量為目標，應該推廣實際成本法的應用（見下表）。

要減低澆口重量，較常見的是短澆口（短唧咀）設計，及減薄定模板厚度。

它使用較長的機器射咀（一般較正常長20mm），配合深穴的進澆口模具設計，以減少澆口重量，以下是一項嶄新的熱室壓鑄澆道設計。

熱室壓鑄澆道設計

壓鑄澆道是金屬液從射咀流入模腔的路徑，它是由直澆道及橫澆道的分支組成。

由於需要附著鑄件及便於脫模，直澆道必須要有斜度。

同時，動模板上的分流塊，可以減低直澆道的厚度；

在分流塊裡加冷卻水道，方便平衡模熱、縮短冷卻時間及拉出鑄件並頂出。

澳洲CSIRO機構在70年代初期的研究發現，在可接受的誤差下，鋅合金液在壓鑄情況下可歸納為：

∙ 

液態表現為非壓縮性流體

符合一般流體力學原理

雷諾數值（Reynoldnumber）高，顯示流動過程為紊流。

根據以上研究結果，理想的金屬液流動狀態應為：

1.流道剖面為圓形由於圓周／面積比數值最低，圓形剖面管道的表面阻力最低，因此壓力損失亦最低。

比起相等梯形剖面積，周邊少20%以上。

（圖２）

圖2：

2.流動管道為直線

彎曲管道會產生偏流，把氣泡混入熔液，並造成壓力損失。

尤其當彎曲半徑/管道直徑比小於1，壓力損耗急速增加。

3.流道剖面往液流方面漸次縮小

管道剖面急促改變，不論變大或變小，均會造成高壓力損耗及產生渦流。

最佳的方案是剖面漸次縮小，以補償管道面造成的阻力損耗。

傳統設計的缺點

目前流行的流道在設計上與理想的流動狀態相違：

1.流動剖面變化時大時小，造成渦流（Eddycurrent）（圖３）

2.橫澆道剖面為梯形，死角位置容易產生冷隔（Coldflake），不利表面要求高的鑄件。

3.橫澆道與直澆道的急促彎曲角會造成偏流捲氣（Flowseparation）（圖4）

圖3：

圖4：

要填補以上缺憾，就要用較大的壓力以抵消高壓力損耗，這樣會導至飛邊，降低鑄件尺寸精度，及縮短模具壽命。

此外，渦流捲氣導至鑄件內部氣孔，電鍍或烤漆時起泡，及增加溢流井來排出雜渣氣泡（圖5）。

短澆口設計雖然可節省澆口重量，但無助於解決以上問題。

HOTFLO壓鑄熱流道設計

圖5：

熱流道系統在注塑工藝上已廣泛受應用，它減低了水口回收的問題，對減低注塑件困氣亦有很大幫助。

相同的概念正應用於熱室鋅壓鑄上，從事壓鑄工藝的澳洲HOTFLO公司的壓鑄熱流道系統的工作原理（圖6和7a-7e）。

該設計不再需要動模上的分流錐，機器上的射咀緊貼鎖合環（Clampingring），熱流道的杯套（Spruebush）裝在定模板上，由發熱條加熱至400℃以上，令鋅液不會在杯套內凝固，導流塊（Spruetip）裝在動模板，金屬液由射咀進入杯套，經過導流塊再流入橫澆道。

整個流道的剖面為圓形並漸次變小，導流塊的彎曲設計使壓力損耗及渦流捲氣的情況減至最低

圖6：

圖7a:

圖7b:

圖7c:

圖7d:

圖7e:

（圖8）。

鑄件的凝固過渡在這彎曲位置前，杯套內的鋅液流回「鵝頸」，鑄件冷卻後開模頂出。

HOTFLO熱流道的特點

∙大大縮短冷流程（圖9），過長的冷流程會產生冷紋，不利於生產表面要求高之鑄件，HotFlo熱流道可改善這一缺點。

圖8：

∙流道剖面全程均為圓形，由於面積最小，令熱流失、表面阻力減至最低。

相對於現時通用的梯形設計，存在死角容易產生冷隔，圓形設計更顯優越。

過去由於分流錐設計的主導下，分流錐上的流道呈梯形，因此餘下的橫澆道亦跟隨其形狀。

此外，漸變的梯形澆道在傳統機床上較易加工。

由於數控加工已成為主流，加工漸變圓形流道不存在難度。

∙沒有固化的直澆道（雪糕筒），大大降低澆道（水口）重量。

（圖10a,10b）

圖9：

圖10a:

圖10b：

圖11：

圖12：

無冷熱接口（圖11），在傳統的模具設計，射咀在冷熱接口上需保持高溫以防熱量流失，造成壽命較短，同時射咀位置的切面變化並非理想的流動狀態，熱流道免除了這問題。

∙系列化的標準組件設計（圖12），可更換零件，射咀直徑由6mm至48mm。

可在任何標準臥式熱室機上使用（圖13），電熱或氣體加熱射咀均可。

適用於組合模，令產量少的鑄件亦可受惠。

圖13：

HotFlow完整鑄件

熱流道的優點

綜合來說，熱流道系統有以下優點：

∙縮短生產週期。

冷卻時間取決於壁厚及散熱速度，熱流道的澆道較傳統設計小，而且沒有直澆道需要冷卻，可提高生產速度。

尤以薄壁件的效果至為明顯。

∙小澆口令浮渣減少。

大部分浮渣均由回爐澆道的氧化皮形成。

∙無須經常更換機器射咀。

在傳統的壓鑄模設計上，機器射咀直徑必須配合。

由於熱流道沒有凝固的直澆道，使用較大的射咀直徑可覆蓋不同模具鑄件要求。

∙小澆口比例節省能源，每年每台機可減少過百噸澆口，降低材料成本。

∙減少翻熔澆口可降低廢氣排放，為應付日益收緊的環保條例，尤為重要。

∙可避免堆放大量澆口，令車間整潔及節省空間。

減少渦流捲氣，亦降低對溢流井的需要。

傳統的分流錐設計容易導致渦流及偏流。

∙熱流道的合理標準設計令壓力損耗減至最低。

∙減少冷隔，提高表面質量。

∙電熱偶控制熱流杯套及導流塊溫度，更利於工藝控制，穩定生產效率。

結論

鋅合金壓鑄，已在家用裝飾件領域有廣泛的應用。

中國已逐漸成為各類工業生產基地。

由於國內的發展日趨發達，且外商對國內情況的認識日深，預計港商在這方面的優勢漸失；

有見及此，港商現時當務之急，就是努力控制成本及改善質量。

本文介紹的HotFlo熱流道系統這一新設計相信可做到這兩點，預計可得到廣泛的應用。

本文轉載自香港“金屬工業”（HKPCMETALSBULLETIN）2002年3/4月刊

本文及圖片由富來遠東有限公司提供