锌合金压铸技术

锌合金压铸技术

熱流道設計已廣泛應用在注塑工藝上，而且證明相當成功，它的好處是減少流道回收，提高注塑件質量，熱室鋅壓鑄的熱流道系統是嶄新的設計，要充分瞭解它的好處，最好先探討鋅流道的差不多原理及其隱藏成本。文章上半部詳述壓鑄流道對成本的影響，下半部分則介紹壓鑄熱流道的好處及應用。

鑄件流道的損耗

對壓鑄有所認識的都會明白，流道或余料是鑄件的一部分，雖然沒有利潤價值，但在生產過程中是無法幸免。這部分的成本一般只計算為鑄件成本的固定比率。同時，鑒於鋅合金的可回收性，本地最常見的處理方法是實時投回機爐翻熔，由於需要操纵質量問題，用中央熔爐回收流道或廢品亦漸為業界所同意(圖１)。至於爐渣，規模較大的壓鑄廠可能會自行回收，一般會把這些余料售回原料供貨商，換回新料。本地的鋅料回收價一般為新料的五至七成。若沒有良好的環保條件，處理爐渣易造成空氣污染。

以一台160噸熱室壓鑄機為例，每次生產至少150克流道(不包括溢流井)，假設以三班生產，生產週期為20秒，機器使用率有80%，年產澆口流道便達190噸。另一例子：以一台80噸機計算，每次生產100克流道，同樣的假設但生產週期改為12秒，年產流道更超過210噸。

由此可見，流道設計影響成本的重要性。

各種回收方式

在回收方法當中，直接把流道投回機爐為最

簡單和節省成本的方法。翻熔剛生產的流道

無須預熱，而且減少存放的空間，但专门難

操纵熔料的質量，包括爐渣較多，爐溫難以

操纵，合金成份亦無法得知；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，令治理人員

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，它的好處特不明顯，确实是集中處理回收料能够提高熔爐效率，操纵合金質量。假如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，如配以自動加料操纵，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Array成本為$0.93，按上述

以五台機的計算，

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，

回收之次品約為53

噸)。雖然，處理數量

但這裡並沒有計算環

由此可見，

成本相當驚人，

必需盡量降低成本。

此，

是操纵成本的重要關

鍵。

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($10.3 x 0.4)= $4.12。

如用實際回收成本計算：

鑄件A應為($10 x 0.4 + $0.93 x 0.1) = $4.093

鑄件B應為($10 x 0.4 + $0.93 x 0.25) = $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：

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，能够減低直澆道的厚度；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，在可同意的誤差下，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(Reynold number)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

圖2：

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)

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