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锌压铸热流道的设计及应用[铸造][铸造厂][铸件][不锈钢][锈钢][大型铸钢件][大型泵阀][大型铸造厂][渣浆泵]

来源:未知 佚名 2018-07-25 浏览
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  铸件流道的损耗

  对压铸有所认识的都会知道,流道或余料是铸件的一部分,虽然没有利润价值,但在生产过程中是无法避免。这部分的成本一般只计算为铸件成本的固定比率。同时,鉴于锌合金的可回收性,本地最常见的处理方法是实时投回机炉翻熔,由于需要控制质量问题,用中央熔炉回收流道或废品亦渐为业界所接受(图1)。至于炉渣,规模较大的压铸厂可能会自行回收,一般会把这些余料售回原料供货商,换回新料。本地的锌料回收价一般为新料的五至七成。若没有良好的环保条件,处理炉渣易造成空气污染。

  以一台160吨热室压铸机为例,每次生产至少150克流道(不包括溢流井),假设以三班生产,生产周期为20秒,机器使用率有80%,年产浇口流道便达190吨。另一例子:以一台80吨机计算,每次生产100克流道,同样的假设但生产周期改为12秒,年产流道更超过210吨。

  由此可见,流道设计影响成本的重要性。

  各种回收方式

  在回收方法当中,直接把流道投回机炉为最简单和节省成本的方法。翻熔刚生产的流道无须预热,而且减少存放的空间,但很难控制熔料的质量,包括炉渣较多,炉温难以控制,合金成份亦无法得知;更重要的是,它依赖操作员工的工艺,如投入新料的比例,观察炉水的变化,而员工把溢流井、飞边投入机炉,不但会令情况更差,这种把废品直接翻熔的方法亦隐藏了高次品率、模具设计及压铸参数不稳定的问题,令管理人员无法有效地作出改善。此方法不适宜生产表面质量要求较高之铸件,且难以正确计算流道损耗成本。

  中央熔炉回收水口及次品开始流行于产量大的压铸厂,它的好处非常明显,就是集中处理回收料可以提高熔炉效率,控制合金质量。如果以金属液从中央炉直接加入机炉,压铸机料温可保持稳定,少炉渣,如配以自动加料控制,液面高度变化可减至最低。目前流行的中央熔炉分为数类:有较大容量的铸铁坩埚炉,不锈钢坩埚炉,及连续熔化型非坩埚炉。锌液运输亦分为数类:有天车式液料运输,有地面推车式(无轨或有轨)保温炉(附有送料装置)运输及保温槽式重力输送装置,将机炉与中央炉相连。它的缺点是投资较大,只适合单一种合金(这里暂不讨论小型坩埚炉),车间占地较大,因此小型压铸厂(五台机以下)则不太适合,而且旧厂房难于改造配合,故一般只会在建新厂房时才会重新规划。 使用小型坩埚炉翻熔浇口料,由于缺乏规模效益,成本会较中央熔炉高,因此不以此作计算参考。

  翻熔成本的计算

  就以使用中央熔炉的方式计算流道的翻熔成本作为参考。以一所公司有五台80吨或160吨压铸机为例,假设该设备的投资为50万,分十年摊分。每年处理约1000吨流道回收料(实际情况应和新料按比例熔化,这里纯粹方便计算翻熔成本)。

  每公斤浇口料之翻熔成本为$0.93,按上述以五台机的计算,每年生产1000吨流道水口,涉及金额近一千万,如包括次品的回收,此数字更为惊人(如平均铸重为100克而次品率5%,周期12秒,五台机计算,每年回收之次品约为53吨)。虽然,处理数量越大,翻熔成本越低,但这里并没有计算环保及严格的品管成本。由此可见,浇口翻熔的成本相当惊人,压铸厂必需尽量降低成本。因此,如何减少浇口重量是控制成本的重要关键。

  占地租金 20.000港元

  设备投资摊分 50.000港元

  利息成本 5.000港元

  保养维修 25.000港元

  燃油费(每吨用100公升油渣·2美元/公升) 200.000港元

  电费(1美元/度) 30.000港元

  工资(包括操作工人,管理人员,品管人员) 100.000港元

  金属损耗5%(10美元/公斤) 500.000港元

  总计: 930.000港元

  摊分流道成本的计算方式

  水口的翻熔成本必须算入铸件的生产成本,最常见的做法是以用料乘固定百分比计算。例如,原料价为$10/公斤,水口翻熔成本为铸件重量的3%,计算铸件材料价时便会用$10.3。此方法虽然简单,但可能令成本计算出现偏差,并隐藏起真实的水口回收成本。现在可 用以下例子作一比较:

  铸件A净重400克,水口流道重100克。

  铸件B净重同为400克,水口流道重量则为250克。

  如用固定百分比计算:

  铸件A与铸件B的成本应同为($10.3 x 0.4)= $4.12。

  如用实际回收成本计算:

  铸件A应为($10 x 0.4 + $0.93 x 0.1) = $4.093

  铸件B应为($10 x 0.4 + $0.93 x 0.25) = $4.233

  这差别看似细小,但以20秒作生产周期,机器使用率为80%及以三班生产,每台机每年生产1,261,440次来计算,差别如下:

  流道水口成本 铸件A 铸件B

  差别 固定比例法 5.197.132港元 5.197.132港元 0港元

  实际成本法 5.163.074港元 5.339.675港元 176.601港元

  差别 34.058港元 142.543港元

  如用固定比例法,铸件A与B的成本一样,但实际上铸件B的成本较高。从这案例看出,用固定比例法计算铸件B,不但低估了生产成本,更间接鼓励设计者不以减少水口流道的重量为目标,应该推广实际成本法的应用(见下表)。

  要减低浇口重量,较常见的是短浇口(短唧咀)设计,及减薄定模板厚度。它使用较长的机器射咀(一般较正常长20mm),配合深穴的进浇口模具设计,以减少浇口重量,以下是一项崭新的热室压铸浇道设计。

  热室压铸浇道设计

  压铸浇道是金属液从射咀流入模腔的路径,它是由直浇道及横浇道的分支组成。由于需要附着铸件及便于脱模,直浇道必须要有斜度。同时,动模板上的分流块,可以减低直浇道的厚度;在分流块里加冷却水道,方便平衡模热、缩短冷却时间及拉出铸件并顶出。澳洲CSIRO机构在70年代初期的研究发现,在可接受的误差下,锌合金液在压铸情况下可归纳为:

  液态表现为非压缩性流体

  符合一般流体力学原理

  雷诺数值(Reynold number)高,显示流动过程为紊流。

  根据以上研究结果,理想的金属液流动状态应为:

  1. 流道剖面为圆形

  由于圆周/面积比数值最低,圆形剖面管道的表面阻力最低,因此压力损失亦最低。比起相等梯形剖面积,周边少20%以上。(图2)

  

 

  2. 流动管道为直线

  弯曲管道会产生偏流,把气泡混入熔液,并造成压力损失。尤其当弯曲半径/管道直径比小于1,压力损耗急速增加。

  3. 流道剖面往液流方面渐次缩小

  管道剖面急促改变,不论变大或变小,均会造成高压力损耗及产生涡流。最佳的方案是剖面渐次缩小,以补偿管道面造成的阻力损耗。

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