佳工机电网 在线工博会 注册 登录 手机版 English | 关于我们 联系我们
关键字  
  选择展区 >>
您的位置: 首页 > 模具设计与制造展区 > 铸造模具/压铸模具展厅 > 产品库 > 压铸模具 > 技术论文 > 正文 产品库 会展 人才 帮助 | 注册 登录  
铸造模具/压铸模具
 按行业筛选
 按产品筛选
查看本类全部文章

e展厅 产品库 最新动态 技术文章 企业目录 资料下载 视频/样本 反馈/论坛
  技术应用 | 基础知识 | 外刊文摘 | 业内专家 | 文章点评 投稿 发表科技文章 
锌压铸热流道的设计及应用
作者:HKPC METALS BULLETIN
欢迎访问e展厅
展厅
4
铸造模具/压铸模具展厅
压铸模具, ...
铸件流道的损耗

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:


图2

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。

传统设计的缺点


目前流行的流道在设计上与理想的流动状态相违:

1. 流动剖面变化时大时小,造成涡流(Eddy current)(图3)
2.横浇道剖面为梯形,死角位置容易产生冷隔 (Cold flake),不利表面要求高的铸件。
3.横浇道与直浇道的急促弯曲角会造成偏流卷气 (Flow separation) (图4)


图3 图4

要填补以上缺憾,就要用较大的压力以抵消高压力损耗,这样会导至飞边,降低铸件尺寸精度,及缩短模具寿命。此外,涡流卷气导至铸件内部气孔,电镀或烤漆时起泡,及增加溢流井来排出杂渣气泡(图5)。短浇口设计虽然可节省浇口重量,但无助于解决以上问题。


图5

HOTFLO压铸热流道设计

热流道系统在注塑工艺上已广泛受应用,它减低了水口回收的问题,对减低注塑件困气亦有很大帮助。相同的概念正应用于热室锌压铸上,从事压铸工艺的澳洲HOTFLO公司的压铸热流道系统的工作原理(图6和7a-7e)。

该设计不再需要动模上的分流锥,机器上的射咀紧贴锁合环(Clamping ring),热流道的杯套(Sprue bush)装在定模板上,由发热条加热至400℃以上,令锌液不会在杯套内凝固,导流块(Sprue tip)装在动模板,金属液由射咀进入杯套,经过导流块再流入横浇道。整个流道的剖面为圆形并渐次变小,导流块的弯曲设计使压力损耗及涡流卷气的情况减至最低(图8)。铸件的凝固过渡在这弯曲位置前,杯套内的锌液流回「鹅颈」,铸件冷却后开模顶出。


图6


图8

HOTFLO热流道的特点

大大缩短冷流程(图9),过长的冷流程会产生冷纹, 不利于生产表面要求高之铸件,HotFlo热流道可改善这一缺点。

流道剖面全程均为圆形,由于面积最小,令热流失、 表面阻力减至最低。相对于现时通用的梯形设计, 存在死角容易产生冷隔,圆形设计更显优越。过去由于分流锥设计的主导下,分流锥上的流道呈梯形, 因此余下的横浇道亦跟随其形状。此外,渐变的梯形 浇道在传统机床上较易加工。由于数控加工已成为主 流,加工渐变圆形流道不存在难度。

没有固化的直浇道(雪糕筒),大大降低浇道(水口)重量。(图10a,10b)


图9


图10


图11


图12

无冷热接口(图11),在传统的模具设计,射咀在冷热接口上需保持高温以防热量流失,造成寿命较短,同时射咀位置的切面变化并非理想的流动状态,热流道免除了这问题。

系列化的标准组件设计(图12),可更换零件,射咀直径由6mm至48mm。

可在任何标准卧式热室机上使用(图13),电热或气体加热射咀均可。

适用于组合模,令产量少的铸件亦可受惠。


图13


HotFlow完整铸件

热流道的优点

综合来说,热流道系统有以下优点:

1. 缩短生产周期。冷却时间取决于壁厚及散热速度,热流道的浇道较传统设计小,而且没有直浇道需要冷却,可提高生产速度。尤以薄壁件的效果至为明显。
2. 小浇口令浮渣减少。大部分浮渣均由回炉浇道的氧化皮形成。
3. 无须经常更换机器射咀。在传统的压铸模设计上,机器射咀直径必须配合。由于热流道没有凝固的直浇道,使用较大的射咀直径可覆盖不同模具铸件要求。
4. 小浇口比例节省能源,每年每台机可减少过百吨浇口,降低材料成本。
5. 减少翻熔浇口可降低废气排放,为应付日益收紧的环保条例,尤为重要。
6. 可避免堆放大量浇口,令车间整洁及节省空间。减少涡流卷气,亦降低对溢流井的需要。传统的分流锥设计容易导致涡流及偏流。
7. 热流道的合理标准设计令压力损耗减至最低。
8. 减少冷隔,提高表面质量。
9. 电热偶控制热流杯套及导流块温度,更利于工艺控制,稳定生产效率。

结论

锌合金压铸,已在家用装饰件领域有广泛的应用。中国已逐渐成为各类工业生产基地。由于国内的发展日趋发达,且外商对国内情况的认识日深,预计港商在这方面的优势渐失;有见及此,港商现时当务之急,就是努力控制成本及改善质量。本文介绍的HotFlo热流道系统这一新设计相信可做到这两点,预计可得到广泛的应用。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/9/2004)
查看更多压铸模具相关文章: more
·如何在普通压铸机上应用挤压压铸工艺 广东肇庆市经济贸易局 欧阳明 (5/6/2004)
查看更多铸造模具/压铸模具相关文章: more
·Pro/E模具设计、分析、制造解决方案 上海通磊信息技术有限公司 周劲峰 (5/9/2004)
·如何在普通压铸机上应用挤压压铸工艺 广东肇庆市经济贸易局 欧阳明 (5/6/2004)
·仿真技术降低了溢流费用 Brad Guthrle (2/1/2004)
查看相关文章目录:
·模具设计与制造展区 > 铸造模具/压铸模具展厅 > 压铸模具 > 铸造模具/压铸模具文章
·机床与金属加工设备展区 > 铸造机械/压铸设备展厅 > 铸造机械/压铸设备文章
文章点评 查看全部点评 投稿 进入贴吧


对 铸造模具/压铸模具 有何见解?请到 铸造模具/压铸模具论坛 畅所欲言吧!


网站简介 | 高级会员服务 | 广告服务 | 服务条款 | English | Showsbee | 会员登录  
© 1999-2018 newmaker.com. 佳工机电网·嘉工科技