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鑄件流道的損耗
對壓鑄有所認識的都會(huì )知道，流道或余料是鑄件的一部分，雖然沒(méi)有利潤價(jià)值，但在生產(chǎn)過(guò)程中是無(wú)法避免。這部分的成本一般只計算為鑄件成本的固定比率。同時(shí)，鑒于鋅合金的可回收性，本地最常見(jiàn)的處理方法是實(shí)時(shí)投回機爐翻熔，由于需要控制質(zhì)量問(wèn)題，用中央熔爐回收流道或廢品亦漸為業(yè)界所接受(圖１)。至于爐渣，規模較大的壓鑄廠(chǎng)可能會(huì )自行回收，一般會(huì )把這些余料售回原料供貨商，換回新料。本地的鋅料回收價(jià)一般為新料的五至七成。若沒(méi)有良好的環(huán)保條件，處理爐渣易造成空氣污染。
以一臺160噸熱室壓鑄機為例，每次生產(chǎn)至少150克流道(不包括溢流井)，假設以三班生產(chǎn)，生產(chǎn)周期為20秒，機器使用率有80%，年產(chǎn)澆口流道便達190噸。另一例子：以一臺80噸機計算，每次生產(chǎn)100克流道，同樣的假設但生產(chǎn)周期改為12秒，年產(chǎn)流道更超過(guò)210噸。
由此可見(jiàn)，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(jiǎn)單和節省成本的方法。翻熔剛生產(chǎn)的流道無(wú)須預熱，而且減少存放的空間，但很難控制熔料的質(zhì)量，包括爐渣較多，爐溫難以控制，合金成份亦無(wú)法得知；更重要的是，它依賴(lài)操作員工的工藝，如投入新料的比例，觀(guān)察爐水的變化，而員工把溢流井、飛邊投入機爐，不但會(huì )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(wèn)題，令管理人員無(wú)法有效地作出改善。此方法不適宜生產(chǎn)表面質(zhì)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(kāi)始流行于產(chǎn)量大的壓鑄廠(chǎng)，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(zhì)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(dòng)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(lèi)：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(lèi)：有天車(chē)式液料運輸，有地面推車(chē)式(無(wú)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(diǎn)是投資較大，只適合單一種合金(這里暫不討論小型坩堝爐)，車(chē)間占地較大，因此小型壓鑄廠(chǎng)(五臺機以下)則不太適合，而且舊廠(chǎng)房難于改造配合，故一般只會(huì )在建新廠(chǎng)房時(shí)才會(huì )重新規劃。
使用小型坩堝爐翻熔澆口料，由于缺乏規模效益，成本會(huì )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。以一所公司有五臺80噸或160噸壓鑄機為例，假設該設備的投資為50萬(wàn)，分十年攤分。每年處理約1000噸流道回收料(實(shí)際情況應和新料按比例熔化，這里純粹方便計算翻熔成本)。
每公斤澆口料之翻熔成本為$0.93，按上述以五臺機的計算，每年生產(chǎn)1000噸流道水口，涉及金額近一千萬(wàn)，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%，周期12秒，五臺機計算，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，但這里并沒(méi)有計算環(huán)保及嚴格的品管成本。由此可見(jiàn)，澆口翻熔的成本相當驚人，壓鑄廠(chǎng)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(guān)鍵。
占地租金 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(chǎn)成本，最常見(jiàn)的做法是以用料乘固定百分比計算。例如，原料價(jià)為$10/公斤，水口翻熔成本為鑄件重量的3%，計算鑄件材料價(jià)時(shí)便會(huì )用$10.3。此方法雖然簡(jiǎn)單，但可能令成本計算出現偏差，并隱藏起真實(shí)的水口回收成本。現在可用以下例子作一比較：
鑄件A凈重400克，水口流道重100克。
鑄件B凈重同為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(shí)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(chǎn)周期，機器使用率為80%及以三班生產(chǎn)，每臺機每年生產(chǎn)1,261,440次來(lái)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 5.197.132港元 0港元
實(shí)際成本法 5.163.074港元 5.339.675港元 176.601港元
差別 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(shí)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(chǎn)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(shí)際成本法的應用(見(jiàn)下表)。
要減低澆口重量，較常見(jiàn)的是短澆口(短唧咀)設計，及減薄定模板厚度。它使用較長(cháng)的機器射咀(一般較正常長(cháng)20mm)，配合深穴的進(jìn)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。由于需要附著(zhù)鑄件及便于脫模，直澆道必須要有斜度。同時(shí)，動(dòng)模板上的分流塊，可以減低直澆道的厚度；在分流塊里加冷卻水道，方便平衡模熱、縮短冷卻時(shí)間及拉出鑄件并頂出。澳洲CSIRO機構在70年代初期的研究發(fā)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(tài)表現為非壓縮性流體
符合一般流體力學(xué)原理
雷諾數值(Reynold number)高，顯示流動(dòng)過(guò)程為紊流。
根據以上研究結果，理想的金屬液流動(dòng)狀態(tài)應為：
圖2
1. 流道剖面為圓形
由于圓周／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(dòng)管道為直線(xiàn)
彎曲管道會(huì )產(chǎn)生偏流，把氣泡混入熔液，并造成壓力損失。尤其當彎曲半徑/管道直徑比小于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(huì )造成高壓力損耗及產(chǎn)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(diǎn)
目前流行的流道在設計上與理想的流動(dòng)狀態(tài)相違：
1. 流動(dòng)剖面變化時(shí)大時(shí)小，造成渦流(Eddy current)(圖３)
2. 橫澆道剖面為梯形，死角位置容易產(chǎn)生冷隔 (Cold flake)，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(huì )造成偏流卷氣 (Flow separation) (圖4)
圖3 圖4
圖5
HOTFLO壓鑄熱流道設計
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(wèn)題，對減低注塑件困氣亦有很大幫助。相同的概念正應用于熱室鋅壓鑄上，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(dòng)模上的分流錐，機器上的射咀緊貼鎖合環(huán)(Clamping ring)，熱流道的杯套(Sprue bush)裝在定模板上，由發(fā)熱條加熱至400℃以上，令鋅液不會(huì )在杯套內凝固，導流塊(Sprue tip)裝在動(dòng)模板，金屬液由射咀進(jìn)入杯套，經(jīng)過(guò)導流塊再流入橫澆道。整個(gè)流道的剖面為圓形并漸次變小，導流塊的彎曲設計使壓力損耗及渦流卷氣的情況減至最低(圖8)。鑄件的凝固過(guò)渡在這彎曲位置前，杯套內的鋅液流回「鵝頸」，鑄件冷卻后開(kāi)模頂出。
圖6
圖8
HOTFLO熱流道的特點(diǎn)
大大縮短冷流程(圖9)，過(guò)長(cháng)的冷流程會(huì )產(chǎn)生冷紋， 不利于生產(chǎn)表面要求高之鑄件，HotFlo熱流道可改善這一缺點(diǎn)。
流道剖面全程均為圓形，由于面積最小，令熱流失、 表面阻力減至最低。相對于現時(shí)通用的梯形設計， 存在死角容易產(chǎn)生冷隔，圓形設計更顯優(yōu)越。過(guò)去由于分流錐設計的主導下，分流錐上的流道呈梯形， 因此余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。由于數控加工已成為主 流，加工漸變圓形流道不存在難度。
沒(méi)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10
圖11
圖12
無(wú)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(shí)射咀位置的切面變化并非理想的流動(dòng)狀態(tài)，熱流道免除了這問(wèn)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。
適用于組合模，令產(chǎn)量少的鑄件亦可受惠。
圖13
HotFlow完整鑄件
熱流道的優(yōu)點(diǎn)
綜合來(lái)說(shuō)，熱流道系統有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 縮短生產(chǎn)周期。冷卻時(shí)間取決于壁厚及散熱速度，熱流道的澆道較傳統設計小，而且沒(méi)有直澆道需要冷卻，可提高生產(chǎn)速度。尤以薄壁件的效果至為明顯。
2. 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。
3. 無(wú)須經(jīng)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。由于熱流道沒(méi)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。
4. 小澆口比例節省能源，每年每臺機可減少過(guò)百?lài)崫部冢档筒牧铣杀尽?
5. 減少翻熔澆口可降低廢氣排放，為應付日益收緊的環(huán)保條例，尤為重要。
6. 可避免堆放大量澆口，令車(chē)間整潔及節省空間。減少渦流卷氣，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。
7. 熱流道的合理標準設計令壓力損耗減至最低。
8. 減少冷隔，提高表面質(zhì)量。
9. 電熱偶控制熱流杯套及導流塊溫度，更利于工藝控制，穩定生產(chǎn)效率。
結論
鋅合金壓鑄，已在家用裝飾件領(lǐng)域有廣泛的應用。中國已逐漸成為各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)基地。由于國內的發(fā)展日趨發(fā)達，且外商對國內情況的認識日深，預計港商在這方面的優(yōu)勢漸失；有見(jiàn)及此，港商現時(shí)當務(wù)之急，就是努力控制成本及改善質(zhì)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(diǎn)，預計可得到廣泛的應用。
