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
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(Eddy current)(圖３)
2. 橫澆道剖面為梯形，死角位置容易產生冷隔
(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造成偏流捲氣(Flow separation) (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专门大幫助。

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)。

圖
6：
圖
7a:
圖
7b:
圖
7c:
圖
7d:
圖
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(Clamping ring)，熱流道的杯套(Sprue bush)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(Sprue tip)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
圖9：。