Question

如何提高锌合金精密压铸件质量及控制生产成本？

Answer 1

1 摘要锌价格在近年不断上涨，此情况导致以锌合金为主要生产原材料的五金企业，在产销上出现了成本增加及利润下降等困难。企业面对这个艰难时期，必需采取各项措施来应付原材料价格上涨这不利因素。本文内我们讲解如何透过压铸技术方面的提升，及对生产流程的控制，减少不必要的损耗和浪费来降低成本，以弥补材料成本的上升，保护企业盈利。
2 引言常有压铸厂家表示压铸件在表面处理时，如喷油或电镀后出现不少比例的起泡及砂孔等不良品的情况，这些不良品不单做成额外的原材料损耗，同时亦浪费了每个工序的设备成本及工时。我司一直致力提供各种技术支持服务，包括成份化验、金相分析等，鉴别压铸件的问题成因，并与厂方协力找出改善方法。总结我们与澳洲太平洋公司合作了十多年的分析经验，大部份的不良品与模具浇注系统设计有着极其密切的关系。因此在以下的部份将会分享如何优化模具浇注系统设计。
3 浇注系统的优化
3.1 浇注系统的重要性
高压铸造的浇注系统或流道系统是指从压铸机的压射系统到模具型腔之间的金属流动通道。热室压铸机的浇注系统包括鹅颈管、喷嘴、分流锥、流道、内浇口和排气系统。液态锌合金在浇注系统内的流动属于流体力学的范畴，因此可以用水力学的原理来进行分析。
锥形流道系统是应用水力学的基本原理，即锥形流道可以通过控制流体的速度来减小流道内压力的损失，并且获得高的内浇口速度以便缩短充型时间。通过不断地收缩由鹅颈管到内浇口处的截面积可以达到上述的目的，这种设计还可以有效地降低空气混入到浇注系统金属液体内部的可能性。
锥形流道设计提供稳定金属射流，让我们能预测型腔的填充模式。一旦确定填充模式，浇注系统设计的主要工作就变成内浇口和流道尺寸的设计，以达到满意的填充模式。
3.2 浇注系统设计流程
决定浇注系统的浇口位置及填充模式计算内浇口的最佳面积计算每段流道的截面面积决定排气坑的位置及计算面积绘制图纸
3.3 流道及浇口面积计算
M = 压铸件重量 (g)
= 液相密度 (g/cm3)
Ag = 浇口面积 (mm2)
V = 填充体积 (mm3)
vg = 浇口速度(mm/s)
t = 填充时间 (s)
在设计浇注系统时，我们会采用逆向推算，首先计算浇口面积，然后再按比例推算流道至射咀的截面面积。在计算当中我们需要考虑锌合金从内浇口射出的速度及压铸件的填充时间。
当填充物通过浇口时金属是液体状态，所以首先透过液相密度来计算填充体积：
实例：若生产一件重量165g的锌合金压铸件，浇口速度=45m/s，填充时间=0.02s，以下是内浇口截面面积计算方法：
由于浇口面积 = 浇口长度x浇口厚度。当计算了浇口面积 =30mm2，浇口厚度和长度可根据铸件的外形而配合出不同的数值，但浇口面积是不变的，
3.4 流道分段面积
整个浇注系统从射咀经流道至浇口的截面面积必需从大到小，通常从喷嘴截面到内浇口的面积收缩比率应该在40到50%的范围之间。当计算出内浇口面积后，再按比例计算每段流道的截面面积。在浇注系统设计大致完成后，便可开始绘画模图。
3.5 压铸件比例
压铸件比例是压铸件占全模(流道、溢流糟和披锋等)的重量，很多压铸厂商忽略压铸件比例对生产成本的影响，他们只知道良好的浇注系统能生产良好填充的压铸件，减少次品的数量。而一个良好的浇注系统同时能增加压铸件比例，减少回炉料的重量。回炉料量多会直接做成整个生产过程的耗油量及锌渣量上升。显示了压铸件比例对锌渣量的影响。
4 精益生产(小组式生产的应用)
精益生产的概念始创于二次大战以后在丰田(Toyota)内实行的实时生产(Just In Time, JIT)概念，大前提是找出浪费、消灭浪费，不容许任何无增值、或即使增加价值但所消耗的资源超出了最低限度的活动或行为。在精益生产中列举了几种典型的浪费：如次品、没有增值的工序、超额生产、多余的搬运、库存的积压、待料或设备故障做成的停工、没充分利用资源等。很多压铸厂商亦明白到以上的概念，但在实行方面往往却不知从何入手；在消除次品方面，本文的上半部已探讨过如何透过模具设计上的改进来达致减少次品及原料的损耗。现在我们集中研究如何将小组式生产应用在精益生产的压铸厂房内。
在压铸厂内的生产流程中，从一个工序到另一个工序都需为产品增值，若每次处理合金锭、压铸件、回炉水口时没有增值便做成资源上的浪费。在附图显示了两组不同的生产流程，图5a是典型的压铸合金厂的物料流程，当中有14次的物料运送(包括合金锭、回炉料及铸件)，每次运送过程中物料均会装箱再卸装，当中涉及到大量的劳动力。图5b显示小组式生产，我们利用小组生产模式将相关联的工序组合来减少多余的运送，整体搬运次数由14次减至7次。
另一方面，小组生产模式亦能有效地缩短生产流程所需的时间及减少存放区内屯积的物料。传统生产模式在每个工序后均会停留在存放区，这些半制成品的储存时间视乎不同的压铸厂而有长短之别，但多个存放区做成大量的半制成品整批的被堆压在厂方内，不单占用厂房的面积，屯积的物料亦导致厂商面对营运资金上的压力。
5 总结企业面对原材料价格接连上升这个艰难时期，必要同时透过压铸技术方面的提升及对生产流程的控制，减少不必要的损耗和浪费来降低成本，以弥补材料成本的上升。要降低厂内的次品率，可通过良好的锥形流道设计和提高压铸件比例来配合。良好的流道设计不仅有助达到理想的填充模式﹐而且有效地降低压铸件憋气的情况增加良好压铸件的比率。由于锥形流道比其它流道较轻巧﹐又不需要太多溢流位令压铸件比例提升﹐回炉料数量也可相应减少。另一方面，小组式生产在连续而畅流的布置中，各生产步骤形成一群组，逐步依顺序安排。这能减少厂内多余的运送及仓储做成的资金积压，最终能达致厂方在整个生产流程上的成本减省。