1. Introduction
Casting de zinc die est un processus de fabrication largement adopté qui joue un rôle essentiel dans la production de haute précision, composants métalliques à volume élevé.
Tirer parti de l'excellente coulée, stabilité dimensionnelle, et force des alliages de zinc, Ce processus soutient un large éventail d'industries - de l'automobile et de l'électronique aux biens médicaux et de consommation.
Point de fusion bas du zinc (Généralement environ 420 à 450 ° C) permet des temps de cycle rapide, consommation d'énergie minimale, et la vie de l'outil prolongé, le rendre particulièrement rentable pour le complexe, conceptions à parois minces.
Contrairement à d'autres matériaux de lancement de la matrice comme l'aluminium ou le magnésium, Le zinc offre une qualité de finition de surface supérieure et une compatibilité des placages exceptionnels, qui sont essentiels pour les applications fonctionnelles et esthétiques.
2. Qu'est-ce que le casting de zinc?
Zinc moulage sous pression est un processus de fabrication dans lequel les alliages de zinc ou de zinc fondu sont forcés sous haute pression dans les moules réutilisables, connu sous le nom de matrices, Pour créer des composants métalliques précis.
Le principe de base consiste à injecter le métal fondu dans la cavité de la matrice, lui permettant de se solidifier, puis éjecter la pièce finie.
Ce processus peut produire des pièces avec des tolérances étroites, finitions de surface lisses, et des géométries complexes dans un temps relativement court.
3. Alliages de zinc communs pour le moulage
Alliages de zinc utilisés en moulage sous pression sont formulés pour maximiser les performances mécaniques, état de surface, précision dimensionnelle, et facilité de traitement.
Parmi les plus utilisés figurent le Série Lades (Charges 2, 3, 5, 7) et Alliages za (Pour 8, Pour 12, etc.).
Table des alliages de moulage en zinc
| Alliage | Composition (WT%) | Principales fonctionnalités | Utilisations courantes |
| Charges 3 | Zn: ~ 96%, Al: 3.9%, Cu: 0.03%, Mg: 0.02% | Alliage le plus largement utilisé; Excellente stabilité dimensionnelle, bonne force, économique; Meilleur pour le casting à usage général | Logements électriques, boîtiers, biens de consommation |
| Charges 5 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 1.0%, Mg: 0.02% | Force plus élevée que Zamak 3 En raison de cuivre ajouté; ductilité légèrement réduite; meilleure résistance au fluage | Pièces automobiles, matériel d'appareil, composants structurels |
| Charges 2 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 2.7%, Mg: 0.02% | La plus forte de la famille Zamak; la plus basse ductilité; Meilleure résistance à l'usure; vieillissant durable | Engrenages de précision, pièces mécaniques résistantes à l'usure |
Charges 7 |
Zn: ~ 99%, Al: 0.5–1,0%, Cu: <0.001%, Mg: 0.003% | Ductilité la plus élevée du groupe Zamak; Impuretés ultra-faibles; Excellente coulée et finition de surface | Castings à parois minces, composants miniatures, parties cosmétiques |
| Pour 8 (Zinc - aluminium) | Zn: 91%, Al: 8.4%, Cu: 0.8% | Plus fort que Zamak 5; Utilisable dans les machines à chambre chaude; Mieux pour les pièces structurelles à parois minces | Assemblages mécaniques hautes performances, logements, levier |
| Pour 12 | Zn: 88%, Al: 11%, Cu: 1.0% | Excellente résistance et résistance à l'usure; coulée à la chambre froide requise; coulée modérée | Vitesses lourdes, bagues, poulies, parenthèses |
4. Équipement de moulage et outils de moulage
Le casting de zinc utilise généralement machines à mouler à la chambre à chaud, qui plonger le mécanisme d'injection directement dans le métal fondu.
Cette conception permet un fonctionnement à grande vitesse avec une perte d'énergie minimale.
Composants d'outillage:
- Système de col de cygne: Transfère le zinc fondu du pot de maintien dans le manchon de tir.
- Manche & piston: Injecte du métal dans le moule sous des pressions de 10 000 à 15 000 psi.
- Les matériaux: Généralement fait de Acier à outils H13 ou P20, avec des traitements de surface comme la nitrade ou le revêtement PVD pour résister à la fatigue thermique et à l'érosion.
Parce que le zinc est moins érosif que l'aluminium, Les matrices peuvent durer 1 millions de cycles, réduire considérablement les coûts d'outillage à long terme.
5. Étapes du processus de coulée de matrice de zinc
Le processus de moulage du zinc est une méthode précise et efficace pour produire, composants métalliques à haute précision.
Merci à la couchabilité exceptionnelle de Zinc, point de fusion bas, et stabilité dimensionnelle, Le processus peut atteindre des tolérances étroites, finitions de surface lisses, et géométries à paroi mince.
Préparation de la fonte et contrôle de la température
- Les alliages de zinc sont généralement fondus à 420–450 ° C (788–842 ° F) en fonction du type d'alliage et de la variation de processus.
- La fusion se produit dans un fournaise intégrée à une machine à chambre chaude ou un creuset séparé pour les machines à chambre froide.
- Contrôle précis de la température est essentiel pour éviter la surchauffe (qui provoque l'oxydation et la porosité) ou sous-traitance (qui réduit la fluidité).
- Dégazage et fluxage Peut être utilisé pour éliminer les gaz piégés et les oxydes pour une meilleure qualité de coulée.
Charge et injection de tir
- Casting de matrice à la chambre chaude (le plus courant pour le zinc):
-
- Le système de col de cygne dessine du zinc fondu directement dans la matrice sous pression hydraulique (7–35 MPA).
- Temps de cycle court (typiquement <1 Deuxième temps de remplissage) rendre le processus idéal pour la production à haut volume.
- Coulage de la mort à la chambre froide (Utilisé pour ZA-12, ZA-27):
-
- Le zinc fondu est gâché dans une manche de tir, Puis un piston le force dans la filière.
- Requis pour les alliages avec un contenu en aluminium plus élevé qui corrode.
Remplissage et solidification de la cavité
- Le zinc fondu remplit la cavité en acier à grande vitesse (jusqu'à 1 à 3 m / s), s'assurer qu'il atteint toutes les formes complexes et les murs minces.
- L'extraction de chaleur rapide se produit à travers les murs de la matrice, habilitant:
-
- Solidification rapide (en quelques millisecondes à quelques secondes)
- Précision élevée
- Structure à grains fins avec des propriétés mécaniques améliorées
- Ventilation et l'assistance à l'aspirateur peut être utilisée pour prévenir le piégeage de l'air et réduire la porosité.
Éjection et vélo de mourir
- Une fois que la pièce se solidifie, épingles d'éjection Poussez-le du moule.
- Les surfaces de matrice sont refroidies ou lubrifiées avec Agents de libération Pour assurer une libération de partie fluide et prolonger la vie.
- Typique Temps de cycle pour le moulage du zinc: 20–60 secondes par tir, en fonction de la complexité partielle et du type d'alliage.
- Les matrices sont ensuite fermées et préparées pour la prochaine injection - le refroidissement rapide de Zinc permet un cyclisme rapide.
Coupe et retrait du flash
- Après éjection, excès de matériaux (éclair, faux, coureurs) est coupé en utilisant:
-
- Hydraulique ou mécanique Presses de coupe
- Systèmes de déburrices CNC
- Outils de déburrition manuels pour les géométries complexes
- Une bonne conception de déclenchement et de débordement minimise les déchets et assure une séparation propre.
Inspection et vérification dimensionnelle
- L'inspection initiale peut inclure:
-
- Inspection visuelle pour flash, défauts de surface, ou le froid ferme
- Jaugeur dimensionnel Contre CAD ou spécifications de dessin technique
- Facultatif Radiographie ou test de pression Pour les défauts internes
6. Finition et post-traitement du casting de zinc
Tandis que le moulage en alliage en zinc est réputé pour produire des composants avec une excellente finition de surface et des tolérances serrées dès la sortie du moule,
La plupart des applications industrielles et grand public nécessitent toujours le post-traitement pour répondre aux spécifications finales.
Ébavurage, Garniture, et le retrait flash
Après l'éjection de la matrice, Les pièces ont souvent excès de matériaux Aux lignes de séparation et de portes.
Cela doit être supprimé pour répondre aux spécifications de conception et pour assurer la sécurité dans la manipulation et l'assemblage.
Méthodes courantes:
- Presses de coupe mécanique: Rapide et précis, Idéal pour la production à haut volume.
- Déburricule de la main: Utilisé pour les petits lots ou pièces avec des géométries complexes.
- Finition vibratoire: Parts tumultueuses avec des milieux abrasifs pour le lissage des bords et la préparation de surface.
But: Obtenir des contours propres, Retirer les arêtes vives, et préparer des pièces pour les revêtements.
Nettoyage de surface et prétraitement
La propreté de surface est un placage d'abeille critique, peinture, ou revêtement. La couche d'oxyde naturel et les lubrifiants du zinc doivent être retirés pour assurer une bonne adhérence.
Les techniques incluent:
- Nettoyage alcalin: Élire les huiles, graisses, et des lubrifiants.
- Joueur acide: Élimine les oxydes et la rouille flash.
- Fichage de tir ou dynamitage de perles: Uniformes la surface et se prépare aux revêtements.
Résultat: Améliore la liaison des peintures et des plateaux tout en améliorant l'apparence cosmétique.
Techniques de finition de surface
Les alliages de zinc sont Très compatible avec les revêtements décoratifs et fonctionnels, Les rendre idéaux pour les pièces nécessitant une apparence ou une protection contre la corrosion.
Placage
- Nickelage: Offre un brillant, finition résistante à la corrosion, Souvent utilisé en automobile et en plomberie.
- Chromage: Une finition en forme de miroir pour les surfaces décoratives ou résistantes à l'usure.
- Placage de zinc ou de zinc-nickel: Appliqué pour une protection supplémentaire de corrosion dans des environnements difficiles.
Revêtement en poudre
- Application électrostatique d'un polymère en poudre, suivi d'un durcissement à ~ 180–200 ° C.
- Offre une durabilité, flexibilité des couleurs, et une bonne résistance à l'impact et aux produits chimiques.
Lacque ou revêtement clair
- Les revêtements transparents protégent les surfaces plaquées ou polies sans modifier l'apparence.
Traitement thermique (Facultatif pour certains alliages)
Les alliages de zinc ne sont généralement pas traités à la chaleur pour le durcissement, mais Traitements de soulagement du stress Peut être appliqué:
- Plage de température: 80–120 ° C pendant plusieurs heures.
- But: Réduire les contraintes internes de la coulée ou de l'usinage, Améliorer la stabilité dimensionnelle.
Une partie de (Zinc-aluminium) Les alliages peuvent subir durcissement par âge pour améliorer la force au fil du temps.
Usinage et opérations secondaires
Même si le moulage de mat, L'usinage secondaire peut être nécessaire pour:
- Enfilage, forage, ou taraudage
- Surfaces d'accouplement pour les assemblages
- Caractéristiques de tolérance serrée non réalisables via le casting seul
Note: L'excellente machinabilité du zinc le rend idéal pour les opérations secondaires, avec Assure de l'outil bas et Formation de puces lisses.
7. Propriétés des matériaux des pièces moulées du zinc
Les pièces moulées en zinc sont appréciées non seulement pour leur excellente coulée mais aussi pour leurs propriétés mécaniques et physiques robustes.
Ces propriétés font des alliages de zinc adaptés aux composants de précision nécessitant une résistance élevée, précision dimensionnelle, et bonne finition de surface.
Propriétés physiques des alliages de zinc
| Propriété | Valeur typique (Charges 3) | Importance |
| Densité | 6.6–6,8 g / cm³ | Fournit la force et la rigidité; plus lourd que l'aluminium |
| Plage de points de fusion | 380–390 ° C (716–734 ° F) | Permet une fusion à faible énergie et des temps de cycle court |
| Conductivité thermique | ~ 113 w / m · k | Excellente dissipation de chaleur, utile dans les boîtiers électroniques |
| Conductivité électrique | ~ 27% IACS | Convient pour certaines applications de mise à la terre électrique |
| Coefficient de dilatation thermique | 27 × 10⁻⁶ / k | Changements dimensionnels prévisibles sous cyclisme thermique |
Propriétés mécaniques des alliages de zinc
| Propriété | Charges 3 | Charges 5 | Pour 8 |
| Résistance à la traction | ~ 280 MPa | ~ 310 MPA | ~ 350 MPa |
| Limite d'élasticité | ~ 210 MPa | ~ 250 MPa | ~ 275 MPA |
| Allongement à la rupture | ~ 7–10% | ~ 6–8% | ~ 3–6% |
| Dureté (Brinell) | 82–90 | 85–95 | 90–100 |
| Module d'élasticité | ~ 96 GPA | ~ 96 GPA | ~ 100 GPA |
| Résistance aux chocs | Modéré | Légèrement inférieur | Plus haut que Zamak 3 |
Stabilité dimensionnelle & Résistance au fluage
- Stabilité dimensionnelle: Les pièces moulées en zinc peuvent maintenir des tolérances précises sur de longues périodes, Surtout dans des environnements de température modérés.
-
- Tolérances typiques: ± 0,05 mm ou mieux
- Résistance au fluage: Limité ci-dessus 100 °C. Les alliages de zinc sont Pas idéal pour les charges structurelles à haute température, mais bien performer dans la place à des températures modérément élevées.
8. Contrôle de la qualité et atténuation des défauts
Le maintien d'une qualité de produit élevée dans le moulage en zinc nécessite des systèmes de surveillance et d'inspection robustes.
Défauts et remèdes typiques:
| Défaut | Cause | Atténuation |
| Porosité | Piégeage d'air | Moulage à vide, conception de déclenchement |
| Ferme à froid | Flux ou remplissage incomplet | Augmenter la température, améliorer la fluidité |
| Éclair | Pression d'injection élevée | Serrer la détérioration, Modifier le serrage |
| Soudure | Fustage en métal pour mourir | Appliquer le lubrifiant, Utiliser des revêtements |
Méthodes de test non destructeurs telles que Inspection des rayons X, ultrason, et Test de pénétration de colorant sont souvent utilisés pour détecter les défauts internes ou en surface.
9. Avantages & Limitations des moulages de pure de zinc
Avantages
Fluidité supérieure:
Les alliages de zinc présentent une excellente fluidité, permettant la production de composants complexes avec des murs minces, aussi mince que 0.8 mm.
Cette propriété permet au zinc fondu de remplir précisément les cavités de moule complexes, faciliter la fabrication de pièces très détaillées.
Précision dimensionnelle de haute précision:
Le moulage du zinc peut atteindre des tolérances dimensionnelles extrêmement étroites, généralement dans ± 0,05-0,1 mm pour les pièces de petite à moyen.
Cette précision élimine souvent la nécessité d'une étendue post-accumulation, Économiser du temps et du coût.
Taux de production rapides:
Les machines à mourir pour le zinc peuvent fonctionner avec des temps de cycle courts, allant généralement de 10-60 secondes par cycle, en fonction de la complexité partielle.
Cette capacité de production à grande vitesse le rend idéal pour la fabrication de masse, Réduire les coûts de production globaux.
Bonne finition de surface:
Les pièces produites par la coulée du zinc ont généralement une surface lisse et brillante à l'extérieur du moule.
Cela élimine le besoin de nombreuses opérations de finition de surface et fournit une excellente base pour d'autres traitements comme le placage ou la peinture.
Rentabilité:
Le zinc est relativement peu coûteux par rapport à de nombreux autres métaux de casting de matrices.
En plus, Le processus génère des déchets de matériaux minimaux car l'excès de métal peut être facilement recyclé, Réduire davantage les coûts.
Le coût inférieur de l'outillage et de l'équipement contribue également à sa viabilité économique.
Large gamme d'options d'alliage:
Il existe différents alliages de zinc disponibles, chacun adapté à des exigences de performance spécifiques.
Par exemple, Les alliages Zamak offrent un équilibre de force, résistance à la corrosion, et les propriétés de coulée,
tandis que les alliages ZA sont connus pour leur résistance à l'usure élevée, Fournir une flexibilité dans la sélection des matériaux.
Limites
Performances limitées à haute température:
Les alliages de zinc ont de faibles points de fusion et une mauvaise résistance à la chaleur.
Leurs propriétés mécaniques se dégradent considérablement à des températures élevées (généralement au-dessus de 120 ° C),
les rendre inadaptés aux applications impliquant une exposition continue à une chaleur élevée, comme les internes en moteur dans les véhicules hautes performances.
Contraintes de taille:
La taille des pièces moulées en zinc est limitée par la capacité des machines et des moules à casting de matrice.
La production de composants à grande échelle est difficile et coûteuse, car il nécessite des machines plus puissantes et plus, Moules plus chers.
Sensibilité thermique:
Les alliages de zinc sont sensibles aux changements de température rapides pendant le processus de casting de la matrice.
Cette sensibilité thermique peut entraîner des problèmes tels que des contraintes thermiques, gauchissement, et craquer dans les pièces coulées si les paramètres de processus, comme les taux de refroidissement, ne sont pas soigneusement contrôlés.
Sensibilité à certains environnements corrosifs:
Bien que le zinc ait une certaine résistance à la corrosion inhérente, Dans des environnements hautement corrosifs, surtout ceux qui ont des acides forts ou des alcalis, Le matériau peut corroder avec le temps.
Tandis que les traitements de surface peuvent améliorer la résistance à la corrosion, cela ajoute au coût global.
Disponibilité en alliage régional:
La production et la disponibilité d'alliages de zinc spécifiques peuvent être limités dans certaines régions.
Cela peut entraîner des défis de la chaîne d'approvisionnement, des délais plus longs, et augmentation des coûts pour l'approvisionnement en alliages spécialisés.
10. Applications des pièces moulées en zinc
Automobile Industrie
- Domaines d'application: Composants structurels de véhicules, garniture intérieure / extérieure, et parties fonctionnelles
- Composants: Supports de moteur, parenthèses, poignées de porte, boutons, centres de roue, grilles, et garnitures décoratives
Électronique Industrie
- Domaines d'application: Enclos électroniques, connecteurs, et gestion de la chaleur
- Composants: Brancher les connecteurs, logements d'appareil, dissipateurs de chaleur pour les semi-conducteurs, et les luminaires de la carte de circuit imprimé
Secteur des biens de consommation
- Domaines d'application: Appareils électroménagers, jouets, et produits décoratifs
- Composants: Poignées / boutons pour les appareils de cuisine, modèles de jouets, figurines décoratives, et matériel pour les meubles
Matériel & Industrie de la plomberie
- Domaines d'application: Dispositions de construction et systèmes de plomberie
- Composants: Robinets, vannes, serrures de porte, charnières, et matériel architectural
Domaine des dispositifs médicaux
- Domaines d'application: Équipement chirurgical et composants biomédicaux
- Composants: Boîtiers d'instruments biocompatibles, Enveloppes de dispositif implantable (avec traitement de surface), et pièces d'outils de diagnostic
Secteur des énergies renouvelables
- Domaines d'application: Infrastructure d'énergie éolienne et solaire
- Composants: Supports d'éoliennes, Systèmes de montage du panneau solaire, et enceintes du système de stockage d'énergie
11. Tableau de comparaison: Zinc vs aluminium vs moulage en magnésium
| Propriété / Fonctionnalité | Moulage sous pression de zinc | Moulage sous pression en aluminium | Moulage en magnésium |
| Densité (g/cm³) | 6.6–6.8 | 2.6–2.8 | 1.74–1.84 |
| Point de fusion (°C) | 380–390 | 615–660 | 595–650 |
| Résistance à la traction (MPa) | 250–400 | 170–310 | 180–280 |
| Limite d'élasticité (MPa) | 210–350 | 120–280 | 150–230 |
| Élongation (%) | 7–15 | 2–8 | 3–10 |
| Dureté (Brinell) | 82–120 | 50–110 | 60–90 |
| Castabilité | Excellent (parois minces, tolérances serrées) | Bien (Moins liquide que le zinc) | Modéré (nécessite des conditions contrôlées) |
| Vie de l'outil | Très élevé (jusqu'à 1 millions de tirs) | Modéré (100K - 150K Plans typiques) | Modéré à élevé |
| Résistance à la corrosion | Bien (peut être amélioré par le placage) | Modéré (Besoin de revêtement dans des environnements durs) | Bien (en particulier l'alliage AZ91D) |
Usinabilité |
Excellent | Bien | Bien |
| Finition de surface | Supérieur (Prêt pour le placage ou la peinture) | Équitable (post-traitement souvent nécessaire) | Juste à bon |
| Conductivité thermique (W/m·K) | ~ 109 | ~ 150–170 | ~ 60–90 |
| Coût unitaire (matériel + processus) | Faible (Faible point de fusion = Économies d'énergie) | Modéré | Haut (matériel & coûts d'outillage) |
| Recyclabilité | Excellent | Excellent | Excellent |
| Potentiel d'économie de poids | Faible (densité élevée) | Moyen | Haut (le plus léger des trois) |
| Applications typiques | Petit engrenage, connecteurs, boîtiers, garniture | Blocs de moteur, logements, supports structurels | Cadres d'ordinateur portable, Wheels de direction automobile, boîtiers |
| Impact environnemental | Modéré (économe en énergie mais lourd) | Modéré à élevé (à forte intensité d'énergie) | Inférieur (léger, Moins de matériel nécessaire) |
Principaux à retenir:
- Zinc est idéal pour haute précision, petit, pièces complexes avec une qualité de surface supérieure et Coût d'outillage faible, surtout dans production en grand volume.
- Aluminium est préféré pour composants structurels légers avec une force modérée et résistance thermique plus élevée.
- Magnésium offre le Meilleur rapport force / poids, le rendant approprié pour Aérospatial et électronique portable, mais nécessite des contrôles de traitement et de sécurité plus spécialisés.
12. Conclusion
Le casting de zinc est un mature, précis, et processus de fabrication rentable Idéalement adapté pour produire des composants métalliques complexes en volumes élevés.
Sa robustesse mécanique, Couchabilité supérieure, et une excellente qualité de surface continuent de le faire le choix préféré des industries allant de l'automobile aux dispositifs médicaux.
Bien qu'il ait quelques limitations thermiques, sa flexibilité de conception, faible coût de production, et la recyclabilité sécurisé fermement le moulage du zinc comme une technologie de formation de métaux principale pour l'avenir.
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