1. Introduzione
Casting di zinco dado è un processo di produzione ampiamente adottato che svolge un ruolo fondamentale nella produzione di alta precisione, Componenti metallici ad alto volume.
Sfruttare l'eccellente castabilità, stabilità dimensionale, e forza delle leghe di zinco, Questo processo supporta una vasta gamma di settori: da automobili ed elettronica ai beni medici e di consumo.
Il basso punto di fusione dello zinco (Tipicamente circa 420-450 ° C) consente tempi di ciclo rapidi, Consumo minimo di energia, e durata dello strumento esteso, rendendolo particolarmente conveniente per il complesso, Disegni a parete sottile.
A differenza di altri materiali di fusteggiatura come alluminio o magnesio, Zinc offre una qualità di finitura superficiale superiore e una compatibilità eccezionale, che sono essenziali per applicazioni sia funzionali che estetiche.
2. Cos'è il casting di zinco?
Zinco pressofusione è un processo di produzione in cui le leghe di zinco o zinco fuso sono forzate ad alta pressione in stampi riutilizzabili, noto come stampi, Per creare componenti metallici precisi.
Il principio di base prevede l'iniezione del metallo fuso nella cavità, permettendolo di solidificare, e poi espellendo la parte finita.
Questo processo può produrre parti con tolleranze strette, finiture superficiali lisce, e geometrie complesse in un tempo relativamente breve.
3. Leghe di zinco comuni per il casting
Leghe di zinco utilizzati nella pressofusione sono formulati per massimizzare le prestazioni meccaniche, finitura superficiale, precisione dimensionale, e facilità di lavorazione.
Tra i più utilizzati ci sono i Serie di Lades (Carichi 2, 3, 5, 7) E Leghe ZA (Per-8, Per-12, ecc.).
Tavolo da fusione di zinco
| Lega | Composizione (WT%) | Caratteristiche principali | Usi comuni |
| Carichi 3 | Zn: ~ 96%, Al: 3.9%, Cu: 0.03%, Mg: 0.02% | Lega più usata; Eccellente stabilità dimensionale, buona forza, economico; Meglio per il casting per scopi generali | Alloggi elettrici, recinzioni, beni di consumo |
| Carichi 5 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 1.0%, Mg: 0.02% | Resistenza più alta di Zamak 3 A causa dell'aggiunta di rame; duttilità leggermente ridotta; migliore resistenza al creep | Parti automobilistiche, hardware dell'appliance, componenti strutturali |
| Carichi 2 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 2.7%, Mg: 0.02% | Più forte della famiglia Zamak; la più bassa duttilità; La migliore resistenza all'usura; Invecchiamento indurito | Ingranaggi di precisione, Parti meccaniche resistenti all'usura |
Carichi 7 |
Zn: ~ 99%, Al: 0.5–1,0%, Cu: <0.001%, Mg: 0.003% | PIÙ DUTTILITÀ DEL GRUPPO ZAMAK; impurità ultra-basse; Ottima castabilità e finitura superficiale | Getti a parete sottile, componenti in miniatura, parti cosmetiche |
| Per-8 (Zinco -alluminio) | Zn: 91%, Al: 8.4%, Cu: 0.8% | Più forte di Zamak 5; utilizzabile nelle macchine da cambio a caldo; meglio per parti strutturali a parete sottile | Assiemi meccanici ad alte prestazioni, alloggiamenti, leve |
| Per-12 | Zn: 88%, Al: 11%, Cu: 1.0% | Eccellente resistenza e resistenza all'usura; Casting a freddo a freddo richiesto; Castabilità moderata | Ingranaggi pesanti, boccole, pulegge, parentesi |
4. Attrezzatura per fusione e strumenti
Zinco muore casting in genere impiega macchine per il ficatore di cammino a caldo, che immergono il meccanismo di iniezione direttamente nel metallo fuso.
Questo design consente un funzionamento ad alta velocità con una perdita di energia minima.
Componenti degli utensili:
- Sistema a collo di cigno: Trasferisce lo zinco fuso dalla pentola nella manica del tiro.
- Manica da tiro & stantuffo: Inietta il metallo nello stampo con pressioni di 10.000-15.000 psi.
- I materiali: Di solito fatto di Acciaio per utensili H13 O P20, con trattamenti superficiali come nitriding o rivestimento PVD per resistere alla fatica termica e all'erosione.
Perché lo zinco è meno erosivo dell'alluminio, muore può durare 1 milioni di cicli, Ridurre significativamente i costi di strumenti a lungo termine.
5. Passaggi del processo di fusione di zinco
Il processo di fusione di zinco è un metodo preciso ed efficiente per produrre volumi elevati, Componenti metallici ad alta precisione.
Grazie all'eccezionale castabilità dello zinco, punto di fusione basso, e stabilità dimensionale, Il processo può ottenere tolleranze strette, finiture superficiali lisce, e geometrie a parete sottile.
Preparazione di scioglimento e controllo della temperatura
- Le leghe di zinco vengono in genere sciolte a 420–450 ° C (788–842 ° F.) A seconda del tipo di lega e della variazione del processo.
- Lo scioglimento si verifica in a Forno integrato con una macchina da camera a caldo o un crogiolo separato per le macchine da camera fredda.
- Controllo preciso della temperatura è essenziale per evitare il surriscaldamento (che provoca ossidazione e porosità) o sottosuota (che riduce il flusso).
- Degassante E flusso può essere usato per rimuovere gas e ossidi intrappolati per una migliore qualità della fusione.
Ricarica e iniezione
- Casting da morire a casa calda (più comune per lo zinco):
-
- IL Sistema a collo di cigno Disegna zinco fuso direttamente nella matrice sotto pressione idraulica (7–35 MPA).
- Brevi tempi di ciclo (tipicamente <1 Secondo tempo di riempimento) Rendi il processo ideale per la produzione ad alto volume.
- Casting da morire a freddo (Utilizzato per ZA-12, ZA-27):
-
- Lo zinco fuso è mexato in una manica, poi un pistone lo costringe a fare.
- Richiesto per leghe con un contenuto di alluminio più elevato che corrodano i sistemi di cero.
Riempimento e solidificazione della cavità
- Lo zinco fuso riempie la cavità in acciaio ad alta velocità (fino a 1–3 m/s), Garantire che raggiunga tutte le forme intricate e le pareti sottili.
- L'estrazione rapida del calore si verifica attraverso le pareti del dado, abilitazione:
-
- Solidificazione rapida (all'interno di millisecondi per pochi secondi)
- Precisione ad alta dimensione
- Struttura a grana fine con proprietà meccaniche migliorate
- Muore sfogare e l'assistenza al vuoto può essere utilizzato per prevenire l'intrappolamento dell'aria e ridurre la porosità.
Espulsione e ciclismo
- Una volta che la parte si solidifica, Pin di espulsione spingilo fuori dallo stampo.
- Le superfici muore sono raffreddate o lubrificate con Agenti a rilascio di die per garantire il rilascio di parti fluide e prolungare la vita.
- Tipico Tempo di ciclo per il casting di zinco: 20–60 secondi per colpo, A seconda della complessità della parte e del tipo in lega.
- Le stampi vengono quindi chiuse e preparate per la prossima iniezione: il raffreddamento rapido di Zinc consente un rapido ciclo.
Reflizione e rimozione del flash
- Dopo l'espulsione, materiale in eccesso (flash, spurio, corridori) è tagliato usando:
-
- Idraulico o meccanico tagliare le presse
- Sistemi di debuster CNC
- Strumenti di debring manuale per geometrie complesse
- La progettazione corretta di gate e overflow riduce al minimo i rifiuti e garantisce una separazione delle parti pulite.
Verifica di ispezione e dimensionale
- L'ispezione iniziale può includere:
-
- Ispezione visiva per flash, difetti superficiali, o il freddo si chiude
- Misurazione dimensionale Contro CAD o specifiche di disegno tecnico
- Opzionale Test a raggi X o di pressione per difetti interni
6. Finitura e post -elaborazione di zinco Die Casting
Mentre il casting in lega di zinco è rinomata per la produzione di componenti con eccellente finitura superficiale e tolleranze strette proprio dallo stampo,
La maggior parte delle applicazioni industriali e dei consumatori richiede ancora post-elaborazione per soddisfare le specifiche finali.
Sbavatura, Rifilatura, e rimozione del flash
Dopo l'espulsione dal dado, le parti hanno spesso materiale in eccesso a linee di separazione e aree di gate.
Questo deve essere rimosso per soddisfare le specifiche di progettazione e per garantire la sicurezza nella gestione e nel montaggio.
Metodi comuni:
- Presse meccaniche di taglio: Veloce e preciso, Ideale per la produzione ad alto volume.
- Draboring delle mani: Utilizzato per piccoli lotti o parti con geometrie intricate.
- Finitura vibratoria: Parti di caduta con mezzi abrasivi per levigare i bordi e la preparazione della superficie.
Obiettivo: Ottenere contorni puliti, Rimuovere i bordi affilati, e preparare parti per i rivestimenti.
Pulizia e pre-trattamento della superficie
La pulizia della superficie è critica prima di placcatura, pittura, o rivestimento. Lo strato di ossido naturale di zinco e i lubrificanti del dado devono essere rimossi per garantire un'adesione adeguata.
Le tecniche includono:
- Pulizia alcalina: Rimuove gli oli, grassi, e muore lubrificanti.
- Pallo acido: Rimuove gli ossidi e il flash ruggine.
- Scattatura o esplosione di perline: Uniformi la superficie e si prepara per i rivestimenti.
Risultato: Migliora il legame di vernici e piatti migliorando al contempo l'aspetto cosmetico.
Tecniche di finitura superficiale
Le leghe di zinco sono Altamente compatibile con rivestimenti decorativi e funzionali, rendendoli ideali per parti che richiedono aspetto o protezione da corrosione.
Placcatura
- Placcatura in nichel: Offre un luminoso, Finitura resistente alla corrosione, Spesso utilizzato in automobili e idraulici.
- Placcatura in cromo: Una finitura a specchio per superfici decorative o resistenti all'usura.
- Zinco o zinco-nichel: Applicato per ulteriore protezione della corrosione in ambienti difficili.
Verniciatura a polvere
- Applicazione elettrostatica di un polimero in polvere, seguito da cura a ~ 180–200 ° C.
- Offre durabilità, flessibilità del colore, e buona resistenza all'impatto e ai prodotti chimici.
Rivestimento laccaggio o chiaro
- I rivestimenti trasparenti proteggono le superfici placcate o lucidate senza alterare l'aspetto.
Trattamento termico (Opzionale per alcune leghe)
Le leghe di zinco non sono in genere trattate a calore per indurimento, Ma trattamenti di sollievo da stress può essere applicato:
- Intervallo di temperatura: 80–120 ° C per diverse ore.
- Scopo: Ridurre le sollecitazioni interne dalla fusione o dalla lavorazione, migliorare la stabilità dimensionale.
Alcuni di (Zinco-alluminio) Le leghe possono subire Indurimento dell'età per migliorare la forza nel tempo.
Operazioni di lavorazione e secondaria
Anche se Die Casting offre forme vicine, potrebbe essere necessaria la lavorazione secondaria per:
- Filettatura, perforazione, o toccare
- Superfici di accoppiamento per assemblaggi
- Caratteristiche a tolleranza stretta non realizzabili tramite il casting da solo
Nota: L'eccellente macchinabilità di zinco lo rende ideale per le operazioni secondarie, con Usura bassa degli utensili E Formazione di chip liscia.
7. Proprietà materiali dei getti di zinco
I getti di zinco sono apprezzati non solo per la loro eccellente castabilità ma anche per le loro robuste proprietà meccaniche e fisiche.
Queste proprietà rendono le leghe di zinco adatte per i componenti di precisione che richiedono alta resistenza, precisione dimensionale, e buona finitura superficiale.
Proprietà fisiche delle leghe di zinco
| Proprietà | Valore tipico (Carichi 3) | Significato |
| Densità | 6.6–6,8 g/cm³ | Fornisce forza e rigidità; più pesante dell'alluminio |
| Gamma di punti di fusione | 380–390 ° C. (716–734 ° F.) | Abilita tempi di fusione a bassa energia e brevi cicli |
| Conducibilità termica | ~ 113 W/M · K. | Ottima dissipazione del calore, Utile negli alloggiamenti elettronici |
| Conduttività elettrica | ~ 27% IACS | Adatto per alcune applicazioni di messa a terra elettrica |
| Coefficiente di dilatazione termica | 27 × 10⁻⁶ /k | Cambiamenti dimensionali prevedibili in ciclo termico |
Proprietà meccaniche delle leghe di zinco
| Proprietà | Carichi 3 | Carichi 5 | Per-8 |
| Resistenza alla trazione | ~ 280 MPA | ~ 310 MPA | ~ 350 MPA |
| Forza di snervamento | ~ 210 MPA | ~ 250 MPA | ~ 275 MPA |
| Allungamento a rottura | ~ 7–10% | ~ 6–8% | ~ 3–6% |
| Durezza (Brinell) | 82–90 | 85–95 | 90–100 |
| Modulo di elasticità | ~ 96 GPA | ~ 96 GPA | ~ 100 GPA |
| Forza d'impatto | Moderare | Leggermente più basso | Più in alto di Zamak 3 |
Stabilità dimensionale & Resistenza al creep
- Stabilità dimensionale: I getti di zinco possono mantenere tolleranze precise per lunghi periodi, soprattutto in ambienti a temperatura moderata.
-
- Tolleranze tipiche: ± 0,05 mm o meglio
- Resistenza al creep: Limitato sopra 100 °C. Le leghe di zinco sono non ideale per carichi strutturali ad alta temperatura, ma esegui bene nella stanza a temperature moderatamente elevate.
8. Controllo di qualità e mitigazione dei difetti
Mantenere un'alta qualità del prodotto nella fusione di zinco richiede solidi sistemi di monitoraggio e ispezione.
Difetti e rimedi tipici:
| Difetto | Causa | Mitigazione |
| Porosità | Intrappolamento dell'aria | Casting da morire sotto vuoto, Design gating |
| Il freddo si chiude | Flusso o riempimento incompleto | Aumentare la temperatura, migliorare la fluidità |
| Flash | Alta pressione di iniezione | Stringere il dado in forma, Modifica il serraggio |
| Muore saldatura | Fondamento di metallo per morire muro | Applicare il lubrificante da morire, Usa i rivestimenti |
Metodi di test non distruttivi come Ispezione a raggi X., ultrasuoni, E Test del penetrante colorante sono spesso usati per rilevare difetti interni o superficiali.
9. Vantaggi & Limitazioni dei getti di zinco
Vantaggi
Fluidità superiore:
Le leghe di zinco presentano un'eccellente fluidità, Abilitare la produzione di componenti intricati con pareti sottili, sottile come 0.8 mm.
Questa proprietà consente a zinco fuso di riempire con precisione cavità di stampo complesse, Facilitare la produzione di parti altamente dettagliate.
Precisione dimensionale ad alta precisione:
Il casting di zinco può ottenere tolleranze dimensionali estremamente strette, in genere entro ± 0,05-0,1 mm per parti di piccole e dimensioni.
Questa precisione spesso elimina la necessità di un'ampia post-lavorazione, Risparmio sia tempo che costi.
Tassi di produzione rapidi:
Le macchine per il cestino per zinco possono funzionare con brevi tempi di ciclo, di solito che vanno da 10-60 Secondi per ciclo, A seconda della complessità della parte.
Questa capacità di produzione ad alta velocità lo rende ideale per la produzione di massa, Ridurre i costi di produzione complessivi.
Buona finitura superficiale:
Le parti prodotte attraverso la fusione di zinco hanno generalmente una superficie liscia e lucida proprio dallo stampo.
Ciò elimina la necessità di molte operazioni di finale di superficie e fornisce una base eccellente per ulteriori trattamenti come la placcatura o la pittura.
Efficacia in termini di costi:
Lo zinco è relativamente economico rispetto a molti altri metalli.
Inoltre, Il processo genera rifiuti minimi di materiale in quanto il metallo in eccesso può essere facilmente riciclato, riducendo ulteriormente i costi.
Il costo inferiore degli utensili e delle attrezzature contribuisce anche alla sua redditività economica.
Ampia gamma di opzioni in lega:
Ci sono varie leghe di zinco disponibili, ciascuno su misura per requisiti di prestazione specifici.
Per esempio, Le leghe Zamak offrono un equilibrio di forza, resistenza alla corrosione, e proprietà di casting,
Mentre le leghe ZA sono note per la loro alta resistenza all'usura, Fornire flessibilità nella selezione dei materiali.
Limitazioni
Prestazioni limitate alle alte temperature:
Le leghe di zinco hanno punti di fusione bassi e scarsa resistenza al calore.
Le loro proprietà meccaniche si degradano significativamente a temperature elevate (di solito sopra i 120 ° C.),
rendendoli inadatti alle applicazioni che coinvolgono un'esposizione continua ad alto calore, come interni del motore in veicoli ad alte prestazioni.
Vincoli di dimensione:
La dimensione delle parti di fust di zinco è limitata dalla capacità di macchine e stampi di fuste.
Produrre componenti su larga scala è impegnativo e costoso, poiché richiede macchine più potenti e più grandi, stampi più costosi.
Sensibilità termica:
Le leghe di zinco sono sensibili alle rapide variazioni di temperatura durante il processo di fustum.
Questa sensibilità termica può portare a problemi come le sollecitazioni termiche, deformazione, e cracking nelle parti del cast se i parametri di processo, come le velocità di raffreddamento, non sono attentamente controllati.
Suscettibilità a determinati ambienti corrosivi:
Sebbene lo zinco abbia una resistenza alla corrosione intrinseca, In ambienti altamente corrosivi, specialmente quelli con acidi forti o alcali, Il materiale può corrodere nel tempo.
Mentre i trattamenti superficiali possono migliorare la resistenza alla corrosione, Aggiunge al costo complessivo.
Disponibilità della lega regionale:
La produzione e la disponibilità di specifiche leghe di zinco possono essere limitate in alcune regioni.
Ciò può portare a sfide della catena di approvvigionamento, tempi di consegna più lunghi, e aumento dei costi per l'approvvigionamento di leghe specializzate.
10. Applicazioni di fusioni di zinco
Automobilistico Industria
- Aree di applicazione: Componenti strutturali del veicolo, rivestimento interno/esterno, e parti funzionali
- Componenti: Supporti del motore, parentesi, maniglie delle porte, manopole, mozzi di ruote, griglie, e finiture decorative
Elettronica Industria
- Aree di applicazione: Recinti elettronici, connettori, e gestione del calore
- Componenti: Collegne connettori, Alloggi per dispositivi, dissipatori di calore per semiconduttori, e apparecchi di circuiti
Settore dei beni di consumo
- Aree di applicazione: Elettrodomestici, giocattoli, e prodotti decorativi
- Componenti: Maniglie/manopole per elettrodomestici da cucina, Modelli di giocattoli, Figurine decorative, e hardware per mobili
Hardware & Industria idraulica
- Aree di applicazione: Fidurs e sistemi idraulici da costruzione
- Componenti: Rubinetti, valvole, chiusura delle porte, cerniere, e hardware architettonico
Campo di dispositivi medici
- Aree di applicazione: Attrezzatura chirurgica e componenti biomedici
- Componenti: Alloggi per strumenti biocompatibili, involucri di dispositivi impiantabili (con trattamento superficiale), e parti degli strumenti diagnostici
Settore delle energie rinnovabili
- Aree di applicazione: Infrastruttura di energia eolica e solare
- Componenti: Staffe a turbine eoliche, sistemi di montaggio del pannello solare, e recinti del sistema di accumulo di energia
11. Tabella comparativa: Zinco vs alluminio vs magnesio fusione
| Proprietà / Caratteristica | Pressofusione di zinco | Pressofusione di alluminio | Casting da morire di magnesio |
| Densità (g/cm³) | 6.6–6.8 | 2.6–2.8 | 1.74–1.84 |
| Punto di fusione (°C) | 380–390 | 615–660 | 595–650 |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 250–400 | 170–310 | 180–280 |
| Forza di snervamento (MPa) | 210–350 | 120–280 | 150–230 |
| Allungamento (%) | 7–15 | 2–8 | 3–10 |
| Durezza (Brinell) | 82–120 | 50–110 | 60–90 |
| Colabilità | Eccellente (pareti sottili, tolleranze strette) | Bene (meno fluido dello zinco) | Moderare (richiede condizioni controllate) |
| Vita degli strumenti | Molto alto (fino a 1 milioni di colpi) | Moderare (100K - 155k colpi tipici) | Da moderato ad alto |
| Resistenza alla corrosione | Bene (può essere migliorato tramite placcatura) | Moderare (ha bisogno di rivestimento in ambienti difficili) | Bene (Soprattutto in lega AZ91D) |
Lavorabilità |
Eccellente | Bene | Bene |
| Finitura superficiale | Superiore (Pronto per la placcatura o la pittura) | Giusto (La post-elaborazione spesso necessaria) | Davvero a buono |
| Conducibilità termica (W/m·K) | ~ 109 | ~ 150–170 | ~ 60–90 |
| Costo unitario (materiale + processo) | Basso (basso punto di fusione = risparmio energetico) | Moderare | Alto (materiale & Costi di utensili) |
| Riciclabilità | Eccellente | Eccellente | Eccellente |
| Potenziale di risparmio di peso | Basso (alta densità) | Medio | Alto (più leggero dei tre) |
| Applicazioni tipiche | Piccoli ingranaggi, connettori, recinzioni, Trime | Blocchi motore, alloggiamenti, staffe strutturali | Cornici per laptop, Ruote a sterzo automobilistico, involucri |
| Impatto ambientale | Moderare (Efficienza energetica ma pesante) | Da moderato ad alto (ad alta intensità di energia) | Inferiore (leggero, meno materiale necessario) |
Takeaway chiave:
- Zinco è l'ideale per alta precisione, piccolo, parti complesse con qualità superficiale superiore e basso costo degli utensili, soprattutto dentro produzione ad alto volume.
- Alluminio è preferito per Componenti strutturali leggeri con forza moderata e maggiore resistenza termica.
- Magnesio offre il Miglior rapporto resistenza-peso, rendendolo adatto a elettronica aerospaziale e portatile, ma richiede controlli di elaborazione e sicurezza più specializzati.
12. Conclusione
Lo zinco dà casting è un maturo, preciso, e processo di produzione economico idealmente adatto alla produzione di componenti in metallo complessi in volumi elevati.
La sua robustezza meccanica, Castabilità superiore, E un'eccellente qualità della superficie continua a renderla la scelta preferita per le industrie che vanno dall'automotive a dispositivi medici.
Mentre ha alcune limitazioni termiche, la sua flessibilità di design, basso costo di produzione, e la riciclabilità è saldamente protetta da zinco a fusione come una tecnologia di formazione metallica leader per il futuro.
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