1. Introdução
CASTA DO FILHO DE ZINC é um processo de fabricação amplamente adotado que desempenha um papel crítico na produção de alta precisão, Componentes de metal de alto volume.
Aproveitando a excelente castabilidade, estabilidade dimensional, e força de ligas de zinco, Este processo suporta uma ampla gama de indústrias - de automóveis e eletrônicos a bens médicos e de consumo.
Ponto de fusão baixo do zinco (normalmente em torno de 420-450 ° C) permite tempos rápidos de ciclo, consumo mínimo de energia, e vida útil prolongada da ferramenta, tornando-o particularmente econômico para o complexo, Designs de paredes finas.
Ao contrário de outros materiais de fundição, como alumínio ou magnésio, O zinco oferece qualidade superior do acabamento da superfície e compatibilidade excepcional, que são essenciais para aplicações funcionais e estéticas.
2. O que é o elenco de zinco?
Zinco fundição sob pressão é um processo de fabricação no qual ligas de zinco derretido ou zinco são forçadas sob alta pressão em moldes reutilizáveis, conhecido como matriz, Para criar componentes de metal precisos.
O princípio básico envolve injetar o metal fundido na cavidade da matriz, permitindo solidificar, e depois ejetando a parte final.
Este processo pode produzir peças com tolerâncias apertadas, acabamentos de superfície lisa, e geometrias complexas em um tempo relativamente curto.
3. Ligas de zinco comuns para elenco
Ligas de zinco Usado na fundição Die são formulados para maximizar o desempenho mecânico, acabamento superficial, precisão dimensional, e facilidade de processamento.
Entre os mais amplamente utilizados estão os Série Lades (Cargas 2, 3, 5, 7) e Ligas za (Para 8, Para 12, etc.).
Tabela de ligas de fundição de zinco
| Liga | Composição (WT%) | Principais recursos | Usos comuns |
| Cargas 3 | Zn: ~ 96%, Al: 3.9%, Cu: 0.03%, mg: 0.02% | Liga mais amplamente usada; Excelente estabilidade dimensional, boa força, econômico; melhor para elenco de uso geral | Estados elétricos, recintos, bens de consumo |
| Cargas 5 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 1.0%, mg: 0.02% | Maior força que Zamak 3 Devido a um cobre adicionado; ductilidade ligeiramente reduzida; melhor resistência à fluência | Peças automotivas, hardware do aparelho, componentes estruturais |
| Cargas 2 | Zn: ~ 95%, Al: 3.9%, Cu: 2.7%, mg: 0.02% | Mais forte da família Zamak; Dutilidade mais baixa; melhor resistência ao desgaste; Envelhecimento Hardenable | Engrenagens de precisão, Peças mecânicas resistentes ao desgaste |
Cargas 7 |
Zn: ~ 99%, Al: 0.5–1,0%, Cu: <0.001%, mg: 0.003% | Mais alta ductilidade no grupo Zamak; impurezas ultra-baixas; Excelente castabilidade e acabamento superficial | Peças fundidas de parede fina, Componentes em miniatura, partes cosméticas |
| Para 8 (Zinco -alumínio) | Zn: 91%, Al: 8.4%, Cu: 0.8% | Mais forte que Zamak 5; utilizável em máquinas de câmara quente; melhor para peças estruturais de paredes finas | Conjuntos mecânicos de alto desempenho, alojamentos, alavancas |
| Para 12 | Zn: 88%, Al: 11%, Cu: 1.0% | Excelente resistência à força e desgaste; CASTA DE CHAMBER FOO NECESSÁRIO; castabilidade moderada | Engrenagens pesadas, buchas, polias, colchetes |
4. Die Casting Equipment and Tooling
O elenco de zinco normalmente emprega Máquinas de fundição de Die Charge, que mergulham o mecanismo de injeção diretamente no metal fundido.
Este design permite a operação de alta velocidade com perda mínima de energia.
Componentes de ferramentas:
- Sistema de Gobes: Transfere zinco derretido da panela para a manga de tiro.
- Manga de tiro & Manger: Injeta metal no molde sob pressões de 10.000 a 15.000 psi.
- Os materiais: Geralmente feito de Aço ferramenta H13 ou P20, com tratamentos de superfície como nitragem ou revestimento de PVD para resistir à fadiga térmica e à erosão.
Porque o zinco é menos erosivo que o alumínio, matrizes podem durar 1 milhões de ciclos, reduzindo significativamente os custos de ferramentas de longo prazo.
5. Etapas do processo de fundição de zinco
O processo de fundição de zinco é um método preciso e eficiente para produzir alto volume, Componentes de metal de alta precisão.
Graças à excepcional castabilidade do Zinc, baixo ponto de fusão, e estabilidade dimensional, O processo pode alcançar tolerâncias apertadas, acabamentos de superfície lisa, e geometrias de parede fina.
Preparação de fusão e controle de temperatura
- As ligas de zinco são tipicamente derretidas a 420-450 ° C (788–842 ° F.) Dependendo do tipo de liga e variação do processo.
- A fusão ocorre em um forno integrado com uma máquina de câmara quente ou um cadinho separado para máquinas de câmara fria.
- Controle preciso da temperatura é essencial para evitar superaquecimento (que causa oxidação e porosidade) ou subir (o que reduz a fluxo).
- Desgaseificação e fluxo pode ser usado para remover gases e óxidos aprisionados para melhorar a qualidade de fundição.
Cobrança de tiro e injeção
- CASTA DE CHAMBER CHAMBER (mais comum para zinco):
-
- O Sistema de Gobes desenha o zinco derretido diretamente para o dado sob pressão hidráulica (7–35 MPA).
- Tempos de ciclo curto (tipicamente <1 segundo tempo de preenchimento) tornar o processo ideal para produção de alto volume.
- Cântico de câmara fria elenco (usado para ZA-12, ZA-27):
-
- O zinco derretido é colocado em uma manga de tiro, Então um pistão o força na matriz.
- Necessário para ligas com maior teor de alumínio que corronha os sistemas GOOSENECK.
Preenchimento e solidificação da cavidade
- O zinco fundido enche a cavidade do dado de aço em alta velocidade (até 1-3 m/s), garantindo que alcance todas as formas intrincadas e paredes finas.
- A extração rápida de calor ocorre através das paredes da matriz, habilitando:
-
- Solidificação rápida (dentro de milissegundos a alguns segundos)
- Precisão de alta dimensão
- Estrutura de grãos finos com propriedades mecânicas melhoradas
- Ventilação de matriz e assistência a vácuo pode ser usada para evitar aprisionamento do ar e reduzir a porosidade.
Ejeção e ciclismo
- Uma vez que a parte solidifica, pinos ejetores empurrá -lo para fora do molde.
- As superfícies de matriz são resfriadas ou lubrificadas com Agentes de liberação de matrizes para garantir liberação suave de peça e prolongar a vida.
- Típico Hora do ciclo para elenco de zinco: 20–60 segundos por tiro, Dependendo da complexidade da peça e do tipo de liga.
- As matrizes são então fechadas e preparadas para a próxima injeção - o resfriamento rápido de Zinc permite ciclismo rápido.
Aparar e remoção de flash
- Após ejeção, excesso de material (clarão, espúrio, corredores) é aparado usando:
-
- Hidráulico ou mecânico aparar prensas
- Sistemas de debutro CNC
- Ferramentas de rebarbador manual para geometrias complexas
- O design adequado de bloqueio e transbordamento minimiza o desperdício e garante separação de peças limpas.
Inspeção e verificação dimensional
- A inspeção inicial pode incluir:
-
- Inspeção visual para flash, defeitos superficiais, ou fecha a frio
- Meditação dimensional Contra CAD ou especificações de desenho técnico
- Opcional Teste de raios-X ou pressão para defeitos internos
6. Acabamento e pós -processamento do elenco de zinco
Enquanto a liga de liga de zinco, a fundição é conhecida por produzir componentes com excelente acabamento superficial e tolerâncias apertadas logo após o molde,
A maioria das aplicações industriais e de consumidores ainda exige pós-processamento para atender às especificações finais.
Rebarbação, Aparar, e remoção do flash
Após a ejeção do dado, as peças costumam ter excesso de material nas linhas de separação e áreas de portão.
Isso deve ser removido para atender às especificações do projeto e garantir a segurança no manuseio e montagem.
Métodos comuns:
- Prensas de corte mecânico: Rápido e preciso, ideal para produção de alto volume.
- Traseiro da mão: Usado para pequenos lotes ou peças com geometrias complexas.
- Acabamento vibratório: Peças que caem com meios abrasivos para suavizar bordas e preparação de superfície.
Meta: Alcançar contornos limpos, Remova as bordas afiadas, e prepare peças para revestimentos.
Limpeza de superfície e pré-tratamento
A limpeza da superfície é crítica antes do revestimento, pintura, ou revestimento. A camada de óxido natural do zinco e os lubrificantes de matriz devem ser removidos para garantir a adesão adequada.
Técnicas incluem:
- Limpeza alcalina: Remove os óleos, graxas, e lubrificantes.
- Decapagem ácida: Remove óxidos e ferrugem flash.
- Tiro de jateamento ou explosão de contas: Uniformiza a superfície e se prepara para revestimentos.
Resultado: Melhora a ligação de tintas e platings enquanto aumenta a aparência cosmética.
Técnicas de acabamento de superfície
As ligas de zinco são Altamente compatível com revestimentos decorativos e funcionais, tornando -os ideais para peças que requerem aparência ou proteção contra corrosão.
Revestimento
- Niquelagem: Oferece um brilhante, Acabamento resistente à corrosão, frequentemente usado em automotivo e encanamento.
- Cromagem: Um acabamento semelhante ao espelho para superfícies decorativas ou resistentes a desgaste.
- Zinco ou revestimento de zinco-níquel: Aplicado para proteção adicional de corrosão em ambientes severos.
Revestimento em Pó
- Aplicação eletrostática de um polímero em pó, seguido de cura a ~ 180–200 ° C.
- Oferece durabilidade, flexibilidade de cores, e boa resistência ao impacto e produtos químicos.
Revestimento de laca ou claro
- Os revestimentos transparentes protegem superfícies banhadas ou polidas sem alterar a aparência.
Tratamento térmico (Opcional para algumas ligas)
As ligas de zinco não são normalmente tratadas pelo térmicas para endurecer, mas tratamentos de alívio do estresse pode ser aplicado:
- Faixa de temperatura: 80–120 ° C por várias horas.
- Propósito: Reduzir tensões internas da fundição ou usinagem, Aumente a estabilidade dimensional.
Alguns de (Alumínio de zinco) As ligas podem passar endurecimento por idade para melhorar a força ao longo do tempo.
Operações de usinagem e secundária
Mesmo que o elenco de Die entregue formas próximas da rede, A usinagem secundária pode ser necessária para:
- Rosqueamento, perfuração, ou tocar
- Superfícies de acasalamento para montagens
- Recursos de tolerância rígida não alcançáveis através do elenco sozinho
Observação: A excelente usinabilidade do Zinc o torna ideal para operações secundárias, com Desgaste com baixa ferramenta e Formação lisa de chip.
7. Propriedades do material de peças fundidas de zinco
Castões de zinco são valorizados não apenas por sua excelente castabilidade, mas também por suas propriedades mecânicas e físicas robustas.
Essas propriedades tornam as ligas de zinco adequadas para componentes de precisão que exigem alta resistência, precisão dimensional, e bom acabamento superficial.
Propriedades físicas de ligas de zinco
| Propriedade | Valor típico (Cargas 3) | Significado |
| Densidade | 6.6–6,8 g/cm³ | Fornece força e rigidez; mais pesado que o alumínio |
| Faixa de ponto de fusão | 380–390 ° C. (716–734 ° F.) | Ativa a derretimento de baixa energia e os tempos de ciclo curto |
| Condutividade Térmica | ~ 113 w/m · k | Excelente dissipação de calor, Útil em caixas eletrônicas |
| Condutividade Elétrica | ~ 27% IACS | Adequado para algumas aplicações de aterramento elétrico |
| Coeficiente de Expansão Térmica | 27 × 10⁻⁶ /k | Mudanças dimensionais previsíveis em ciclismo térmico |
Propriedades mecânicas de ligas de zinco
| Propriedade | Cargas 3 | Cargas 5 | Para 8 |
| Resistência à tracção | ~ 280 MPa | ~ 310 MPa | ~ 350 MPa |
| Força de rendimento | ~ 210 MPa | ~ 250 MPa | ~ 275 MPA |
| Alongamento na ruptura | ~ 7-10% | ~ 6-8% | ~ 3-6% |
| Dureza (Brinell) | 82–90 | 85–95 | 90–100 |
| Módulo de Elasticidade | ~ 96 GPA | ~ 96 GPA | ~ 100 gPa |
| Resistência ao Impacto | Moderado | Ligeiramente menor | Mais alto que Zamak 3 |
Estabilidade Dimensional & Resistência à fluência
- Estabilidade Dimensional: Castings de zinco podem manter tolerâncias precisas por longos períodos, especialmente em ambientes de temperatura moderada.
-
- Tolerâncias típicas: ± 0,05 mm ou melhor
- Resistência à fluência: Limitado acima 100 °C. As ligas de zinco são não é ideal para cargas estruturais de alta temperatura, mas tenha um bom desempenho em ambiente a temperaturas moderadamente elevadas.
8. Controle de qualidade e mitigação de defeitos
Manter a alta qualidade do produto no lançamento do zinco requer sistemas robustos de monitoramento e inspeção.
Defeitos e remédios típicos:
| Defeito | Causa | Mitigação |
| Porosidade | Aprisionamento aéreo | Elenco de matriz de vácuo, Design de bloqueio |
| Cold Fechs | Fluxo incompleto ou preenchimento | Elevar a temperatura, melhorar a fluidez |
| Clarão | Alta pressão de injeção | Aperte o ajuste do dado, modificar o aperto |
| Die Solder | Metal Fusing to Die Wall | Aplique o lubrificante do dado, Use revestimentos |
Métodos de teste não destrutivos, como Inspeção de raios-X, ultrassom, e Teste de penetrante de corante são frequentemente usados para detectar defeitos internos ou superficiais.
9. Vantagens & Limitações de peças fundidas de zinco
Vantagens
Fluidez superior:
Ligas de zinco exibem excelente fluidez, permitindo a produção de componentes complexos com paredes finas, Tão fino quanto 0.8 milímetros.
Esta propriedade permite que o zinco derretido preencha as cavidades complexas de molde com precisão, facilitar a fabricação de peças altamente detalhadas.
Precisão dimensional de alta precisão:
O elenco de zinco pode alcançar tolerâncias dimensionais extremamente apertadas, normalmente dentro de ± 0,05-0,1 mm para peças de tamanho pequeno a médio.
Essa precisão geralmente elimina a necessidade de extensa pós-formação, economizando tempo e custo.
Taxas de produção rápidas:
Máquinas de fundição para zinco podem operar com horários de ciclo curto, geralmente variando de 10-60 segundos por ciclo, Dependendo da complexidade da parte.
Essa capacidade de produção de alta velocidade o torna ideal para fabricação em massa, reduzindo os custos gerais de produção.
Bom acabamento superficial:
As peças produzidas através da fundição de zinco geralmente têm uma superfície lisa e brilhante logo fora do molde.
Isso elimina a necessidade de muitas operações de acabamento na superfície e fornece uma excelente base para outros tratamentos, como revestimento ou pintura.
Custo-benefício:
O zinco é relativamente barato em comparação com muitos outros metais fundidos.
Adicionalmente, O processo gera um desperdício de material mínimo, pois o excesso de metal pode ser facilmente reciclado, reduzindo ainda mais os custos.
O menor custo de ferramentas e equipamentos também contribui para sua viabilidade econômica.
Ampla gama de opções de liga:
Existem várias ligas de zinco disponíveis, cada um adaptado a requisitos de desempenho específicos.
Por exemplo, As ligas Zamak oferecem um equilíbrio de força, resistência à corrosão, e propriedades de elenco,
Enquanto as ligas ZA são conhecidas por sua alta resistência ao desgaste, fornecendo flexibilidade na seleção de materiais.
Limitações
Desempenho limitado em altas temperaturas:
Ligas de zinco têm baixos pontos de fusão e baixa resistência ao calor.
Suas propriedades mecânicas se degradam significativamente a temperaturas elevadas (geralmente acima de 120 ° C.),
tornando -os inadequados para aplicações envolvendo exposição contínua ao calor alto, como os motores internos em veículos de alto desempenho.
Restrições de tamanho:
O tamanho das peças fundidas de zinco é limitado pela capacidade de máquinas e moldes de fundição.
Produzir componentes em larga escala é desafiador e caro, como requer máquinas mais poderosas e maiores, Moldes mais caros.
Sensibilidade térmica:
As ligas de zinco são sensíveis a mudanças rápidas de temperatura durante o processo de fundição.
Essa sensibilidade térmica pode levar a problemas como tensões térmicas, deformação, e rachaduras nas partes do elenco se os parâmetros do processo, como taxas de resfriamento, não são cuidadosamente controlados.
Suscetibilidade a certos ambientes corrosivos:
Embora o zinco tenha alguma resistência à corrosão inerente, em ambientes altamente corrosivos, especialmente aqueles com ácidos fortes ou álcalis, O material pode corroer ao longo do tempo.
Enquanto os tratamentos de superfície podem aumentar a resistência à corrosão, Isso aumenta o custo total.
Disponibilidade de liga regional:
A produção e disponibilidade de ligas de zinco específicas podem ser limitadas em algumas regiões.
Isso pode levar a desafios da cadeia de suprimentos, Tempos de entrega mais longos, e aumento de custos para o fornecimento de ligas especializadas.
10. Aplicações de peças fundidas de zinco
Automotivo Indústria
- Áreas de aplicação: Componentes estruturais do veículo, Acabamento interno/exterior, e partes funcionais
- Componentes: Montagens do motor, colchetes, maçanetas da porta, botões, Cubs de roda, grades, e acabamentos decorativos
Eletrônica Indústria
- Áreas de aplicação: Gabinetes eletrônicos, conectores, e gerenciamento de calor
- Componentes: Conectores de plugue, caixas de dispositivo, dissipadores de calor para semicondutores, e jogos da placa de circuito
Setor de bens de consumo
- Áreas de aplicação: Eletrodomésticos, brinquedos, e produtos decorativos
- Componentes: Montilhas/botões para utensílios de cozinha, modelos de brinquedos, estatuetas decorativas, e hardware para móveis
Hardware & Indústria de encanamento
- Áreas de aplicação: Acessórios de construção e sistemas de encanamento
- Componentes: Torneiras, válvulas, fechaduras da porta, dobradiças, e hardware arquitetônico
Campo de dispositivos médicos
- Áreas de aplicação: Equipamentos cirúrgicos e componentes biomédicos
- Componentes: Altas de instrumentos biocompatíveis, invólucros de dispositivos implantáveis (com tratamento de superfície), e peças da ferramenta de diagnóstico
Setor de Energia Renovável
- Áreas de aplicação: Infraestrutura de energia eólica e solar
- Componentes: Suportes de turbinas eólicas, Sistemas de montagem em painel solar, e gabinetes do sistema de armazenamento de energia
11. Tabela de comparação: Zinco vs alumínio vs moldagem de magnésio
| Propriedade / Recurso | Fundição sob pressão de zinco | Fundição sob pressão de alumínio | Fundição de matriz de magnésio |
| Densidade (g/cm³) | 6.6–6.8 | 2.6–2.8 | 1.74–1.84 |
| Ponto de fusão (°C) | 380–390 | 615–660 | 595–650 |
| Resistência à tracção (MPa) | 250–400 | 170–310 | 180–280 |
| Força de rendimento (MPa) | 210–350 | 120–280 | 150–230 |
| Alongamento (%) | 7–15 | 2–8 | 3–10 |
| Dureza (Brinell) | 82–120 | 50–110 | 60–90 |
| Castabilidade | Excelente (paredes finas, tolerâncias apertadas) | Bom (menos fluido que o zinco) | Moderado (requer condições controladas) |
| Vida da ferramenta | Muito alto (até 1 milhões de tiros) | Moderado (100K -1250K Tiro típico) | Moderado a alto |
| Resistência à corrosão | Bom (pode ser aprimorado via plataforma) | Moderado (precisa de revestimento em ambientes agressivos) | Bom (Especialmente liga Az91D) |
Usinabilidade |
Excelente | Bom | Bom |
| Acabamento de superfície | Superior (Pronto para revestir ou pintar) | Justo (pós-processamento frequentemente necessário) | Justo a bem |
| Condutividade Térmica (S/m·K) | ~ 109 | ~ 150-170 | ~ 60–90 |
| Custo unitário (material + processo) | Baixo (Ponto de fusão baixo = economia de energia) | Moderado | Alto (material & custos de ferramentas) |
| Reciclabilidade | Excelente | Excelente | Excelente |
| Potencial de economia de peso | Baixo (alta densidade) | Médio | Alto (mais leve dos três) |
| Aplicações Típicas | Engrenagens pequenas, conectores, recintos, GRAFS | Blocos de motor, alojamentos, Suportes estruturais | Quadros de laptop, Rodas de direção automotiva, invólucros |
| Impacto Ambiental | Moderado (Eficiente, mas pesado) | Moderado a alto (intensivo em energia) | Mais baixo (leve, menos material necessário) |
Takeaways -chave:
- Zinco é ideal para alta precisão, pequeno, partes complexas com qualidade superior da superfície e baixo custo de ferramentas, especialmente em produção em alto volume.
- Alumínio é preferido para Componentes estruturais leves com força moderada e maior resistência térmica.
- Magnésio oferece o Melhor proporção de força / peso, tornando-o adequado para eletrônicos aeroespaciais e portáteis, mas requer controles de processamento e segurança mais especializados.
12. Conclusão
O lançamento de zinco é um maduro, preciso, e processo de fabricação econômico Idealmente adequado para produzir componentes metálicos complexos em altos volumes.
Sua robustez mecânica, castabilidade superior, E a excelente qualidade da superfície continua a torná -la a escolha preferida para indústrias que variam de dispositivos automotivos a médicos.
Embora tenha algumas limitações térmicas, sua flexibilidade de design, baixo custo de produção, e a reciclabilidade firmemente segura de fundição de zinco como uma tecnologia líder de formação de metal para o futuro.
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