صب الزنك: العملية والتطبيقات والمزايا

تُستخدم عملية صب الزنك لتصنيع أجزاء متينة بدقة متناهية. يقوم المصنعون بصهر الزنك عند درجة حرارة انصهاره وشحنه في قوالب. يحتوي القالب على شكل المنتج. وهي تندرج تحت أي صناعة مثل السيارات أو الصناعة أو الإلكترونيات. في الأساس، هذه العملية مثالية للحصول على أجزاء معقدة للغاية بجهد أقل.

تعرف هذه المقالة ما هو صب الزنك، بما في ذلك سبائكه المختلفة واستخداماتها. اكتشف الاستخدامات الخاصة بتقنية الصب هذه وفوائدها وعيوبها.

ما هو صب الزنك؟

صب الزنك هو عملية تصنيع. فهي تصنع أجزاء ذات تفاوتات ضيقة. يمكن أن تكون صغيرة مثل 0.1 مم. وتتمثل الخطوات الرئيسية في صهر الزنك وصبه في القالب تحت ضغط عالٍ (1500 إلى 2500 رطل لكل بوصة مربعة). وعند هذه النقطة، يتم تحويل السائل إلى شكل فعلي.

سبائك الزنك المسبوكة

يشكل مزيج الزنك والمعادن الأخرى سبائك الزنك المتنوعة. وهذه مهمة للغاية لصنع أجزاء ذات أشكال مميزة تدعم كل صناعة. تتسبب إضافة عناصر أخرى في تقليل درجات حرارة انصهار السبائك (حوالي 385 درجة مئوية). كما أنها أخف وزنًا، حيث تبلغ كثافتها 6.6 جم/سم مكعب.

زاماك 2:

توجد 4% من الألومنيوم، و3% من النحاس، و0.1% من المغنيسيوم في سبيكة Zamak 2. يجلب هذا المركب قوة شد تبلغ حوالي 359 ميجا باسكال. وتبلغ صلابة الأجزاء المصنوعة من هذه السبيكة 91 برينل.

ولهذا السبب تناسب الأجزاء المقاومة للتآكل مثل الأقفال أو التروس.

يذوب عند 385 درجة مئوية. وبالحديث عن تكلفتها، يمكن أن تكون أعلى بنحو 151 تيرابايت 4 تيرابايت حيث يُضاف إليها المزيد من النحاس.

زاماك 3:

زماك 3 تحتوي على زنك 96%، وألومنيوم 4%، ومغنيسيوم 0.04%. وكونها سبيكة شائعة، فإنها تعطي قوة شد 283 ميجا باسكال وصلابة 82 برينل. تخلق هذه السبيكة أسطحًا ناعمة للغاية مع خشونة أقل (خشونة 1.6 ميكرومتر).

يمكنك صبها بسهولة. فهي تصنع العديد من الأجزاء، مثل مقابض الأبواب، والموصلات الكهربائية، والسلع الاستهلاكية، وذلك بسبب قدرتها على تحمل التكاليف.

زاماك 5:

تحتوي سبيكة Zamak 5 على 1% من النحاس والعناصر المتبقية من سبيكة Zamak 3. وهذا يعني أن قوة الشد لهذه السبيكة تصل إلى 328 ميجا باسكال. وقد قاومت بنجاح أكثر من 50,000 دورة في التروس أو التجهيزات الصناعية. كما أن السبيكة تذوب مبكرًا حتى 387 درجة مئوية وتقاوم تأثير التآكل بشكل أفضل من Zamak 3 أيضًا.

ZA-8

يتضمن ZA-8 ألومنيوم 8.41 تيرابايت 4 تيرابايت، و11 تيرابايت 4 تيرابايت من النحاس، وكمية صغيرة من المغنيسيوم (0.021 تيرابايت 4 تيرابايت). يتعامل مع درجات حرارة تصل إلى 120 درجة مئوية. تتراوح قوة شدها من 374 ميجا باسكال. يمكنك استخدام هذه السبيكة في علب المحرك والتركيبات الكهربائية عالية الإجهاد أو عالية الحرارة.

ACuZinc5

إن ACuZinc5 عبارة عن سبيكة تحتوي على 5% من النحاس أكثر من 5% والألومنيوم 5%. تبلغ قوة شدها 440 ميجا باسكال. تزيد إضافة النحاس من صلابتها. يصل ذلك إلى حوالي 120 برينل. تناسب هذه السبيكة الأجزاء التي تحتاج إلى مقاومة التآكل. على سبيل المثال، المحامل الثقيلة أو الهيدروليكية.

EZAC (الزنك والألومنيوم والنحاس الأوروبي):

تحتوي هذه السبيكة على كمية أقل من النحاس، حوالي 0.51 تيرابايت 4 تيرابايت، ولكنها تحتوي على 21 تيرابايت 4 تيرابايت من الألومنيوم، وبالتالي فإن قوة الشد تتراوح بين 310 ميجا باسكال. يمكنك استخدامها للأجزاء الصديقة للبيئة. وذلك لأنه يمكن أن يتحمل 1000 ساعة من رش الملح حسب الطلاء ومتطلبات الاختبار. يحدث هذا الاختبار للأجهزة البحرية.

ZA-12

يوجد 12% ألومنيوم 12% بالإضافة إلى 0.6% نحاس. تبلغ قوة الشد 400 ميجا باسكال. تتراوح صلابة برينل 110. وهذا يناسب المكونات الهيكلية مثل الأقواس في الشاحنات أو عناصر البناء.

GDSL (Guss Druck Sonderlegierung):

إنها سبيكة ألمانية متخصصة. يوجد بها نيكل 1.5%، والتيتانيوم حوالي 0.5%. وهي تتحمل درجات حرارة عالية تتراوح بين 150 درجة مئوية. تُصنع بها حساسات الفضاء الجوي ومتطلبات الضغط الطبية للحصول على تفاوتات تفاوت ± 0.05 مم.

عملية صب الزنك

إنشاء القوالب وتصميمها:

ووفقًا للأجزاء النهائية، تقوم التصاميم بتشكيل القالب مع التجاويف واستخدام المعادن الفولاذية. يحتاج الصب إلى درجات حرارة مناسبة، وبالتالي وضع قنوات تبريد للتحكم فيها.

هناك حقيقة مثيرة للاهتمام وهي أن القالب (القالب) المصمم يمكنه التعامل مع إنتاج ضخم يصل إلى 500,000 قطعة قبل أن يحتاج إلى الاستبدال.

الصهر والقولبة بحقن الزنك:

يقوم عمال المعادن بصهر سبائك الزنك عند درجة حرارة انصهارها. ثم ينتقل هذا السائل المنصهر نحو القالب. ويصبونه فيه تحت ضغط عالٍ في غضون 0.1 ثانية.

التبريد والتصلب:

تساعد عملية التبريد في خفض درجة حرارة القالب إلى 150 درجة مئوية. تقوم قنوات التبريد بتصلب الزنك، وعادةً ما يستغرق ذلك من 5 إلى 10 ثوانٍ. كما أنها تقاوم العيوب المختلفة، مثل الجيوب الهوائية.

الطرد والتشطيب:

تستخدم الدبابيس القاذفة من 10 إلى 20 طنًا من القوة، والتي تعمل على دفع الأجزاء المتصلبة للخارج. تحتاج الأجزاء المقذوفة إلى تشذيب المواد الزائدة، لذا قم بقطع ما يصل إلى 2 مم من الحواف. تحتاج أيضًا إلى وضع طلاء لحماية قاعدتها والحصول على تشطيبات ناعمة.

دور ماكينات صب الزنك بالقالب:

تعتمد نتيجة الصب بالكامل على السبيكة والماكينات المختارة. عادةً ما تستخدم الماكينات عادةً المكونات الهيدروليكية للتعامل مع سرعة الحقن والضغط. وعلى وجه الخصوص، تعمل الماكينات الحديثة بذكاء ويمكنها إكمال كل دورة في مدة لا تزيد عن 30 ثانية.

أهمية الدقة والتفاوتات الضيقة:

عندما تصنع القِطع باستخدام قالب الصب بالزنك، فإنها تحقق تفاوتات تفاوت تصل إلى ± 0.1 مم، مما يجعلها مناسبة تمامًا لتجميع مختلف الأجزاء. لأن هذه الأجزاء القابلة للتركيب المفاجئ ضرورية للإلكترونيات ومحركات السيارات والأدوات الطبية.

خواص سبائك الزنك

توفر سبائك الزنك قابلية جيدة للسبك لأنها تتمتع بسيولة عالية. وهذا هو السبب في أنها تملأ الأجزاء ذات التصميم المعقد، مما يتطلب جهدًا أقل. كما أنها تذوب في درجات حرارة منخفضة، مما يعني استخدام أقل للطاقة وإطالة عمر القالب.

وتتميز كل سبيكة بخصائص مختلفة فيما يتعلق بمقاومة التآكل وقوة الشد والصلابة وما إلى ذلك، كما يوضح الجدول.

الزنك مقابل الألومنيوم والمغنيسيوم والصلب:

• الزنك مقابل الألومنيوم: الزنك أكثر كثافة 40% (6.6 جم/سم مكعب مقابل 2.7 جم/سم مكعب). ومع ذلك، فهو أسهل بكثير في التعامل معه ويمكن أن يأخذ تفاصيل أكثر وضوحًا.
• الزنك مقابل المغنيسيوم: يقاوم الزنك تأثير التآكل بشكل عام بشكل أفضل. كما أنه أرخص 20% للطن الواحد.
• الزنك مقابل الفولاذ: وزن الزنك أقل، حوالي 15% (6.6 جم/سم مكعب مقابل 7.8 جم/سم مكعب). ويحتاج إلى طاقة أقل (60%) للذوبان.

مزايا صب الزنك

فعالية التكلفة وكفاءة الإنتاج

تُعد القدرة على تحمل تكاليف سبك الزنك من أكبر مزاياها. وذلك لأنها تذوب في درجات حرارة منخفضة. وهذا يعني الحاجة إلى طاقة أقل.

وهناك سبب آخر يتضمن قدرتها على صنع قالب واحد. حيث يمكنها التعامل مع الإنتاج الكبير ويؤدي ذلك إلى تقليل تكلفة الأدوات. وبالمثل، يمكن للماكينات صنع 200 قطعة في ساعة واحدة، مما يقلل بالتالي من تكاليف العمالة.

تشطيب ممتاز للسطح ومرونة في التصميم

ينتج عن صب الزنك أجزاء ذات جودة عالية وأسطح ناعمة. فهي تلغي الحاجة إلى استخدام طلاءات إضافية للتشطيب.

كما أنها قادرة على توفير مساحة كافية لتصميم الشعارات أو القوام أو الزوايا الصغيرة حتى 0.5 مم. وهذا، نتيجة لذلك، يحدد الاحتياجات الجمالية.

القدرة على إنتاج أشكال معقدة وجدران رقيقة

حتى مع الأشكال المعقدة، يمكن أن يضيف صب الزنك تفاصيل محددة، مثل التروس ذات أكثر من 12 سنًا. كما أنها تنتج أجزاء ذات جدران أرق، بحد أدنى 0.8 مم.

وهذا يعني أن هناك حاجة لخطوات تجميع أقل فقط. وبالتالي يتم تقليل وقت الإنتاج الكلي أيضًا بواسطة 30%.

قابلية إعادة التدوير والفوائد البيئية

يمكنك إعادة استخدام الزنك، حيث أنه قابل لإعادة التدوير عند 95% ولا يفقد جودته. كما تحتاج تقنيات إعادة التدوير إلى طاقة أقل 30% مقارنة بالمواد الخام. إنه معدن صديق للبيئة.

قدرات الإنتاج بكميات كبيرة الحجم

يناسب الصب بقالب الزنك الإنتاج الأكبر. مما يقلل بدلاً من ذلك من تكلفة الوحدة الواحدة. كما أن معدات الأدوات والماكينات تدوم لفترة أطول.

تطبيقات صب الزنك

صناعة السيارات

يزيد صب الزنك من متانة الدعامة حتى 200,000 كم. كما أنها تخلق حاقنات وقود ذات تفاوتات ضيقة وحتى علب ناقل الحركة المقاومة لدرجات الحرارة (120 درجة مئوية).

تصمد الأجزاء مثل مقابض الأبواب وأغطية المرايا المصنوعة من الزنك المصبوبة في مواجهة الطقس القاسي ولا تتآكل.

صناعة الإلكترونيات

هناك العديد من العناصر التي يتم إنتاجها عبر عملية صب الزنك. وهي تشمل الموصلات ذات الموصلية الكهربائية 16.6 م/م م، والمشتتات الحرارية (113 واط/م/ك موصلة حرارية)، وعلبة البطارية.

هذه الأجزاء، مثل الدرع الواقي. وذلك لأنها تحمي الأجزاء من الاستدلال الكهرومغناطيسي. كما أنها تتحمل 10000 دورة توصيل.

المنتجات الاستهلاكية

إن السحابات التي تعمل بأكثر من مليون دورة، والأقفال ذات المسامير بدقة 0.5 مم، ومقابض الأبواب التي تدعم قوة 50 كجم، ومنتجات التزيين هي التطبيقات الاستهلاكية لصب الزنك.

معدات صناعية

تصنع قوالب الصب بالقالب Zin التروس وأغلفة المضخات التي تقاوم ما يصل إلى 500 ساعة من رذاذ الملح. كما تستخدم هذه العملية أيضًا أجسام الصمامات التي تتحكم في ضغط 2000 رطل لكل بوصة مربعة والعديد من الأجزاء المخصصة مثل بكرات الحزام الناقل.

التطبيقات الناشئة

الطاقة المتجددة يستخدم صب الزنك لتصنيع إطارات الألواح الشمسية وأجهزة استشعار توربينات الرياح. وبالحديث عن القطاع الطبي، فإنها تنتج مبيتات الأدوات الجراحية ومكونات التصنيع الآلي للتصوير بالرنين المغناطيسي.

الأجزاء المخصصة والنماذج الأولية

يمكنك استخدام صب الزنك لصنع أشكال معقدة من النماذج الأولية في مدة لا تزيد عن أسبوعين. ويرجع ذلك إلى مرونة هذه العملية. وفي الوقت نفسه، فإن النموذج الأولي المخصص للسيارات يقلل من تكاليف التطوير (40%) مقارنةً بالفولاذ.

صب الزنك مقابل طرق التصنيع الأخرىالزنك مقابل صب الألومنيوم بالقالب

يذوب الألومنيوم عند درجة حرارة 660 درجة مئوية، مما يعني أنه يحتاج إلى طاقة أكبر من سبائك الزنك. تدوم قوالب سبائك الزنك لفترة أطول، في حين أن قوالب الألومنيوم يمكن أن تبلى بعد 300,000 دورة. تبلغ قوة أجزاء الزنك 280 ميجا باسكال، بينما تبلغ قوة الألومنيوم 220 ميجا باسكال حسب درجته.

ومع ذلك، فإن مكونات الألومنيوم أخف وزنًا بمقدار 60%. يتناسب صب الزنك بشكل جيد مع تصنيع الأجزاء صغيرة الحجم، ولكن يمكن للألومنيوم أن يصنع أحجامًا أكبر مثل كتل المحرك.

صب الزنك مقابل صب المغنيسيوم بالقالب

الزنك أرخص من المغنيسيوم الذي يكلف 25% للطن الواحد. المغنيسيوم ليس أثقل من الزنك؛ فهو أقل بـ 30%. كما يمكن للزنك أن يصمد أمام اختبار رش الملح 5 مرات أطول.

تختار صناعة الطيران المغنيسيوم بسبب خفة وزنه. في حين أن الزنك ينتج في الغالب السلع الاستهلاكية مثل مقابض الأبواب بسبب متانته.

قولبة حقن الزنك مقابل قولبة حقن البلاستيك

تحصل الأجزاء المصنوعة من الزنك على ميزات أقوى من البلاستيك. ويمكنها التعامل مع حرارة تصل إلى 120 درجة مئوية وتقلل من التواءها. القوالب البلاستيكية أرخص، ولكن قوالب الزنك تعطي تفاوتات أكثر دقة.

يمكنك إعادة تدوير منتجات الزنك 95%. ومع ذلك، فإن البلاستيك لا يمكن إعادة تدويره في كل مرة ويعتمد أيضًا على درجته. وغالباً ما ينتهي به المطاف في مدافن النفايات. ينتج الزنك المصبوب من الزنك موصلات كهربائية، بينما يصنع المصنعون أغلفة الألعاب من البلاستيك.

حدود صب الزنك

الأجزاء البلاستيكية خفيفة الوزن لأن الزنك ينتج مخرجات أثقل 3 مرات. ولهذا السبب يحد من استخدامه في التطبيقات خفيفة الوزن.

بالإضافة إلى ذلك، قد يكون الجزء ذو الجدران الرقيقة للغاية والتصميم المعقد تحديًا لصب الزنك. وذلك لأنه يمكن أن يتشقق أثناء الطرد.

الخاتمة

صب الزنك عملية ميسورة التكلفة. يستخدمها المصنعون لإنتاج أجزاء إنتاج كبيرة بميزات أكثر دقة وجودة عالية. هناك العديد من الصناعات التي تستخدم هذه العملية، وأكثرها شيوعًا صناعة السيارات والإلكترونيات والأجهزة الطبية.

توفر هذه العملية تصميمات مرنة للغاية وتدعم احتياجات الحجم الكبير. اجعل الأجزاء أكثر دقة وبأسعار معقولة ودقيقة وطويلة الأمد باستخدام صب الزنك في تصميمك التالي.