Odvětví strojů pro tlakové lití nečekaně roste, a to z 3 633,6 milionu dolarů v roce 2018 na 4 978,7 milionu dolarů v roce 2026. Mezi několika výrobními metodami je tlakové lití vysokorychlostní proces, který vytváří složité díly standardní kvality ve velkém množství.
Běžnými materiály používanými pro tlakové lití jsou obvykle slitiny zinku a hliníku. Každý kovový materiál má odlišné vlastnosti, které ovlivňují celkový výsledek.
Zinek a hliník se díky své pevnosti, hmotnosti, odolnosti proti korozi a bodům tání hojně používají v elektrotechnice, automobilovém a leteckém průmyslu, farmacii a robotice.
Výběr vhodné varianty materiálu mezi nimi může být pro začínající podniky, které neznají jejich jedinečné vlastnosti, náročným krokem. Proto se v tomto článku budeme zabývat specifiky zinku vs. hliníku, abyste získali komplexní informace, včetně aplikací a variant obou postupů.
Vlastnosti materiálu
Zinkové tlakové lití lze přirovnat k tlakovému lití hliníku, protože se vyrábí v podobných výrobních krocích. Jejich vlastnosti a konstrukční rysy se však od sebe liší, protože základem těchto rozdílů je některý z kovů.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Bod tání
- Hustota a hmotnost
Bod tání
V porovnání s jejich obecnými vlastnostmi, slitiny hliníku mají vyšší teplotu tání v rozmezí 566-650 °C (950-1200 °F), zatímco teplota tání zinkového materiálu se pohybuje kolem 420 °C (788 °F). Proto se každý z těchto materiálů osvědčuje pro výrobu výrobků používaných v podmínkách vysokých teplot.
Hustota a hmotnost
Zinkové slitiny mají lepší hustotu a vyšší hmotnost než hliník, který má hustotu přibližně 7,140 g/cm3, zatímco méně hustý hliník má hustotu přibližně 2,7 g/cm³. Z toho vyplývá, že hmotnost je důležitým faktorem při výběru vhodných materiálů pro zamýšlené aplikace.
Vliv na pevnost, tažnost a rozměrovou stabilitu
Tažnost a pevnost jsou důležité vlastnosti materiálů, které jsou ovlivněny jejich hustotou a bodem tání. Slitiny hliníku jsou lehčí a mají nízký bod tání, což z nich činí kombinaci pevných a tvárných materiálů. Díky procesu tlakového lití je lze snadno tvarovat, aniž by se porušily, což je vhodné pro použití v letadlech a automobilových dílech, kde záleží na pevnosti i odolnosti.
Zinkové slitiny jsou těžké a méně tvárné, což může při výrobě způsobit praskliny. Tento typ materiálu je ideální pro výrobu složitě tvarovaných dílů, ale mohl by být vhodnější pro aplikace vyžadující vysokou flexibilitu.
Odolnost proti korozi
Hliníkový materiál vytváří tenkou vrstvu oxidu, která eliminuje další korozi a činí jej odolným proti korozi. Tato vlastnost je užitečná zejména u venkovních a námořních aplikací, které jsou často v kontaktu s vlhkostí.
Slitina zinku je však také obohacena o vynikající odolnost proti korozi. Často se používá jako nátěr chránící ocel před korozí a při vystavení atmosféře vytváří ochrannou vrstvu. Tyto typy materiálů jsou široce využitelné ve stavebnictví a automobilovém průmyslu.
Tepelná vodivost
Slitiny hliníku jsou známé svou vynikající vodivostí, která se pohybuje kolem 237 W/mK, zejména pro elektrické účely a aplikace chladičů a radiátorů. Tepelná vodivost zinkových slitin je přibližně 116 W/mK. I přes nižší vodivost je ideální pro některé aplikace klik a knoflíků, izolovaných plášťů a dalších dílů s řízeným odvodem tepla.
Proces odlévání zinku a hliníku
Hot chamber casting and cold chamber casting are the two common processes used in die-casting techniques for zinc and aluminum alloys. However, aluminum can be cast via hot chamber casting or cold chamber casting. Let’s discover these procedures in detail to understand their characteristics and benefits.
Komorové tlakové lití za tepla pro zinek
Odlévání do horké komory je specifický způsob, který se hojně používá pro odlévání zinku. V této fázi se používá licí stroj s připojenou komorou, kde se taví slitina. Pomocí pístu se pak roztavený zinek vtlačí do formy, kde může vychladnout a ztuhnout.
Výhody zinkového tlakového lití za tepla
Jednou z prvních výhod zinkového tlakového lití za tepla je rychlejší doba cyklu. Při této metodě se kov udržuje roztavený uvnitř stroje, čímž se eliminuje externí tavicí zařízení. To urychluje proces, snižuje výrobní náklady a zvyšuje výkony. Zinková slitina navíc vyžaduje nižší provozní teploty a tlaky, díky nimž je proces lití levnější a hospodárnější.
Tlakové lití hliníku za studena
Proces tlakového lití ve studené komoře je ideální pro kovy s vyššími body tání, které vyžadují maximální pevnost, jako je například hliník. Při tomto procesu stroj vlévá roztavený kov do vstřikovacího pouzdra. Pomocí hydraulicky poháněného pístu se vtlačí do formy pod tlakem, který může přesáhnout 10 000 PSI.
Výhody tlakového lití za studena
Cold chamber casting offers better control over metal properties that are sensitive to temperature variations. This method helps produce high-quality castings by precisely controlling the cooling and solidification processes. Moreover, this casting process can handle metals’ higher melting points and corrosive nature without damaging machine parts.
Srovnání doby cyklu
Časování cyklu nebo rychlost, jakou lze odlitky vyrábět, se liší mezi litím do horké a studené komory. Odlévání v horké komoře obvykle znamená kratší dobu cyklu ve srovnání s odléváním ve studené komoře. Vzhledem k roztavenému stavu zinku a jeho nižší teplotě tání je připraven k vstřikování do formy. Při horkém komorovém lití lze například vytvořit 15 výstřiků za minutu. Vzhledem k tomu, že odlévání ve studené komoře vyžaduje další kroky pro tavení a dopravu kovu, může vzniknout 5-7 výstřiků za minutu.
Rozdíl v době cyklu má přímý dopad na výrobní náklady. Rychlejší časy cyklů při odlévání v horké komoře snižují náklady na pracovní sílu a energii, což z něj činí nákladově efektivnější volbu pro výrobu velkého množství malých až středně velkých zinkových dílů.
U odlévání do studené komory je pomalejší doba cyklu kompenzována schopností vyrábět vysoce kvalitní komplexní hliníkové díly s lepšími mechanickými vlastnostmi.
Složitost odlévání a tenkostěnné profily
Techniky tlakového lití za tepla i za studena umožňují vyrábět složité tvary a tenkostěnné profily.
Díky tekutosti roztaveného zinku a přesné kontrole procesu vstřikování je však lití v horké komoře ideální pro vytváření složitých zinkových součástí s tenkými stěnami.
Na druhou stranu odlévání do studené komory má sice kratší dobu cyklu, ale vyniká při výrobě složitých hliníkových dílů. Umožňuje vytvářet detailní a složité konstrukce s vynikající rozměrovou stabilitou.
Konstrukční úvahy Zinkové a hliníkové odlitky
Při výrobě dílů pro tlakové lití je třeba zohlednit různé faktory, například vlastnosti materiálu a proces lití. Tyto prvky významně ovlivňují konečné výstupy a mohou ovlivnit aspekty tloušťky stěny, tolerance úhlu ponoru a povrchové úpravy.
Vlastnosti materiálů a procesy odlévání
The material properties of zinc and aluminum, along with their respective manufacturing processes, shape the design considerations. Zinc’s lower melting point and fluidity in hot chamber casting help create intricate designs with thin walls.
Hliníkové tlakové lití s použitím procesu studené komory nabízí vynikající pevnost a tepelnou odolnost, takže je ideální pro díly vyžadující trvanlivost a přesnost.
Minimální tloušťka stěny
Díky nižším provozním teplotám a vynikajícím vlastnostem tekutosti lze při tlakovém lití ze zinkové slitiny dosáhnout extrémně tenkých stěn až 0,25 mm. Z hliníku lze rovněž vyrobit tenké stěny, obvykle je vyžadována minimální tloušťka stěny přibližně 1,5 mm. To zajišťuje strukturální integritu během procesu lití.
Návrh úhlů
Úhly tahu pomáhají při snadném vyjímání odlitků z formy. U zinku často stačí úhel ponoru 0,75-1 stupeň vzhledem k jeho smršťovacím vlastnostem. Zatímco hliníkové díly vyžadují o něco větší úhly ponoru 1-2 stupně, aby se kompenzovalo jejich vyšší smrštění při tuhnutí.
Dosažitelná tolerance
Zinkové tlakové lití umožňuje vyrábět díly s tolerancemi až ±0,02 mm díky procesu lití do horké komory. U tlakového lití hliníku lze dosáhnout tolerance ±0,05 mm, což je ideální pro vysoce přesné aplikace.
Povrchové úpravy
Kvalita povrchové úpravy je zásadním faktorem při posuzování konstrukce. Zinkové tlakové lití obecně vykazuje hladší povrchové úpravy, protože minimalizuje povrchové vady díky nižší teplotě tavení a metodě horké komory. Při tlakovém lití hliníku lze dosáhnout vynikající povrchové úpravy, která může být o něco drsnější než u zinku. To může být vhodné pro průmyslové aplikace a může být dále vylepšeno procesem leštění a eloxování po odlití.
Použití zinku a hliníku při tlakovém lití
Various materials’ properties and casting processes influence material choices for specific applications. That includes elements such as cost-effectiveness, weight sensitivity, strength requirements, corrosion resistance, and aesthetics.
Nákladová efektivita a síla zinku
Cenová výhodnost zinkové slitiny a její vynikající tekutost ji předurčují k výrobě součástí kování, jako jsou zámky, panty a držáky. Tyto díly lze vyrábět se složitými vzory a jemnými detaily s využitím zinku pro jeho nižší materiálové a výrobní náklady.
Požadavky na nízkou hmotnost a pevnost hliníku
Aluminum’s light weight is advantageous for automobile and aerospace applications. Utilizing this material lightens up applications and enhances fuel efficiency and performance. For instance, engine parts, frames, and structural components benefit from an aluminum strength-to-weight ratio.
Pevnost a odolnost zinku proti korozi
Slitina zinku je ideální volbou pro výrobu instalatérských součástí, jako jsou armatury a konektory. Má vynikající pevnost a odolnost proti korozi. Aplikace vyžadují, aby tyto součásti odolávaly drsnému prostředí a vlhkosti, což zajišťuje dlouhodobou spolehlivost a trvanlivost.
Povrchová úprava hliníku
Hliníkové tlakové lití se často volí pro zajištění estetiky a povrchové úpravy, které jsou v aplikacích, jež mohou zahrnovat i povlaky a eloxování, nejdůležitější. Mezi tyto aplikace patří spotřební elektronika, kuchyňské spotřebiče a špičkové architektonické prvky.
Volba mezi zinkovým a hliníkovým tlakovým litím
Klíčové úvahy
Při výběru vhodného materiálu mezi zinkem a hliníkem je třeba zvážit několik klíčových faktorů. Tyto faktory mohou zahrnovat:
- Objem výroby
- Složitost části
- Omezení nákladů
- Funkční požadavky
- Dopad na životní prostředí
Objem výroby
Objem výroby přímo ovlivňuje efektivitu nákladů. Zinkový tlakový odlitek je ideální volbou pro velkoobjemovou výrobu. Má rychlejší cyklus a je nákladově efektivnější pro velká množství. Jeho nižší teplota tání a rychlejší tuhnutí minimalizují spotřebu energie a opotřebení stroje.
Naopak hliníkové tlakové lití je drahé a nabízí lepší výkon při nižších objemech. Vynikající vlastnosti tohoto materiálu z něj činí lepší volbu pro specializované aplikace s malým objemem.
Složitost části
Ze slitin zinku lze výborně vyrábět složité konstrukce a tenkostěnné profily s vysokou přesností, které splňují požadavky na detailní součásti. Hliník nebo hliníkdíky vyššímu bodu tání a viskozitě zvládne i složité díly, protože vyžaduje pečlivou kontrolu procesu lití. To však může omezovat její schopnost vytvářet extrémně složité díly ve srovnání se zinkovou slitinou.
Omezení nákladů
Možnosti nižšího bodu tání zinku a rychlé doby cyklu obvykle vedou k nižším výrobním nákladům. To z něj činí ekonomicky výhodnou volbu pro rozpočtově náročné projekty. Hliníkové tlakové lití spotřebovává mnoho energie a nabízí delší dobu cyklu, což způsobuje další náklady. Je dražší než zinek a zároveň nabízí výhody v oblasti pevnosti a hmotnosti, což ospravedlňuje jeho cenu v aplikacích, kde jsou tyto faktory nezbytné. navíc, bez ohledu na zinkové nebo hliníkové tlakové lití, všechny odlitky v horké nebo studené komoře, které potřebují počáteční formy pro tlakové lití náklady.
Funkční požadavky
Zinek si vyberte pro výrobu aplikací, které vyžadují robustní mechanické vlastnosti a vysokou odolnost proti korozi, jako jsou například komponenty instalatérských a železářských výrobků. Hliník je naopak lehký materiál s vynikajícími pevnostními vlastnostmi, díky nimž má zásadní význam pro aplikace v automobilovém a leteckém průmyslu.
Dopad na životní prostředí
S postupem času se vliv na životní prostředí stává stále významnějším faktorem. Zinek i hliník jsou však vysoce recyklovatelné materiály a pomáhají minimalizovat dopad na životní prostředí. Kromě toho je recyklace hliníku ve srovnání s recyklací zinku energeticky náročnější, což by mohlo být důvodem pro ekologicky uvědomělé projekty.
Rozhodování
Understanding a die-casting process, including suitable metal options, is vital. Another essential practice to ensure high-quality fabrication is using a decision matrix and prototyping. This helps ensure the selected material meets the project’s specific requirements and priorities.
Decision Metrix
K systematickému určení správného materiálu lze použít rozhodovací matici, která zváží několik faktorů na základě priorit projektu. Tato matice pomáhá při posuzování kompromisů a přijímání informovaných rozhodnutí.
Příklad rozhodovací matice
|
Kritéria |
Hmotnost |
Skóre zinku |
Hliníkové skóre |
Celkové skóre zinku |
Celkové skóre hliníku |
|
Náklady |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Hmotnost |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Síla |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Složitost části |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Dopad na životní prostředí |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
Celkem |
1.0 |
7.3 |
6.7 |
In this decision matrix example, cost, weight, strength, part complexity, and environmental impact are evaluated. Zinc’s higher score indicates its suitability for this hypothetical project.
Vytváření prototypů
Prototypování je klíčové pro ověření návrhů a vhodnosti materiálů před zahájením výroby v plném rozsahu. Umožňuje testovat a ověřovat vlastnosti zvoleného materiálu v běžných podmínkách. Tento proces umožňuje identifikovat potenciální problémy a provést nezbytné úpravy, aby byl konečný výrobek na vyšší úrovni.
Závěr
Toto srovnání tlakového lití hliníku a zinku naznačuje, že je třeba volit preferované možnosti materiálů na základě jejich vlastností. Proces odlévání obou materiálů je vhodný pro podobné výroby, ale zinek nabízí nákladovou efektivitu a rychlejší časy cyklů pro výrobu velkého množství složitých dílů. Hliník je však upřednostňován pro svou lehkou pevnost a je ideální pro aplikace v automobilovém a leteckém průmyslu. Oba materiály jsou vysoce recyklovatelné, přičemž recyklace zinku je energeticky úspornější.