Der Sektor der Druckgussmaschinen wächst unerwartet, von 3.633,6 Millionen Dollar im Jahr 2018 auf 4.978,7 Millionen Dollar im Jahr 2026. Unter mehreren Herstellungsverfahren ist der Druckguss ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, mit dem komplexe Teile in Standardqualität und in großen Mengen hergestellt werden.
Die üblichen Gusswerkstoffe, die für Druckgussverfahren verwendet werden, sind in der Regel Zink- und Aluminiumlegierungen. Jedes Metallmaterial hat besondere Eigenschaften, die sich auf das Gesamtergebnis auswirken.
Zink und Aluminium werden aufgrund ihrer Festigkeit, ihres Gewichts, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihres Schmelzpunkts häufig in der Elektrotechnik, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Industrie, der Pharmazie und der Robotik eingesetzt.
Die Wahl des geeigneten Materials kann für Start-up-Unternehmen, die die einzigartigen Eigenschaften der beiden Werkstoffe nicht kennen, eine große Herausforderung darstellen. Daher werden wir in diesem Artikel die Besonderheiten von Zink und Aluminium erörtern, damit Sie umfassende Informationen, einschließlich Anwendungen und Variationen in beiden Verfahren, erhalten können.
Materialeigenschaften
Zinkdruckguss kann mit dem Aluminiumdruckguss verglichen werden, da es in ähnlichen Fertigungsschritten hergestellt wird. Ihre Eigenschaften und strukturellen Merkmale unterscheiden sich jedoch voneinander, da die beiden Metalle die Grundlage für diese Unterschiede bilden.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Schmelzpunkt
- Dichte und Gewicht
Schmelzpunkt
Im Vergleich zu ihren allgemeinen Eigenschaften, Aluminiumlegierungen haben einen höheren Schmelzpunktbereich von 566-650 °C (950-1200 °F), während der Schmelzpunkt von Zinkwerkstoffen bei 420 °C (788 °F) liegt. Daher eignen sich beide Werkstoffe für die Herstellung von Produkten, die unter Hochtemperaturbedingungen eingesetzt werden.
Dichte und Gewicht
Zinklegierungen haben eine höhere Dichte und ein höheres Gewicht als Aluminium, das etwa 7,140 g/cm3 beträgt, während Aluminium eine geringere Dichte von etwa 2,7 g/cm³ aufweist. Dies deutet darauf hin, dass das Gewicht ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der richtigen Werkstoffe für Ihre geplanten Anwendungen ist.
Auswirkungen auf Festigkeit, Duktilität und Dimensionsstabilität
Duktilität und Festigkeit sind wichtige Eigenschaften von Werkstoffen, die von ihrer Dichte und ihrem Schmelzpunkt abhängen. Aluminiumlegierungen sind leichter und haben einen niedrigen Schmelzpunkt, was sie zu einer Kombination aus starken und dehnbaren Materialien macht. Durch das Druckgussverfahren können sie leicht geformt werden, ohne zu brechen, und eignen sich daher für Anwendungen in der Luftfahrt und im Automobilbau, wo sowohl Festigkeit als auch Haltbarkeit wichtig sind.
Zinklegierungen sind schwer und weniger dehnbar, was bei der Herstellung unter Belastung zu Rissen führen kann. Diese Art von Material eignet sich perfekt für die Herstellung komplex geformter Teile, könnte aber für Anwendungen, die eine hohe Flexibilität erfordern, besser geeignet sein.
Die Korrosionsbeständigkeit
Aluminium bildet eine dünne Oxidschicht, die weitere Korrosion verhindert und es rostbeständig macht. Diese Eigenschaft ist vor allem bei Anwendungen im Freien und auf See hilfreich, wo es häufig mit Feuchtigkeit in Berührung kommt.
Die Zinklegierung zeichnet sich jedoch auch durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Sie wird häufig als Beschichtung verwendet, um den Stahl vor Rost zu schützen, und bildet eine Schutzschicht, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt wird. Diese Arten von Materialien sind im Baugewerbe und in der Automobilindustrie sehr nützlich.
Wärmeleitfähigkeit
Aluminiumlegierungen sind für ihre hervorragende Leitfähigkeit bekannt, die etwa 237 W/mK beträgt, insbesondere für elektrische Zwecke und Anwendungen von Kühlkörpern und Radiatoren. Die Wärmeleitfähigkeit von Zinklegierungen liegt bei etwa 116 W/mK. Trotz ihrer geringeren Leitfähigkeit ist sie ideal für einige Anwendungen wie Türgriffe und -knöpfe, isolierte Schalen und andere Teile mit kontrollierter Wärmeableitung.
Gießverfahren für Zink und Aluminium
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.
Warmkammer-Druckguss für Zink
Das Warmkammergießen ist ein besonderes Verfahren, das häufig für den Zinkguss verwendet wird. In diesem Stadium wird eine Druckgussmaschine mit einer angeschlossenen Kammer verwendet, in der eine Legierung geschmolzen wird. Anschließend wird das geschmolzene Zink mit Hilfe eines Kolbens in eine Form gepresst, in der es abkühlen und erstarren kann.
Vorteile des Warmkammer-Zinkdruckgusses
Einer der ersten Vorteile des Warmkammer-Zinkdruckgusses ist seine schnellere Zykluszeit. Bei diesem Verfahren wird das Metall innerhalb der Maschine geschmolzen, so dass keine externen Schmelzgeräte benötigt werden. Das beschleunigt den Prozess, senkt die Produktionskosten und erhöht den Ausstoß. Außerdem erfordert die Zinklegierung niedrigere Betriebstemperaturen und Drücke, was das Gießverfahren kostengünstiger und wirtschaftlicher macht.
Kaltkammer-Druckguß für Aluminium
Das Kaltkammer-Druckgussverfahren ist ideal für Metalle mit höheren Schmelzpunkten, die eine maximale Festigkeit erfordern, wie z. B. Aluminium. Bei diesem Verfahren wird das geschmolzene Metall von der Maschine in eine Gießhülse gegossen. Dabei wird es mit Hilfe eines hydraulisch angetriebenen Kolbens mit einem Druck von über 10.000 PSI in die Form gepresst.
Vorteile des Kaltkammer-Druckgusses
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.
Vergleich der Zykluszeiten
Die Zykluszeit oder die Geschwindigkeit, mit der Gussteile hergestellt werden können, variiert zwischen Warm- und Kaltkammergießen. Beim Warmkammergießen ist die Zykluszeit in der Regel kürzer als beim Kaltkammergießen. Aufgrund des geschmolzenen Zustands des Zinks und seines niedrigeren Schmelzpunkts ist es bereit, in die Form gespritzt zu werden. Beim Warmkammergießen können zum Beispiel 15 Gussstücke pro Minute hergestellt werden. Da beim Kaltkammergießen zusätzliche Schritte zum Schmelzen und Transportieren des Metalls erforderlich sind, können 5-7 Schüsse pro Minute erzeugt werden.
Der Unterschied in der Zykluszeit wirkt sich direkt auf die Herstellungskosten aus. Die schnelleren Zykluszeiten beim Warmkammergießen verringern die Arbeits- und Energiekosten und machen es zu einer kostengünstigeren Wahl für die Herstellung großer Mengen kleiner bis mittelgroßer Zinkteile.
Beim Kaltkammergießen wird die langsamere Zykluszeit durch die Fähigkeit ausgeglichen, hochwertige komplexe Aluminiumteile mit besseren mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Gusskomplexität und dünnwandige Abschnitte
Sowohl im Warm- als auch im Kaltkammerdruckgussverfahren können komplexe Formen und dünne Wandabschnitte hergestellt werden.
Aufgrund der Fließfähigkeit des geschmolzenen Zinks und der präzisen Steuerung des Einspritzvorgangs ist das Warmkammergießen jedoch ideal für die Herstellung komplizierter Zinkteile mit dünnen Wänden.
Das Kaltkammergießen hingegen hat zwar eine kürzere Zykluszeit, eignet sich aber hervorragend zur Herstellung komplexer Aluminiumteile. Es ermöglicht die Herstellung detaillierter und komplizierter Designs mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität.
Konstruktionsüberlegungen Zink- und Aluminiumguß
Bei der Herstellung von Druckgussteilen müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, z. B. die Materialeigenschaften und das Gießverfahren. Diese Elemente haben einen erheblichen Einfluss auf das Endergebnis und können sich auf Aspekte wie Wandstärke, Entformungstoleranz und Oberflächengüte auswirken.
Materialeigenschaften und Gießverfahren
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.
Aluminium-Druckguß Das Kaltkammerverfahren bietet eine überragende Festigkeit und Hitzebeständigkeit und eignet sich daher ideal für Teile, die Langlebigkeit und Präzision erfordern.
Mindestwanddicke
Mit Zinklegierungen lassen sich aufgrund der niedrigeren Betriebstemperaturen und der hervorragenden Fließeigenschaften extrem dünne Wandstärken von bis zu 0,25 mm erzielen. Auch mit Aluminium lassen sich dünne Wände herstellen, wobei in der Regel eine Mindestwandstärke von etwa 1,5 mm erforderlich ist. Dies gewährleistet die strukturelle Integrität während des Gießprozesses.
Entwurfswinkel
Entformungsschrägen helfen, die Gussteile leicht aus der Form zu entfernen. Ein Entformungswinkel von 0,75-1 Grad ist für Zink aufgrund seiner Schrumpfungseigenschaften oft ausreichend. Aluminiumteile benötigen dagegen etwas größere Entformungswinkel von 1-2 Grad, um die höhere Erstarrungsschrumpfung auszugleichen.
Erreichbare Toleranz
Im Zinkdruckguss können Teile mit Toleranzen von bis zu ±0,02 mm durch das Warmkammergussverfahren hergestellt werden. Beim Aluminiumdruckguss liegen die erreichbaren Toleranzen bei ±0,05 mm, was ihn perfekt für Hochpräzisionsanwendungen macht.
Oberflächenbehandlungen
Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit ist ein entscheidender Faktor bei Designüberlegungen. Zinkdruckguss weist aufgrund der niedrigeren Schmelztemperatur und des Warmkammerverfahrens in der Regel glattere Oberflächen auf, da die Oberflächenfehler minimiert werden. Mit Aluminiumdruckguss lassen sich hervorragende Oberflächen erzielen, die jedoch etwas rauer sein können als bei Zink. Dies kann für industrielle Anwendungen geeignet sein und durch das Polieren und Eloxieren nach dem Gießen noch verbessert werden.
Anwendungen von Zink und Aluminium im Druckguss
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.
Kosteneffizienz und Stärke von Zink
Die Kosteneffizienz von Zinklegierungen und ihre hervorragende Fließfähigkeit machen sie ideal für die Herstellung von Beschlagteilen wie Schlössern, Scharnieren und Halterungen. Diese Teile können aufgrund der geringeren Material- und Produktionskosten mit komplizierten Designs und feinen Details aus Zink hergestellt werden.
Anforderungen an Leichtigkeit und Festigkeit von Aluminium
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.
Die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Zink
Zinklegierungen sind die perfekte Wahl für die Herstellung von Sanitärkomponenten wie Armaturen und Anschlüssen. Sie hat eine hervorragende Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Anwendungen erfordern, dass diese Komponenten rauen Umgebungen und Feuchtigkeit standhalten, um langfristige Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten.
Die Oberfläche von Aluminium
Aluminiumdruckguss wird häufig gewählt, um die Ästhetik und Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen, die bei Anwendungen, die auch Beschichtungen und Eloxalverfahren umfassen können, von größter Bedeutung sind. Zu diesen Anwendungen gehören Unterhaltungselektronik, Küchengeräte und hochwertige Architekturelemente.
Die Wahl zwischen Zink- und Aluminiumdruckguss
Wichtige Überlegungen
Bei der Wahl des bevorzugten Materials zwischen Zink und Aluminium sollten mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden. Diese Faktoren können sein:
- Produktionsvolumen
- Teilkomplexität
- Kostenzwänge
- Funktionale Anforderungen
- Auswirkungen auf die Umwelt
Produktionsvolumen
Das Produktionsvolumen wirkt sich direkt auf die Kosteneffizienz aus. Zinkdruckguss ist die perfekte Wahl für die Produktion höherer Stückzahlen. Es hat eine schnellere Zykluszeit und ist bei großen Mengen kostengünstiger. Der niedrigere Schmelzpunkt und die schnellere Erstarrung minimieren den Energieverbrauch und den Maschinenverschleiß.
Im Gegensatz dazu ist Aluminiumdruckguss teuer und bietet eine bessere Leistung bei geringeren Stückzahlen. Die überlegenen Eigenschaften dieses Materials machen es zu einer besseren Wahl für spezielle Anwendungen mit geringen Stückzahlen.
Teil Komplexität
Zinklegierungen eignen sich hervorragend zur Herstellung komplizierter Designs und dünnwandiger Profile mit hoher Präzision, um den Anforderungen detaillierter Bauteile gerecht zu werden. Aluminium oder Aluminiumkann aufgrund seines höheren Schmelzpunkts und seiner Viskosität komplexe Teile herstellen, die eine sorgfältige Kontrolle des Gießprozesses erfordern. Dies kann jedoch seine Fähigkeit zur Herstellung extrem komplizierter Teile im Vergleich zu Zinklegierungen einschränken.
Kostenzwänge
Der niedrigere Schmelzpunkt von Zink und die schnelle Zykluszeit führen in der Regel zu niedrigeren Produktionskosten. Das macht es zu einer wirtschaftlichen Wahl für budgetabhängige Projekte. Aluminiumdruckguss verbraucht viel Energie und hat eine längere Zykluszeit, was zusätzliche Kosten verursacht. Es ist teurer als Zink, bietet aber Vorteile in Bezug auf Festigkeit und Gewicht, was seine Kosten bei Anwendungen rechtfertigt, bei denen diese Faktoren erforderlich sind. Außerdem ist es egal, ob es sich um Zink- oder Aluminiumdruckguss handelt, alle Warmkammer- oder Kaltkammergüsse, die anfänglich Druckgussform Kosten.
Funktionale Anforderungen
Wählen Sie Zink für die Herstellung von Anwendungen, die robuste mechanische Eigenschaften und hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Sanitär- und Hardwarekomponenten. Aluminium hingegen ist ein leichtes Material mit herausragenden Festigkeitseigenschaften, die es für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie unverzichtbar machen.
Auswirkungen auf die Umwelt
Die Umweltbelastung ist im Laufe der Zeit zu einem immer wichtigeren Faktor geworden. Sowohl Zink als auch Aluminium sind jedoch in hohem Maße recycelte Materialien und tragen dazu bei, den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. Außerdem ist das Aluminiumrecycling im Vergleich zum Zinkrecycling energieaufwändiger, was bei umweltbewussten Projekten eine Rolle spielen könnte.
Die Entscheidung treffen
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.
Entscheidungsmetrix
Eine Entscheidungsmatrix kann verwendet werden, um systematisch das richtige Material zu bestimmen, indem verschiedene Faktoren auf der Grundlage der Projektprioritäten abgewogen werden. Diese Matrix hilft bei der Bewertung der Kompromisse und bei einer fundierten Entscheidung.
Beispiel einer Entscheidungsmatrix
|
Kriterien |
Gewicht |
Zink-Punktzahl |
Aluminium-Punktzahl |
Gesamt-Zinkwert |
Gesamtbewertung Aluminium |
|
Kosten |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Gewicht |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Stärke |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Teil Komplexität |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Auswirkungen auf die Umwelt |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
Insgesamt |
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.
Prototyping
Das Prototyping ist der Schlüssel zur Überprüfung von Design und Materialeignung vor der Serienproduktion. Es ermöglicht die Prüfung und Validierung der Leistung des gewählten Materials unter normalen Bedingungen. Dieser Prozess ermöglicht es, potenzielle Probleme zu erkennen und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen, um das Endprodukt auf einen höheren Standard zu bringen.
Schlussfolgerung
Dieser Vergleich zwischen Aluminiumdruckguss und Zinkdruckguss legt nahe, die bevorzugte Materialoption auf der Grundlage ihrer Eigenschaften mit Bedacht zu wählen. Das Gießverfahren für beide Werkstoffe eignet sich für ähnliche Fertigungen, aber Zink bietet Kosteneffizienz und schnellere Zykluszeiten für die Herstellung einer großen Anzahl komplizierter Teile. Aluminium wird jedoch wegen seiner leichten Festigkeit bevorzugt und ist ideal für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Beide Werkstoffe sind in hohem Maße recycelbar, wobei Zink beim Recycling energieeffizienter ist.