Sivuston kuvake Aludiecasting

Sinkkivalu autoteollisuutta varten

Steve Yang
Sinkkivalu autoteollisuutta varten

Sinkki on monikäyttöinen ja tärkeä metalli, jolla on tärkeä rooli monissa teollisissa, kaupallisissa ja biologisissa sovelluksissa. Sinkkiä käytetään teollisesti, rakentamisessa ja suojapinnoitteissa sen korkean korroosionkestävyyden ja sinertävän hopeanvärisen ulkonäön vuoksi. Yksi sen arvokkaimmista ominaisuuksista on sen kyky muodostaa erittäin vahvoja seoksia erityisesti alumiinin, kuparin ja magnesiumin kanssa, ja se parantaa huomattavasti lujuutta ja kestävyyttä. Nämä ominaisuudet tekevät sinkistä erittäin sopivan valmistusprosessien, kuten painevalun, kannalta. Sinkkiä kutsutaan myös erikoismateriaaliksi autoteollisuuden yhteydessä, koska millään muulla materiaalilla ei ole tällaisia mekaanisia ominaisuuksia ja samalla niin monia valmistukseen liittyviä etuja. Sitä voidaan käyttää erittäin monimutkaisten ja yksityiskohtaisten muotojen luomiseen vähäisellä koneistustyöllä, minkä vuoksi ne soveltuvat erinomaisesti sekä koristeellisiin että toiminnallisiin ajoneuvojen osiin. Lisäksi sen matala sulamispiste vähentää energiankulutusta tuotannon aikana, mikä vastaa maailmanlaajuisia kestävän kehityksen tavoitteita. Sinkin merkitys kasvaa ajoneuvotekniikan kehittyessä. Useimmat lentokoneiden järjestelmäosat voidaan nykyään valmistaa siitä, koska se tukee suuren volyymin tuotantoa ja osien erinomaista tasalaatuisuutta, mikä tekee siitä kriittisen materiaalin paitsi nykyisten järjestelmien suunnittelussa myös niiden tulevissa uusissa malleissa.

Mitä on sinkkivalu?

Sinkkivalu on tarkkuusvalmistusprosessi, jossa sulaa sinkkiseosta ruiskutetaan mukautettuun muottiin (jota kutsutaan myös muotiksi) korkeassa paineessa ja korkeassa paineessa metalliosien muodostamiseksi. Sitä käytetään yleensä sellaisten monimutkaisten, yksityiskohtaisten osien valmistukseen, joilla on tiukat toleranssit, hieno pintakäsittely ja korkeat mekaaniset ominaisuudet.

Sinkkivalulla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, ja siinä yhdistyy samalla korkea tarkkuus. Sillä voidaan valmistaa monimutkaisia, tiiviisti toleroituja osia, joiden pinta on sileä, ja se on käyttökelpoinen nykyajan ajoneuvosuunnittelun vaatimuksiin.

Miksi sinkki? Materiaalin tärkeimmät ominaisuudet

Useiden ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi sinkkiä suositaan painevaluprosessissa.

Korkea lujuus ja sitkeys

Koska se on vahvempi kuin monet muut valetut metallit, ohutseinäisissä sovelluksissa käytetään sinkkiseoksia.

Erinomainen mittatarkkuus

Sinkkivalu on osa, joka säilyttää muotonsa ja kokonsa hyvin johdonmukaisesti, mikä auttaa välttämään jälkikäsittelyä.

Erinomainen korroosionkestävyys

Sinkki on luonnostaan korroosionkestävä erityisesti lisäpinnoitteiden ansiosta. Se on ratkaisevan tärkeää ajoneuvo-olosuhteissa käytettäville osille tie- ja sääolosuhteiden valitettavassa läsnäolossa.

Korkea juoksevuus

Sinkkisula valuu hyvin helposti, ja nämä osat, joissa on pieniä piirteitä ja ohuet seinämät, saatiin valettua onnistuneesti.

Kustannustehokkaat työkalut

Sinkkivalu hyötyy pitkäikäisistä valumalleista verrattuna alumiiniin tai magnesiumiin, joten sinkki on taloudellisesti edullisempi vaihtoehto, jos halutaan suuria tuotantosarjoja.

Kierrätettävyys

Autoteollisuuden siirtyminen kohti kestävämpää kehitystä tarkoittaa myös sitä, että sinkki on ympäristöystävällinen materiaali, joka on 100% kierrätettävissä ilman ominaisuuksien heikkenemistä.

Valmistusprosessi: Vaiheittainen yleiskatsaus

1. Suunnittelu ja työkalut:

Insinöörit käyttävät CAD-ohjelmistoa komponenttien suunnitteluun. Tämän jälkeen valmistetaan erittäin tarkka teräsmuotti, jossa on suuri määrä onteloita, jotta voidaan valmistaa useita osia yhdessä syklissä.

2. Sinkkiseoksen sulattaminen:

Sinkki sulatetaan noin 420 °C:ssa (788 °F), mikä on alhaisempi lämpötila kuin alumiinin ja huomattavasti alhaisemmat energiakustannukset.

3. Injektio:

Yleensä sula sinkki ruiskutetaan muottiin 1 500 - 25 000 psi:n paineella, joka on riittävän korkea, jotta muotin nopea ja tasainen täyttyminen voidaan varmistaa.

4. Jäähdytys ja jähmettyminen:

Kun sinkkiseos joutuu muottiin, se jäähtyy ja jähmettyy nopeasti (muutamassa sekunnissa).

5. Heitto:

Tämän jälkeen heittotapit poistavat vasta muodostetun kappaleen muotista.

6. Viimeistely ja viimeistely:

Osalle voidaan tehdä lisäviimeistelyä, kuten purseenpoistoa, kiillotusta, maalausta tai pinnoitusta, ja ylimääräinen materiaali (leimahdus) poistetaan.

7. Laadunvalvonta:

Jotkin osat tarkastetaan mittatarkkuuden, pintavikojen ja mekaanisen eheyden osalta, kuten usein automaattisten järjestelmien tai 3D-skannereiden avulla.

Autoteollisuudessa käytettävät yleiset sinkkiseokset

Autoteollisuudessa oikean sinkkiseoksen valinta on tärkeää, koska seoksen ominaisuuksilla on suuri merkitys oikean suorituskyvyn, luotettavuuden ja kustannustehokkuuden kannalta. Valmistajat voivat sovittaa materiaalit tiettyihin sovelluksiin sen mukaan, miten eri seokset tasapainottavat lujuutta, sitkeyttä, juoksevuutta ja korroosionkestävyyttä eri mittakaavassa. Seuraavassa on lueteltu autojen painevalussa yleisimmin käytetyt sinkkiseokset.

1. Zamak-seokset (sinkki-alumiiniseokset)

Ensisijainen seosaine sinkkiseosten perheessä, joka tunnetaan nimellä zamak, on alumiini, jonka arvo on noin 4%. Nimi tulee käytettyjen metallien saksankielisistä nimistä: sinkki, alumiini, magnesium ja kopperi (kupari).

Zamak 3:

Zamak 5:

Zamak 2:

2. ZA-seokset (sinkki-alumiini)

ZA-seoksissa (ZA-8, ZA-12, ZA-27) on suurempi Al-pitoisuus kuin Zamakissa, ja niiden lujuus ja kulutuskestävyys on parempi. Niitä käytetään yleensä painovoimavalussa, oletettavasti joissakin tapauksissa myös painevalussa.

ZA-8:

ZA-12 ja ZA-27:

3. ACuSinkki5

Se on erityinen sinkki-kupari-alumiiniseos, jonka tarkoituksena on saavuttaa Zamakin valukyvyn ja ZA-seosten lujuuden ominaisuudet.

4. EZAC (parannettu sinkki-alumiini-kupari)

EZAC on suhteellisen uusi seos, jolla on erittäin korkea lujuus ja virumiskestävyys korkeisiin lämpötiloihin asti.

5. Sinkki-nikkeliseokset

Sinkki-nikkelilevy on harvinaisempi kuin sinkkivalu näillä alueilla, mutta sitä käytetään usein parantamaan korroosionkestävyyttä (erityisesti suolan ja kosteuden vaikutuksesta) konepellin alla olevissa osissa tai alustan alla olevissa osissa.

Tästä syystä insinöörit tekevät usein yhteistyötä materiaalitutkijoiden ja toimittajien kanssa valitakseen seoksen, joka soveltuu tehtävään niin hyvin kuin kustannukset sallivat ja joka täyttää sekä suorituskyky- että kustannusrajoitukset.

Sinkkivalun rooli autoteollisuudessa

Sinkkivalulla on suuri merkitys autoteollisuudessa, koska se on erittäin tarkkaa, lujaa ja edullista pienten ja keskikokoisten komponenttien valmistuksessa. Tällä prosessilla voidaan valmistaa monimutkaisia ja erittäin tarkkoja osia hyvin lyhyessä ajassa, ja se soveltuu erinomaisesti suurten sarjojen autoteollisuuden sovelluksiin.

Sinkkiseosten mekaaniset ominaisuudet, kuten kestävyys, korroosionkestävyys ja mittapysyvyys, ovat erinomaiset. Nämä seikat tekevät sinkistä parhaan valinnan ovenkahvoihin, kiinnikkeisiin, lukkoihin, tunnuksiin jne. autonosiksi. Sinkki on myös helppo pinnoittaa tai maalata, koska sen pinta on sileä.

Vaikka sinkki on raskaampaa kuin alumiini tai magnesium, se voi olla kilpailukykyinen sovelluksissa, joissa paino ei ole tärkein prioriteetti lujuuden ja yksityiskohtien kannalta. Matalan sulamispisteensä ansiosta se vaatii vähemmän energiaa ja sen työkalujen käyttöikä on pitkä. Sinkki on myös 100% kierrätettävää, mikä tukee autoteollisuuden kestävän kehityksen edistämisen vauhdittamista.

Sinkkivalu tarjoaa edelleen luotettavia ja korkealaatuisia ratkaisuja autoteollisuuden vaativiin sovelluksiin ajoneuvomallien kehittyessä.

Sinkin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet 

Sinkin fysikaaliset ominaisuudet

1. Ulkonäkö:

Lämpösähköinen sinertävän hopeinen tai harmahtava metalli on kiiltävän metallinhohtoista, kun se on juuri kiillotettu.

2. Tiheys:

Koska sinkin tiheys huoneenlämmössä on noin 7,14 g/cm³, se on kohtalaisen raskas muihin metalleihin verrattuna.

3. Sulamispiste:

Sinkki soveltuu kuitenkin suhteellisen alhaisessa 419,5 °C:n (787 °F) lämpötilassaan lämpöprosesseihin, kuten painevaluun, jossa halutaan käyttää vähän energiaa.

4. Kiehumispiste:

Sinkki kiehuu 907 °C:ssa (1665 °F).

5. Kovuus:

Sinkki on Mohsin kovuusasteikolla noin 2,5, joten se ei ole liian kova verrattuna teräkseen, mutta ei myöskään liian pehmeä kuin puhdas tina tai lyijy.

7. Sähkönjohtavuus:

Kupari ja hopea johtavat hyvin sähköä, mutta sinkki ei ole aivan yhtä johtava. Tämän ominaisuuden vuoksi sitä käytetään usein paristoissa ja galvanoinnissa.

8. Lämmönjohtavuus:

Sinkin kohtalainen lämmönjohtavuus tekee siitä käyttökelpoisen lämmönhallinnassa, mutta se on tehottomampi kuin alumiini.

9. Muovattavuus ja sitkeys:

Sinkki on haurasta, joten se rikkoutuu helposti huoneenlämmössä. Se on kuitenkin muokattavissa, kun se kuumennetaan noin 100-150 °C:seen (212-302 °F), jolloin se voidaan helposti muotoilla.

10. Kiderakenne:

Lisäksi binääriset sinkkiyhdisteet ovat sinkkiä, joka kiteytyy heksagonaaliseen tiiviisti pakattuun (hcp) rakenteeseen, mikä vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin ja erityisesti haurauteen alhaisemmissa lämpötiloissa.

Sinkin kemialliset ominaisuudet

1. Reaktiivisuus ilman kanssa:

Kun sinkki joutuu kosketuksiin ilman kanssa, se muodostaa pinnalle ohuen sinkkioksidikerroksen (ZnO). Pinnalla oleva sinkki estää syvemmän korroosion, ja siksi se kestää hyvin ilmakehän aiheuttamaa hapettumisruostumista.

2. Reaktiivisuus happojen kanssa:

Laimeat hapot, kuten laimea suolahappo (HCl), voivat helposti reagoida sinkin kanssa ja kehittää vetykaasua (H₂). Tämän ominaisuuden ansiosta sinkki on käyttökelpoinen galvanoinnissa ja korroosiosuojauksessa käytettävissä uhrautuvissa anodeissa.

3. Amfoteerinen luonne:

Sinkki on amfoteerinen, ja siihen voivat vaikuttaa sekä hapot että voimakkaat emäkset. Se reagoi esimerkiksi natriumhydroksidin (NaOH) kanssa ja muodostaa natriumsinkkiaattia.

4. Seoksen muodostuminen:

Sinkki seostuu helposti useiden metallien, kuten kuparin, kanssa messingiksi, alumiiniksi, magnesiumiksi ja moniksi muiksi metalleiksi.

5. Hapetusasteet:

Sinkin hapetusaste +2 (Zn²⁺) on yleisin. Tämä hapetusaste yhdistyy sinkkiyhdisteisiin, kuten sinkkioksidiin (ZnO) ja sinkkisulfaattiin (ZnSO₄).

6. Vedenkestävyys:

Puhdas vesi ei reagoi sinkin kanssa huoneenlämmössä, mutta korkeammissa lämpötiloissa sinkki voi reagoida sen kanssa muodostaen hitaasti vetykaasua ja sinkkioksidia.

7. Galvaaninen aktiivisuus:

Anodimateriaali, sinkki, on erittäin tehokas, koska se menettää helposti elektroneja galvaanisissa kennoissa (akuissa).

Sinkki ja muut materiaalit autoteollisuuden sovelluksissa

Toisin kuin alumiinilla, magnesiumilla, muovilla tai teräksellä, sinkkivalulla on useita etuja. Sinkki loistaa keskeisen suorituskykynsä ja kustannustensa ansiosta autosuunnittelussa, ja vaikka jokaisella materiaalilla voi olla paikkansa autosuunnittelussa, sinkki on erityisen tehokas näissä parametreissa.

Sinkki vs alumiini:

Alumiini, joka usein valitaan keveytensä vuoksi, on liian heikko ja liian pehmeä pienillä paksuuksilla verrattuna sinkkiin. Lisäksi sinkki tarjoaa paremman mittapysyvyyden, eivätkä monimutkaiset geometriat vaadi laajaa koneistusta. Tämäntyyppisen valun työkalut kestävät yleensä myös pidempään, joten pitkän aikavälin tuotantokustannukset ovat alhaisemmat.

Sinkki vs. magnesium:

Sinkki on kevyempää kuin magnesium, mutta se on kalliimpaa, kun se ostetaan ilman erikoispinnoitetta. Sinkkiseokset kestävät kuitenkin erinomaisesti korroosiota, eivätkä ne vaadi ylimääräisiä pintakäsittelyjä, jotta ne olisivat kestäviä useimmissa ympäristöissä. Sinkkiä valamalla saadaan myös parempi valutarkkuus ja -viimeistely.

Sinkki vs muovi:

Muovi on kuitenkin kevyttä ja edullista, mutta verrattain heikompaa, se ei kestä lämpötiloja kovin hyvin ja on vähemmän kestävää kuin metalli. Kulutusta, iskuja tai kuormitusta kestävät sinkkikomponentit ovat vankka vaihtoehto, kun rakenteellinen eheys, käyttöikä ja iskunkestävyys tai kulutuksen kestävyys ovat tärkeitä erityisesti silloin, kun kyseessä on liikkuminen tai kuormituksen kantaminen.

Sinkki vs. teräs:

Teräs on hyvä materiaali, joka on vahvaa ja jota käytetään melko yleisesti rakenteellisissa sovelluksissa, mutta se on paljon raskaampaa ja monissa tapauksissa kalliimpaa muotoilla komeisiin muotoihin. Sinkkivalu soveltuu hyvin tapauksiin, joissa halutaan valmistaa pieniä ja keskikokoisia komponentteja, koska sillä valmistetaan lähes nettomuotoisia osia minimaalisella jälkikäsittelyllä.

Yleisesti ottaen sinkki tarjoaa hyvän tasapainon mekaanisen lujuuden, kustannusten, muovattavuuden ja pintakäsittelyn välillä, ja se on siksi erinomainen materiaali autoteollisuuden osiin niiden käyttötarkoituksesta riippumatta.

Yhteenvetotaulukko sinkin tärkeimmistä ominaisuuksista

Kiinteistö Arvo/käyttäytyminen
Ulkonäkö Sinertävän hopeanvärinen metallinen
Tiheys 7,14 g/cm³
Sulamispiste 419,5°C (787°F)
Kiehumispiste 907°C (1665°F)
Kovuus (Mohsin asteikko) 2.5
Sähkönjohtavuus Hyvä
Kiderakenne Heksagonaalinen tiiviisti pakattu (hcp)
Yleinen hapetustila +2
Reaktiivisuus Reagoi happojen ja emästen kanssa
Korroosionkestävyys Korkea (muodostaa suojaavaa oksidia)

Sinkkivalun sovellukset autoteollisuudessa

Sinkkivalulla voidaan valmistaa monenlaisia ajoneuvojen osia. Jotkut niistä ovat yleisimpiä, kuten: -

1. Sisätilojen osat:

Näiden komponenttien on oltava erittäin tarkkoja, tuntuman on oltava hyvä ja istuvuuden on oltava erinomainen. Sinkin kyky tuottaa hienoja pintatarkkuuksia ja mittatarkkuutta soveltuu näihin osiin, jotka ovat näkyvillä ja joita käytetään usein.

2. Ulkoiset osat:

Koska melu kuitenkin usein osoittaa melun syyn eikä sen syyn sijainti ole yhtä tärkeä kuin itse melu, korroosionkestävyyttä ja lujuutta käytetään ympäristöaltistuksen jälkeiseen käyttöön ja ne antavat ulkonäön ja toiminnan.

3. Konepellin alla olevat komponentit:

Näissä osissa on olennaista sekä lämmönkestävyys, lujuus että kulutuskestävyys. Monimutkaiset geometriat, korkeat tarkkuustoleranssit ja nestemäisten moottoreiden järjestelmäsovellukset saavutetaan sinkkivalulla.

4. Rakenneosat:

Vaikka sinkkikomponentteja ei käytetäkään ensisijaisesti kantaviin rakenteisiin, niiden jäykkyys ja luotettavat mekaaniset ominaisuudet tekevät niistä käyttökelpoisia kehysten ja kokoonpanojen tukemiseen.

Sinkin joustavuus täyttää koristeellisesti ja toiminnallisesti mainitut vaatimukset kaikissa ajoneuvoluokissa. Jälkikäsittelyn, EMI-suojauksen ja komponenttien yhdistämisen leikkauskyvyn ansiosta sinkkivalu ulottuu yhä useampiin sähköisiin ja perinteisiin alustoihin.

Die Casting -tekniikan edut muihin painevalumateriaaleihin verrattuna

Vaikka alumiinia ja magnesiumia on käytetty myös autoteollisuudessa, sinkillä on etulyöntiasema:

Kiinteistö Sinkki Alumiini Magnesium
Sulamispiste ~420°C ~660°C ~650°C
Työkalujen käyttöikä 1,000,000+ laukausta ~100,000 laukausta ~150,000 laukausta
Ohuiden seinien lujuus Korkea Medium Matala
Korroosionkestävyys Erinomainen Kohtalainen Huono ilman päällystettä
Kustannustehokkuus Korkea (suuret määrät) Medium Alhainen (kallis metalliseos)


On helppo nähdä, että sinkkivalu on erittäin hyvä vaihtoehto pienille ja keskikokoisille komponenteille, joissa tarkkuus ja lujuus ovat erittäin tärkeitä.

Sinkkivalun haasteet

Sinkkivalulla on joitakin haittoja:

Paino:

Sinkki on liian raskas käytettäväksi sähköajoneuvojen alustoissa ja muissa sovelluksissa, joissa painonpudotus on tärkeää, koska se on alumiinia tai magnesiumia raskaampaa.

Lämpöominaisuudet: 

Sinkin lämmönjohtavuus on alhaisempi kuin alumiinin, joten se ei sovellu lämpöä luovuttaviin osiin, kuten moottorin jäähdyttimiin.

Kokorajoitukset:

Työkaluja ei esimerkiksi voida käyttää hyvin suurten osien valamiseen, ja jähmettymisvirheitä voi esiintyä.

Kyllä, älykkään suunnittelun ja hybridimateriaalien suunnittelun avulla useimmat näistä haasteista voidaan ratkaista.

Ympäristöön ja kestävyyteen liittyvät tekijät

Sinkkivalu erottuu edukseen, koska maailmanlaajuinen autoteollisuus on suuntautunut kohti vihreämpiä käytäntöjä.

100% Kierrätettävyys:

Sinkkivalujätteet kerätään talteen ja käsitellään uudelleen ilman, että ne hajoavat.

Energiatehokkuus:

Koska alumiinin sulamislämpötila on paljon korkeampi, energiankulutus on huomattavasti alhaisempi kuin alumiinilla.

Pitkä työkalujen käyttöikä: 

Se pidentää muotin käyttöikää ja vähentää työkalujen vaihtotiheyttä, mikä tarkoittaa vähemmän hukkaa ja vähemmän aikaa ilman tuotantoa.

Tämän seurauksena yritykset, jotka pyrkivät täyttämään tiukempia ympäristömääräyksiä, ovat kiinnostuneita sinkistä, koska se on erinomainen vaihtoehto, joka ei tingi laadusta tai suorituskyvystä.

Innovaatiot ja tulevaisuuden suuntaukset

Ohutseinäinen teknologia:

Kehittyneiden muottien ja juoksevampien sinkkiseosten ansiosta osat ovat nyt erittäin ohuita, mikä vähentää painoa lujuutta menettämättä.

Hybridikokoonpanot: 

Lisäksi sinkkiosia käytetään yhä useammin yhdessä muovien tai muiden metallien kanssa monikäyttöisissä osissa.

Sähköajoneuvot (EV): 

Sähköautoissa tarvitaan kompakteja ja kestäviä komponentteja akkukoteloihin, ohjausjärjestelmiin ja liittimiin, ja sinkki on lupaava tuote tarkkuutensa vuoksi ja EMI:tä (sähkömagneettisia häiriöitä) suojaavana metallina.

Älykäs työkalut: 

Massatuotannossa tekoälyn ja koneoppimisen käyttö muottien kunnossapidossa auttaa myös lyhentämään muottien käyttöikää ja vikoja.

Päätelmä

Sinkkivalu on enemmän kuin valmistusmenetelmä; se on voittava strategia, jolla saavutetaan autoteollisuuden kilpailuetu. Se tarjoaa yhdistelmän, joka on optimaalinen mekaanisen lujuuden, suunnittelun joustavuuden, kustannustehokkuuden ja kestävyyden kannalta. Koska ajoneuvoista on tulossa yhä kevyempiä, ympäristöystävällisempiä ja kehittyneempiä, sinkkivalulla on tärkeä tehtävä, joka vie sitä eteenpäin autoteollisuuden komponenttien seuraavana sukupolvena. Sinkkiä käytetään autoteollisuudessa valtavasti pienistä sisätilojen nupeista tehokkaisiin konepellin alla oleviin rakenteisiin. Kun innovaatiot jatkavat sovellustensa hiomista, tulevina vuosina sinkki otetaan entistä laajemmin käyttöön tavanomaisissa, hybridi- ja sähköajoneuvoissa.



 

 

Poistu mobiiliversiosta