A cink egy többcélú és fontos fém, amelynek fontos szerepe van a legkülönbözőbb ipari, kereskedelmi és biológiai alkalmazásokban. A cinket nagyfokú korrózióállósága és kékes-ezüstös megjelenése miatt használják iparilag, az építőiparban és védőbevonatokhoz. Egyik legértékesebb tulajdonsága, hogy nagyon erős ötvözeteket képes alkotni, különösen alumíniummal, rézzel és magnéziummal, és nagymértékben javítja a szilárdságot és a tartósságot. Az olyan gyártási folyamatok tekintetében, mint a nyomásos öntés, ezek a tulajdonságok a cinket rendkívül alkalmassá teszik. A cinket az autóiparban különleges anyagként is ismerik, mivel nincs más anyag, amely ilyen mechanikai tulajdonságokkal és ugyanakkor ennyi gyártási előnnyel rendelkezne. Nagyon összetett és részletgazdag formák létrehozására alkalmas, kevés gépi munkával, ami tökéletesen alkalmassá teszi őket mind dekoratív, mind funkcionális járműalkatrészek készítésére. Emellett alacsony olvadáspontja miatt a gyártás során kevesebb energiát használ fel, a globális fenntarthatósági célkitűzéseknek megfelelően. A cink jelentősége az autóipari technológia fejlődésével egyre nő. A legtöbb repülőgép-rendszeralkatrész ma már készülhet belőle, mivel támogatja a nagy sorozatgyártást kiváló alkatrész-állandósággal, ami kritikus anyaggá teszi, nemcsak a jelenlegi rendszertervek, hanem a jövő új tervei számára is.
Mi az a cink öntés?
A cink öntés egy precíziós gyártási folyamat, amelynek során olvasztott cinkötvözetet fecskendeznek egy egyedi szerszámba (más néven öntőforma) nagy nyomáson és nagy nyomáson, hogy fém alkatrészeket formáljanak. Általában összetett, részletes, szűk tűrésekkel, finom felületi felületkezeléssel és magas mechanikai tulajdonságokkal rendelkező alkatrészek gyártására használják.
A cink nyomásos öntés kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, és egyúttal nagy pontossággal is rendelkezik. Lehetővé teszi bonyolult, szoros tűréshatárú, sima felületű alkatrészek gyártását, és hasznos a mai járműtervezés követelményeinek megfelelően.
Miért cink? Főbb anyagtulajdonságok
Több egyedi tulajdonsága miatt a cinket előnyben részesítik a nyomásos öntési eljárás során.
Nagy szilárdság és alakíthatóság
Mivel erősebb, mint sok más fém, amelyet öntöttek, a vékonyfalú alkalmazásokban cinkötvözeteket használnak.
Kiváló méretpontosság
A cink öntvény egy olyan alkatrész, amely nagy következetességgel tartja meg formáját és méretét, ami segít az utólagos feldolgozástól való megszabadulásban.
Kiváló korrózióállóság
A cink természetes módon ellenáll a korróziónak, különösen a kiegészítő bevonatokkal szemben. Ez kulcsfontosságú a járművekben használt alkatrészek esetében az út- és időjárási körülmények szerencsétlen jelenlétében.
Nagy folyékonyság
Az olvadt cink nagyon könnyen folyik, és ezeket az apró vonásokkal és vékony falú alkatrészeket sikeresen öntötték.
Költséghatékony szerszámozás
A cinköntés az alumíniumhoz vagy magnéziumhoz képest a hosszú élettartamú szerszámok előnyeit élvezi; ezért a cink nagyobb gazdasági előnyt jelent, ha nagy sorozatgyártásra van szükség.
Újrahasznosíthatóság
Az autóiparnak a nagyobb fenntarthatóság felé való átállása azt is jelenti, hogy a cink egy környezetileg felelős anyag, amely 100% tulajdonságainak elvesztése nélkül újrahasznosítható.
Gyártási folyamat: Lépésről lépésre történő áttekintés
1. Tervezés és szerszámozás:
A CAD-szoftvereket a mérnökök az alkatrészek tervezéséhez használják. Ezután egy nagy pontosságú acélszerszámot gyártanak nagy számú üreggel, hogy egyetlen ciklusban több alkatrész is készülhessen.
2. A cinkötvözet megolvasztása:
A cinket körülbelül 420 °C-on olvasztják meg, alacsonyabb hőmérsékleten, mint az alumíniumot, és lényegesen alacsonyabb energiaköltséggel.
3. Injekció:
Általában az olvadt cinket 1500-25000 psi nyomáson fecskendezik a szerszámba, amely elég magas ahhoz, hogy a szerszám gyorsan és egyenletesen megteljen.
4. Hűtés és megszilárdulás:
Amikor a cinkötvözet a szerszámba kerül, gyorsan lehűl és megszilárdul (másodpercek kérdése).
5. Kidobás:
A kilökőcsapok ezután kilökik az újonnan kialakított alkatrészt a szerszámból.
6. Vágás és befejezés:
Az alkatrész további utómunkálatoknak vethető alá, mint például a sorjázás, polírozás, festés vagy bevonatolás, és a felesleges anyagot (flash) eltávolítják.
7. Minőségellenőrzés:
Egyes alkatrészeket méretpontosság, felületi hibák és mechanikai integritás szempontjából vizsgálnak, ahogyan azt gyakran automatizált rendszerek vagy 3D szkennerek teszik.
Az autóiparban használt gyakori cinkötvözetek
Az autóiparban fontos a megfelelő cinkötvözet kiválasztása, mivel az ötvözet tulajdonságai fontos szerepet játszanak a megfelelő teljesítmény, megbízhatóság és költséghatékonyság szempontjából. A gyártók az anyagokat az egyes alkalmazásokhoz igazíthatják, attól függően, hogy a különböző ötvözetek milyen egyensúlyt biztosítanak a szilárdság, a képlékenység, a folyékonyság és a korrózióállóság különböző mértékű kiegyensúlyozottsága között. Az alábbiakban az autóipari öntvényekben leggyakrabban használt cinkötvözeteket adjuk meg.
1. Zamak ötvözetek (cink-alumínium ötvözetek)
A zamak néven ismert cinkötvözetek családjában az elsődleges ötvözőelem az alumínium, körülbelül 4% értéken. Az elnevezés a felhasznált fémek német nevéből származik: Zink, alumínium, magnézium és kopper (réz).
Zamak 3:
- Ez a legszélesebb körben használt cinkötvözet a nyomásos öntéshez.
- Kiváló méretstabilitást, jó felületképzést és öntési képességet kínál.
- Ezek a felületek gyakoriak az olyan belső alkatrészeknél, mint az ajtókilincsek, kilincsek és díszítőelemek.
Zamak 5:
- Valamivel több réz, mint a Zamak 3, és nagyobb szilárdságot és keménységet kínál.
- Megfelelő mechanikai igénybevételű alkalmazásokhoz, például szerkezeti konzolokhoz.
Zamak 2:
- A legerősebb és legkeményebb a Zamak ötvözetek közül.
- Ezt olyan zárrendszerekben vagy fogaskerékházakban használják, ahol a kopásállóság kritikus.
2. ZA ötvözetek (cink-alumínium)
A ZA ötvözetek (ZA-8, ZA-12, ZA-27) magasabb Al-tartalommal rendelkeznek, mint a Zamak, nagyobb szilárdsággal és kopásállósággal. Ezeket általában a gravitációs öntésben használják feltehetően néhány esetben a nyomásos öntésben is.
ZA-8:
- 8% alumíniumot tartalmaz.
- Jó szilárdságot és mérsékelt öntési tulajdonságokat kínál.
- Alkalmas könnyű járművek szerkezeti elemeihez.
ZA-12 és ZA-27:
- Nehéz önteni, de nagyobb szilárdságú.
- Félszerkezeti alkalmazásokban vagy alkatrészekben használatos, ahol súrlódásnak van kitéve.
3. ACuZinc5
Ez egy speciális cink-réz-alumínium ötvözet, amelynek célja, hogy elérje a Zamak öntött képességének és a ZA ötvözetek szilárdságának jellemzőit.
- Rendkívül nagy szilárdság és kiváló kopásállóság.
- A gépjárműrendszerekben alkalmazott fogaskerékházakban, működtetőszerkezetekben és mechanikus összeköttetésekben.
- A váltóanyag ideális a megmunkált bronz és acél helyettesítésére olyan alkalmazásokban, ahol tartósságra van szükség.
4. EZAC (Fokozott cink-alumínium-réz)
Az EZAC egy viszonylag új ötvözet, amelynek nagyon nagy a szilárdsága és a kúszásállósága egészen magas hőmérsékletig.
- Jól használható olyan alkatrészekhez, amelyeknek még terhelés alatt is meg kell tartaniuk alakjukat és szilárdságukat, például szerelési alkatrészekhez vagy motorokhoz.
- A Zamak 3 szilárdságának kétszeresét nyújtja, de fejlettebb szerszámokat igényel.
5. Cink-nikkel ötvözetek
A cink-nikkel lemez kevésbé elterjedt, mint a cink öntvény ezeken a területeken, de gyakran használják a korrózióállóság (különösen a só és a nedvesség) javítására a motorháztető alatti vagy a futómű alatti alkatrészeknél.
- A megfelelő ötvözet kiválasztása
- A cinkötvözet kiválasztása több tényezőtől függ
- Mechanikai követelmények (szakítószilárdság, ütésállóság)
- Felületkezelés igényei
- Költségek és termelési volumen
- Környezeti stressznek (hő, korrózió) való kitettség
Ezért a mérnökök gyakran együttműködnek az anyagtudósokkal és a beszállítókkal, hogy olyan ötvözetet válasszanak, amely a lehető legjobban megfelel a feladatnak, és mind a teljesítmény-, mind a költségkorlátozásoknak megfelel.
A cink nyomásos öntés szerepe az autóiparban
A cinknyomásos öntés nagy jelentőséggel bír az autógyártásban a nagy pontosság, a nagy szilárdság és a kis- és közepes méretű alkatrészek gazdaságos gyártása miatt. Ez az eljárás lehetővé teszi a nagy pontosságú, összetett alkatrészek nagyon rövid idő alatt történő gyártását, és kiválóan alkalmas nagy volumenű autóipari alkalmazásokhoz.
A cinkötvözetek kiváló mechanikai tulajdonságai, például tartósság, korrózióállóság és méretstabilitás érhető el. Ezek azok a dolgok, amelyek a cinket a legjobb választássá teszik ajtókilincsek, konzolok, zárak, emblémák stb. autóalkatrészként. Ez könnyű galvanizálást vagy festést is biztosít, mivel sima felületű.
Bár a cink nehezebb, mint az alumínium vagy a magnézium, versenyképes lehet olyan alkalmazásokban, ahol a súly nem a legfontosabb szempont a szilárdság és a részletesség szempontjából. Alacsony olvadáspontja miatt kevesebb energiafelhasználást igényel, és hosszú szerszámélettartamú. A cink emellett 100% újrahasznosítható, ami támogatja az autóipar fenntarthatósági törekvéseinek felgyorsítását.
A cinknyomásos öntés a járműtervezés fejlődésével továbbra is megbízható és kiváló minőségű megoldásokat kínál az autóipar igényes alkalmazásai számára.
A cink fizikai és kémiai tulajdonságai
A cink fizikai tulajdonságai
1. Megjelenés:
A termoelektromos kékes ezüstös vagy szürkés színű fém frissen csiszolva fémesen csillogó fényű.
2. Sűrűség:
Mivel szobahőmérsékleten a cink sűrűsége körülbelül 7,14 g/cm³, más fémekhez képest mérsékelten nehéz.
3. Olvadáspont:
Viszonylag alacsony, 419,5 °C-os (787 °F) hőmérsékletén a cink azonban alkalmas olyan termikus eljárásokhoz, mint például az öntés, ahol alacsony energiafogyasztásra van szükség.
4. Forráspont:
A cink 907 °C-on (1665 °F) forr.
5. Keménység:
A cink a Mohs-féle keménységi skálán körülbelül 2,5, ami az acélhoz képest nem túl kemény, de nem is túl lágy, mint a tiszta ón vagy ólom.
7. Elektromos vezetőképesség:
Míg azonban a réz és az ezüst nagyon jól vezeti az elektromosságot, a cink nem egészen ilyen jól vezet. E tulajdonsága miatt gyakran használják elemekben és galvanizálásban.
8. Hővezető képesség:
A cink mérsékelt hővezető képessége miatt hasznos a hőkezelésben, de kevésbé hatékony, mint az alumínium.
9. Formálhatóság és alakíthatóság:
A cink törékeny, ezért szobahőmérsékleten könnyen eltörhet. Ha azonban 100-150 °C-ra (212-302 °F) melegítjük, könnyen alakítható.
10. Kristályszerkezet:
Ezenkívül a cink bináris vegyületei a cinket hexagonális, szorosan tömörített (hcp) szerkezetben kristályosítják, ami befolyásolja a mechanikai tulajdonságokat, különösen a ridegséget alacsonyabb hőmérsékleten.
A cink kémiai tulajdonságai
1. Reaktivitás levegővel:
A cink a levegővel való érintkezés után vékony cink-oxid (ZnO) réteget képez a felületen. A felső oldalon lévő cink megakadályozza a mélyebb korróziót, ezért nagyon ellenálló a légköri oxidációs rozsdásodással szemben.
2. Reaktivitás savakkal:
A híg savak, például a híg sósav (HCl) könnyen reagálhatnak a cinkkel, és hidrogéngázt (H₂) fejlesztenek. Ezért ez a tulajdonsága teszi a cinket hasznossá a galvanizálásban és a korrózióvédelemre szolgáló áldozati anódokban.
3. Amfoterikus természet:
A cink amfoter, és savak és erős bázisok egyaránt hatnak rá. Például nátrium-hidroxiddal (NaOH) reakcióba lépve nátrium-cinkátot kap.
4. Ötvözetképződés:
A cink számos fémmel, köztük rézzel is könnyen ötvözhető, így sárgaréz, alumínium, magnézium és számos más fém készül belőle.
5. Oxidációs állapotok:
A cink +2 (Zn²⁺) oxidációs állapota a leggyakoribb. Ez az oxidációs állapot olyan cinkvegyületekhez társul, mint a cink-oxid (ZnO) és a cink-szulfát (ZnSO₄).
6. Vízállóság:
A tiszta víz szobahőmérsékleten nem reagál a cinkkel, de magasabb hőmérsékleten a cink reakcióba léphet vele, és lassan hidrogéngáz és cink-oxid képződik.
7. Galvanikus aktivitás:
Az anód anyaga, a cink, nagyon hatékony, mivel a galvánelemekben (akkumulátorokban) könnyen veszít elektronokat.
Cink vs. más anyagok az autóipari alkalmazásokban
Az alumíniummal, magnéziummal, műanyaggal vagy acéllal ellentétben a cink nyomásos öntésnek számos előnye van. A cink az autóipari tervezésben kulcsfontosságú teljesítménye és költségei miatt ragyog, és bár minden anyagnak megvan a maga helye az autóipari tervezésben, a cink különösen hatékony ezekben a paraméterekben.
Cink vs alumínium:
A gyakran a könnyű súlya miatt választott alumínium kis vastagságban túl gyenge és túl puha a cinkhez képest. Ezenkívül a cink jobb méretstabilitást biztosít, és a további összetett geometriák nem igényelnek kiterjedt megmunkálást. Az ilyen típusú öntvények szerszámai is általában hosszabb ideig tartanak, így ez azt jelenti, hogy a hosszú távú gyártási költségek alacsonyabbak.
Cink vs magnézium:
A cink könnyebb, mint a magnézium, de drágább, ha speciális bevonat nélkül vásároljuk. A cinkötvözetek azonban kiváló korrózióállóságot nyújtanak, és a legtöbb környezetben nem igényelnek további felületkezelést ahhoz, hogy ellenállóvá váljanak. Emellett a cink öntése jobb öntési pontosságot és kivitelezést biztosít.
Cink vs műanyag:
A műanyag azonban könnyű, olcsó, de viszonylag gyengébb, nem bírja jól a hőmérsékletet, és kevésbé tartós, mint a fém. A kopásnak, ütésnek vagy teherbírásnak ellenálló cink alkatrészek szilárd alternatívát jelentenek, ha fontos a szerkezeti integritás, az élettartam és az ütés vagy kopás okozta sérülésekkel szembeni ellenállás, különösen, ha mozgatásról vagy teherhordásról van szó.
Cink vs acél:
Az acél egy jó anyag, amely erős, és gyakran használják szerkezeti alkalmazásokban, de sokkal nehezebb, és sok esetben költségesebb a díszes formák kialakításában. A cink nyomásos öntés, mivel minimális utófeldolgozással közel nettó alakú alkatrészeket állít elő, jól alkalmazható olyan esetekben, amikor kis és közepes méretű alkatrészeket kell gyártani.
Általánosságban elmondható, hogy a cink jó egyensúlyt biztosít a mechanikai szilárdság, a költség, az alakíthatóság és a felületi felületkezelés között, ezért kiváló anyag az autóipari alkatrészekhez, függetlenül azok funkciójától.
A cink legfontosabb tulajdonságainak összefoglaló táblázata
| Ingatlan | Érték/Viselkedés |
| Megjelenés | Kékes-ezüstös metál |
| Sűrűség | 7,14 g/cm³ |
| Olvadáspont | 419,5°C (787°F) |
| Forráspont | 907°C (1665°F) |
| Keménység (Mohs skála) | 2.5 |
| Elektromos vezetőképesség | Jó |
| Kristályszerkezet | Hatszögletű szoros csomagolású (hcp) |
| Közös oxidációs állapot | +2 |
| Reaktivitás | Reagál savakkal és bázisokkal |
| Korrózióállóság | Magas (védőoxidot képez) |
A cink nyomásos öntés alkalmazásai az autógyártásban
A járművek alkatrészeinek széles skálája feldolgozható cinknyomásos öntéssel. Ezek közül néhány a leggyakoribb, mint például:-
1. Belső alkatrészek:
- Ajtókilincsek
- Biztonsági öv hardver
- Műszerfal vezérlőkarok
- HVAC gombok és kapcsolók
Az alkatrészek nagy pontosságúak, a tapintásnak jónak kell lennie, és az illeszkedésnek nagyszerűnek kell lennie. A cink képessége, hogy finom felületi részleteket és méretpontosságot biztosít, alkalmas ezekre a látható és gyakran használt alkatrészekre.
2. Külső alkatrészek:
- Emblémák és logók
- Ajtó- és csomagtérzárak
- Tükör konzolok
- Az ablaktörlő rendszer alkatrészei
Mivel azonban a zaj gyakran a zaj okát jelzi, és az okozójának helye nem olyan fontos, mint maga a zaj, a korrózióállóság és a szilárdság a környezeti kitettség utáni használatra szolgál, és megjelenést és funkciót ad.
3. A motorháztető alatti alkatrészek:
- Karburátor alkatrészek
- Üzemanyagrendszer alkatrészek
- Szeleptestek
- Futóműszíj burkolatok
A hőstabilitás, a szilárdság és a kopásállóság egyaránt alapvető fontosságú ezeknél az alkatrészeknél. Az összetett geometriák, a nagy pontosságú tűrések és a folyékony motorrendszerek alkalmazásai cink öntéssel valósulnak meg.
4. Szerkezeti részek:
- Zárójelek
- Szerelőlemezek
- Alváztartók (kisebb járműveknél)
Bár nem elsődleges teherhordó szerkezetekhez használják, a cink alkatrészek merevségük és megbízható mechanikai tulajdonságaik miatt hasznosak a tartószerkezetek és szerelvények alátámasztására.
A cink rugalmassága minden járműosztályban megfelel a dekoratív és funkcionálisan említett követelményeknek. Az utófeldolgozás, az EMI-árnyékolás és az alkatrész-konszolidáció csökkentésére való képessége miatt a cink nyomásos öntése egyre több elektromos és hagyományos platformra terjed ki.
Az öntvény előnyei más öntészeti anyagokkal szemben
Bár az autóiparban alumíniumot és magnéziumot is használtak, a cink előnyben van:
| Ingatlan | Cink | Alumínium | Magnézium |
| Olvadáspont | ~420°C | ~660°C | ~650°C |
| Szerszámozás élettartama | 1,000,000+ felvételek | ~100,000 felvétel | ~150,000 felvétel |
| Szilárdság vékony falaknál | Magas | Közepes | Alacsony |
| Korrózióállóság | Kiváló | Mérsékelt | Gyenge bevonat nélkül |
| Költséghatékonyság | Magas (nagy mennyiségek) | Közepes | Alacsony (drága ötvözet) |
Könnyen belátható, hogy a kis és közepes méretű alkatrészek esetében, ahol a pontosság és a szilárdság nagy jelentőséggel bír, a cink nyomásos öntés nagyon jó választás.
Kihívások a cink nyomásos öntésben
A cinknyomásos öntésnek van néhány hátránya:
Súly:
A cink túl nehéz ahhoz, hogy elektromos járművek alvázaiban és más olyan alkalmazásokban használják, ahol a súlycsökkentés kritikus, mivel nehezebb, mint az alumínium vagy a magnézium.
Termikus tulajdonságok:
A cink hővezető képessége alacsonyabb, mint az alumíniumé, ezért nem alkalmas hőelvezető alkatrészekhez, például motorhűtőkhöz.
Méretkorlátozások:
A szerszámok például nem használhatók nagyon nagyméretű alkatrészek öntésére, és megszilárdulási hibák léphetnek fel.
Igen, intelligens tervezéssel és hibrid anyagtervezéssel e kihívások többsége megoldható.
Környezeti és fenntarthatósági tényezők
A cinknyomásos öntés azért emelkedik ki, mert a globális autóipar a környezetbarátabb gyakorlatok felé hajlik.
100% Újrahasznosíthatóság:
A cink öntési törmeléket összegyűjtik és mindenféle degradáció nélkül újra feldolgozzák.
Energiahatékonyság:
Mivel az alumínium olvadási hőmérséklete sokkal magasabb, az energiafogyasztás lényegesen alacsonyabb, mint az alumínium esetében.
Hosszú szerszám élettartam:
Meghosszabbítja a szerszám élettartamát, csökkentve a szerszámcsere gyakoriságát, ami kevesebb hulladékot és termelés nélküli időt jelent.
Ennek eredményeképpen a szigorúbb környezetvédelmi előírások betartásán dolgozó vállalatok a cinket választják, mivel ez egy kiváló lehetőség, amely nem jelent kompromisszumot a minőség vagy a teljesítmény terén.
Innovációk és jövőbeli trendek
Vékonyfalú technológia:
A továbbfejlesztett szerszámok és a folyékonyabb cinkötvözetek lehetővé tették a rendkívül vékony falú alkatrészek gyártását, ami a szilárdság csökkenése nélkül csökkenti a súlyt.
Hibrid szerelvények:
A cink alkatrészeket egyre gyakrabban használják műanyagokkal vagy más fémekkel kombinálva többfunkciós alkatrészekhez.
Elektromos járművek (EV-k):
Az elektromos autóknak kompakt és robusztus alkatrészekre van szükségük az akkumulátorházakhoz, a vezérlőrendszerekhez és a csatlakozókhoz, és a cink ígéretesnek tűnik precizitása és EMI (elektromágneses interferencia) árnyékoló fémként.
Intelligens szerszámozás:
A tömeggyártásban a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás alkalmazása a szerszámok karbantartásában szintén segít a szerszámok élettartamának és a hibák számának csökkentésében.
Következtetés
Cink öntés több mint egy gyártási módszer; ez egy nyerő stratégia az autóipari versenyelőny eléréséhez. Olyan kombinációt jelent, amely optimális a mechanikai szilárdság, a tervezési rugalmasság, a költséghatékonyság és a fenntarthatóság tekintetében. Mivel a járművek egyre könnyebbé, környezetbarátabbá és kifinomultabbá válnak, a cinknyomásos öntésnek fontos szerepe van abban, hogy az autóipari alkatrészek következő generációjaként továbbvigye azt. A cinknek hatalmas felhasználási területe van a kis belső gomboktól a motorháztető alatti erőteljes szerkezetekig az autógyártásban. Amint az innovációk tovább finomítják alkalmazásukat, az elkövetkező évek még szélesebb körű alkalmazást fognak biztosítani a hagyományos, hibrid és elektromos járműplatformokon.