Sink er et viktig metall med mange bruksområder, og det spiller en viktig rolle i en lang rekke industrielle, kommersielle og biologiske anvendelser. Sink brukes i industrien, i bygg og anlegg og til beskyttende belegg på grunn av sin høye korrosjonsbestandighet og sitt blålige, sølvfargede utseende. En av de mest verdifulle egenskapene er evnen til å danne svært sterke legeringer, særlig med aluminium, kobber og magnesium, noe som forbedrer styrken og holdbarheten betraktelig. Disse egenskapene gjør sink svært godt egnet til produksjonsprosesser som for eksempel støping. Sink er også kjent som et spesielt materiale i bilindustrien, fordi det ikke finnes noe annet materiale med slike mekaniske egenskaper og samtidig så mange produksjonsfordeler. Det kan brukes til å lage svært komplekse og detaljerte former med lite maskinarbeid, noe som gjør dem perfekte til både dekorative og funksjonelle bilkomponenter. I tillegg har sink et lavt smeltepunkt, noe som gir lavere energiforbruk under produksjonen, i tråd med globale bærekraftsmål. Sink blir stadig viktigere i takt med den teknologiske utviklingen i bilindustrien. De fleste systemdeler til fly kan nå lages av sink, fordi det støtter produksjon av store volumer med utmerket delkonsistens, noe som gjør det til et kritisk materiale, ikke bare for dagens systemdesign, men også for fremtidens nye design.
Hva er pressstøping av sink?
Presisjonsstøping av sink er en produksjonsprosess som innebærer at smeltet sinklegering sprøytes inn i en spesialtilpasset form (også kalt støpeform) under høyt trykk for å forme metalldeler. Den brukes vanligvis til produksjon av komplekse, detaljerte komponenter med små toleranser, fin overflatefinish og høye mekaniske egenskaper.
Trykkstøping av sink har utmerkede mekaniske egenskaper og kombinerer samtidig høy presisjon. Det gjør det mulig å produsere kompliserte deler med små toleranser og glatt overflatefinish, noe som er nyttig for å oppfylle kravene som stilles til dagens kjøretøydesign.
Hvorfor sink? Viktige materialegenskaper
Sink er foretrukket i pressstøpeprosessen på grunn av flere unike egenskaper.
Høy styrke og duktilitet
Fordi sink er sterkere enn mange andre metaller som støpes under trykk, brukes sinklegeringer i tynnveggede applikasjoner.
Utmerket dimensjonsnøyaktighet
Støpegods av sink er en del som opprettholder sine former og størrelser med stor konsistens, noe som bidrar til å kutte bort etterbehandling.
Overlegen korrosjonsbestandighet
Sink er naturlig motstandsdyktig mot korrosjon, spesielt når det gjelder tilleggsbelegg. Det er avgjørende for deler som brukes i kjøretøy under uheldige vei- og værforhold.
Høy flytbarhet
Den smeltede sinken flyter veldig lett, og disse delene med små detaljer og tynne vegger ble vellykket støpt.
Kostnadseffektivt verktøy
Sinkstøping har fordeler med lang levetid på støpeformene sammenlignet med aluminium eller magnesium, og det er derfor mer økonomisk fordelaktig å støpe i sink hvis man ønsker en stor produksjonskjøring.
Resirkulerbarhet
Bilindustriens overgang til større bærekraft betyr også at sink er et miljøvennlig materiale som er 100% resirkulerbart uten tap av egenskaper.
Produksjonsprosessen: Oversikt trinn for trinn
1. Design og verktøy:
CAD-programvare brukes av ingeniører til å designe komponenten. Deretter produseres en høypresisjonsstålform med et stort antall hulrom for å bygge flere deler i én syklus.
2. Smelting av sinklegeringen:
Sink smeltes ved ca. 420 °C (788 °F), lavere enn aluminium og med betydelig lavere energikostnader.
3. Injeksjon:
Vanligvis sprøytes det smeltede sinket inn i formen med et trykk på 1 500 - 25 000 psi, som er høyt nok til å sikre at formen fylles raskt og jevnt.
4. Avkjøling og størkning:
Når sinklegeringen kommer inn i støpeformen, kjøles den raskt ned og stivner (i løpet av sekunder).
5. Utkast:
Utstøtingspinner skyver deretter den nyformede delen ut av matrisen.
6. Trimming og etterbehandling:
Delen kan bli gjenstand for ytterligere etterbehandling, for eksempel avgrading, polering, lakkering eller overflatebehandling, og overflødig materiale (flash) fjernes.
7. Kvalitetskontroll:
Noen komponenter inspiseres med tanke på dimensjonsnøyaktighet, overflatedefekter og mekanisk integritet, noe som ofte gjøres med automatiserte systemer eller 3D-skannere.
Vanlige sinklegeringer som brukes i bilindustrien
I bilindustrien er det viktig å velge riktig sinklegering fordi legeringens egenskaper spiller en viktig rolle for ytelse, pålitelighet og kostnadseffektivitet. Produsentene kan tilpasse materialene til spesifikke bruksområder, avhengig av hvordan de ulike legeringene balanserer styrke, duktilitet, flytbarhet og korrosjonsbestandighet i varierende grad. De mest brukte sinklegeringene i støpegods til bilindustrien er gitt nedenfor.
1. Zamak-legeringer (sink-aluminium-legeringer)
Det viktigste legeringselementet i en familie av sinklegeringer som kalles zamak, er aluminium ved ca. 4%. Navnet kommer fra de tyske navnene på metallene som brukes: Zink, Aluminium, Magnesium og Kopper (kobber).
Zamak 3:
- Det er den mest brukte sinklegeringen for pressstøping.
- Utmerket dimensjonsstabilitet, god overflatefinish og støpeevne.
- Disse overflatene er vanlige i interiørkomponenter som dørhåndtak, knotter og dekorasjonsdeler.
Zamak 5:
- Den er litt mer kobberholdig enn Zamak 3 og har høyere styrke og hardhet.
- Egnet for mekanisk påkjenning, f.eks. konstruksjonsbraketter.
Zamak 2:
- Den sterkeste og hardeste av Zamak-legeringene.
- Dette brukes i låsesystemer eller girhus der slitestyrke er avgjørende.
2. ZA-legeringer (sink-aluminium)
ZA-legeringer (ZA-8, ZA-12, ZA-27) har høyere Al-innhold enn Zamak, og har høyere styrke og slitestyrke. De brukes vanligvis i gravitasjonsstøping, antageligvis i noen tilfeller også i pressstøping.
ZA-8:
- Inneholder 8% aluminium.
- Har god styrke og moderate støpeegenskaper.
- Egnet for strukturelle komponenter i lette kjøretøy.
ZA-12 og ZA-27:
- Vanskelig å støpe, men høyere styrke.
- Brukes i halvstrukturelle applikasjoner eller deler, der det er utsatt for friksjon.
3. ACuZink5
Det er en spesiell sink-kobber-aluminiumlegering som har til hensikt å oppnå Zamaks støpeegenskaper og ZA-legeringens styrke.
- Ekstremt høy styrke og overlegen slitestyrke.
- Brukes i girhus, aktuatorer og mekaniske koblinger i bilsystemer.
- Materialet er ideelt for å erstatte maskinbearbeidet bronse og stål i bruksområder der det er nødvendig med lang levetid.
4. EZAC (forbedret sink-aluminium-kobber)
EZAC er en relativt ny legering med svært høy styrke og krympebestandighet opp til høye temperaturer.
- Bra for deler som må holde form og styrke selv under belastning, for eksempel monteringskomponenter eller motorer.
- Den har dobbelt så høy styrke som Zamak 3, men krever mer avansert verktøy.
5. Sink-nikkel-legeringer
Sink-nikkelplater er mindre vanlig enn sinkstøping for disse områdene, men det brukes ofte for å forbedre korrosjonsbestandigheten (spesielt salt og fuktighet) for deler under panseret eller understellet.
- Velge riktig legering
- Valget av sinklegering avhenger av flere faktorer
- Mekaniske krav (strekkfasthet, slagfasthet)
- Behov for overflatebehandling
- Kostnader og produksjonsvolum
- Eksponering for miljøpåkjenninger (varme, korrosjon)
Derfor samarbeider ingeniører ofte med materialforskere og leverandører for å velge en legering som er så godt egnet til oppgaven som kostnadene tillater, og som oppfyller både ytelses- og kostnadsbegrensninger.
Rollen til pressstøping av sink i bilindustrien
Pressstøping av sink har stor betydning i bilindustrien på grunn av høy presisjon, høy styrke og økonomisk produksjon av små til mellomstore komponenter. Denne prosessen gjør det mulig å produsere komplekse deler med høy presisjon på svært kort tid, og den egner seg ypperlig for produksjon av store volumer til bilindustrien.
Sinklegeringer har utmerkede mekaniske egenskaper, som holdbarhet, korrosjonsbestandighet og dimensjonsstabilitet. Det er disse egenskapene som gjør sink til det beste valget for dørhåndtak, braketter, låser, emblemer osv. som bildeler. Det er også enkelt å plettere eller lakkere siden det har en glatt overflate.
Selv om sink er tyngre enn aluminium eller magnesium, kan det være konkurransedyktig for bruksområder der vekt ikke er den høyeste prioriteten når det gjelder styrke og detaljer. På grunn av det lave smeltepunktet krever sink mindre energi og har lang levetid. Sink er også 100% resirkulerbart, noe som bidrar til å øke bilindustriens satsing på bærekraft.
Støping i sink er fortsatt en pålitelig løsning av høy kvalitet for krevende bruksområder i bilindustrien, i takt med at kjøretøyenes design utvikler seg.
Fysiske og kjemiske egenskaper ved sink
Fysiske egenskaper ved sink
1. Utseende:
Det termoelektriske blålige sølv- eller grålige metallet har en skinnende metallglans når det er nypolert.
2. Tetthet:
Siden sink har en tetthet på ca. 7,14 g/cm³ ved romtemperatur, er det moderat tungt sammenlignet med andre metaller.
3. Smeltepunkt:
Med en relativt lav temperatur på 419,5 °C (787 °F) egner sink seg imidlertid godt til termiske prosesser, som for eksempel trykkstøping, der det er ønskelig med lavt energiforbruk.
4. Kokepunkt:
Sink koker ved 907 °C (1665 °F).
5. Hardhet:
Sink har en hardhetsgrad på ca. 2,5 på Mohs' hardhetsskala, noe som gjør at det ikke er for hardt sammenlignet med stål, men heller ikke for mykt, slik rent tinn eller bly er.
7. Elektrisk ledningsevne:
Men mens kobber og sølv er svært gode ledere av elektrisitet, er sink ikke fullt så ledende. På grunn av denne egenskapen brukes sink ofte i batterier og galvanisering.
8. Termisk konduktivitet:
Den moderate varmeledningsevnen til sink gjør det nyttig til å håndtere varme, men det er mindre effektivt enn aluminium.
9. Formbarhet og duktilitet:
Sink er sprøtt, og kan derfor lett gå i stykker ved romtemperatur. Det er imidlertid formbart når det varmes opp til rundt 100-150 °C (212-302 °F), og da kan man enkelt forme dem.
10. Krystallstruktur:
I tillegg krystalliserer binære sinkforbindelser i en heksagonal, tettpakket struktur (hcp), noe som påvirker de mekaniske egenskapene, spesielt sprøheten ved lavere temperaturer.
Kjemiske egenskaper ved sink
1. Reaktivitet med luft:
Etter å ha kommet i kontakt med luft danner sink et tynt lag av sinkoksid (ZnO) på overflaten. Sink på oversiden forhindrer dypere korrosjon og er derfor svært motstandsdyktig mot atmosfærisk oksidasjonsrust.
2. Reaktivitet med syrer:
Fortynnede syrer, som den fortynnede syren saltsyre (HCl), kan lett reagere med sink og avgi hydrogengass (H₂). Denne egenskapen gjør sink nyttig i galvanisering og som offeranoder for korrosjonsbeskyttelse.
3. Amfoterisk natur:
Sink er amfotert, og kan påvirkes av både syrer og kraftige baser. Det reagerer for eksempel med natriumhydroksid (NaOH) og danner natriumsinkat.
4. Legeringsdannelse:
Sink legeres lett med flere metaller, blant annet kobber, for å produsere messing, aluminium, magnesium og mange andre metaller.
5. Oksidasjonstilstand:
Sink i oksidasjon +2 (Zn²⁺) er det vanligste oksidasjonstrinnet. Dette oksidasjonstrinnet kombineres med sinkforbindelser som sinkoksid (ZnO) og sinksulfat (ZnSO₄).
6. Motstandsdyktighet mot vann:
Rent vann reagerer ikke med sink ved romtemperatur, men ved høyere temperaturer kan sink reagere med det og sakte danne hydrogengass og sinkoksid.
7. Galvanisk aktivitet:
Anodematerialet, sink, er svært effektivt fordi det lett mister elektroner i galvaniske celler (batterier).
Sink vs. andre materialer i bilindustrien
I motsetning til aluminium, magnesium, plast eller stål har trykkstøping i sink flere fordeler. Sink utmerker seg med sin nøkkelytelse og sine lave kostnader i bildesign, og selv om hvert materiale kan ha sin plass i bildesign, er sink spesielt effektivt på disse parameterne.
Sink vs. aluminium:
Aluminium, som ofte velges på grunn av sin lave vekt, er for svakt og for mykt ved lave tykkelser sammenlignet med sink. I tillegg gir sink bedre dimensjonsstabilitet, og mer komplekse geometrier krever ikke omfattende maskinering. Verktøy for denne typen støping har også en tendens til å vare i lengre perioder, noe som betyr at de langsiktige produksjonskostnadene blir lavere.
Sink vs. magnesium:
Sink er lettere enn magnesium, men er dyrere når det kjøpes uten spesialbelegg. Sinklegeringer har imidlertid utmerket korrosjonsbestandighet og krever ingen ekstra overflatebehandling for å være motstandsdyktige i de fleste miljøer. Støping av sink gir også bedre presisjon og finish.
Sink vs. plast:
Plast er imidlertid lett, billig, men relativt sett svakere, tåler ikke temperaturer særlig godt og er mindre slitesterkt enn metall. Sinkomponenter som tåler slitasje, støt eller belastning, er et godt alternativ når strukturell integritet, levetid og motstand mot skader som følge av støt eller slitasje er viktig, særlig når det er snakk om bevegelse eller lastbæring.
Sink vs. stål:
Stål er et godt og sterkt materiale som ofte brukes i konstruksjoner, men det er mye tyngre og i mange tilfeller mer kostbart å forme til sirlige former. Fordi sinkstøping gir tilnærmet nettoformede deler med minimal etterbehandling, egner det seg godt til produksjon av små og mellomstore komponenter.
Generelt sett gir sink en god balanse mellom mekanisk styrke, pris, formbarhet og overflatefinish, og er derfor et utmerket materiale for bildeler uansett funksjon.
Oppsummeringstabell over de viktigste egenskapene til sink
| Eiendom | Verdi/atferd |
| Utseende | Blåsølvfarget metallic |
| Tetthet | 7,14 g/cm³ |
| Smeltepunkt | 419,5 °C (787 °F) |
| Kokepunkt | 907 °C (1665 °F) |
| Hardhet (Mohs-skalaen) | 2.5 |
| Elektrisk ledningsevne | Bra |
| Krystallstruktur | Sekskantet tettpakket (hcp) |
| Vanlig oksidasjonstilstand | +2 |
| Reaktivitet | Reagerer med syrer og baser |
| Motstandsdyktighet mot korrosjon | Høy (danner beskyttende oksid) |
Bruksområder for pressstøping av sink i bilindustrien
Et bredt spekter av komponenter til kjøretøy kan bearbeides ved hjelp av sinkstøping. Noen av de vanligste er
1. Innvendige komponenter:
- Dørhåndtak
- Sikkerhetsbeltebeslag
- Kontrollspaker på dashbordet
- HVAC-knapper og -brytere
Komponentene i disse har høy presisjon, taktiliteten må være god, og passformen må være perfekt. Sinkets evne til å gi fine overflatedetaljer og dimensjonsnøyaktighet er velegnet for disse delene som er synlige og brukes ofte.
2. Utvendige komponenter:
- Emblemer og logoer
- Låsing av dører og bagasjerom
- Speilbraketter
- Komponenter til vindusviskersystemet
Siden støy imidlertid ofte indikerer årsaken til støyen, og plasseringen av årsaken ikke er like viktig som støyen i seg selv, brukes korrosjonsbestandighet og styrke for bruk etter miljøeksponering og gir utseende og funksjon.
3. Komponenter under motorhjelmen:
- Forgasserdeler
- Deler til drivstoffsystemet
- Ventilhus
- Kamremdeksler
Både termisk stabilitet, styrke og slitestyrke er avgjørende for disse delene. Komplekse geometrier, høye presisjonstoleranser og applikasjoner med flytende motorsystemer oppnås ved hjelp av sinkstøping.
4. Strukturelle deler:
- Parenteser
- Monteringsplater
- Chassisstøtter (i mindre kjøretøy)
Selv om sink ikke brukes til primære bærende konstruksjoner, har komponenter av sink en stivhet og pålitelige mekaniske egenskaper som gjør dem nyttige i bærende rammer og sammenstillinger.
Sinkens fleksibilitet oppfyller kravene til dekor og funksjon i alle kjøretøyklasser. På grunn av sin kapasitet til å kutte etterbehandling, EMI-skjerming og komponentkonsolidering, utvides sinkstøping til stadig flere elektriske og konvensjonelle plattformer.
Fordeler med pressstøping i forhold til andre pressstøpematerialer
Selv om aluminium og magnesium også har blitt brukt i bilindustrien, har sink en fordel:
| Eiendom | Sink | Aluminium | Magnesium |
| Smeltepunkt | ~420°C | ~660°C | ~650°C |
| Verktøyets levetid | Mer enn 1 000 000 bilder | ~100 000 skudd | ~150 000 skudd |
| Styrke ved tynne vegger | Høy | Medium | Lav |
| Motstandsdyktighet mot korrosjon | Utmerket | Moderat | Dårlig uten belegg |
| Kostnadseffektivitet | Høy (store volumer) | Medium | Lav (dyr legering) |
Det er lett å se at for små til mellomstore komponenter der presisjon og styrke er av stor betydning, er trykkstøping i sink et svært godt alternativ.
Utfordringer innen pressstøping av sink
Støping av sink har noen ulemper:
Vekt:
Sink er for tungt til å brukes i elbilchassis og andre bruksområder der vektreduksjon er avgjørende, fordi det er tyngre enn aluminium eller magnesium.
Termiske egenskaper:
Varmeledningsevnen til sink er lavere enn for aluminium, så det er ikke egnet for varmespredningsdeler som motorradiatorer.
Begrensninger i størrelse:
Verktøyene kan for eksempel ikke brukes til å støpe svært store komponenter, og det kan oppstå størkningsfeil.
Ja, med intelligent ingeniørkunst og hybrid materialdesign kan de fleste av disse utfordringene løses.
Miljø- og bærekraftsfaktorer
Støping av sink skiller seg ut fordi den globale bilindustrien går i retning av grønnere metoder.
100% Gjenvinnbarhet:
Støperester av sink samles inn og bearbeides på nytt uten å forringes.
Energieffektivitet:
Siden aluminium har en mye høyere smeltetemperatur, er energiforbruket betydelig lavere enn med aluminium.
Lang levetid for verktøyet:
Det forlenger verktøyets levetid, noe som reduserer hyppigheten av verktøybytte, noe som betyr mindre avfall og tid uten produksjon.
Derfor er sink et utmerket alternativ som ikke går på bekostning av kvalitet eller ytelse, og som derfor tiltrekker seg selskaper som arbeider for å oppfylle strengere miljøkrav.
Innovasjoner og fremtidige trender
Tynnveggsteknologi:
Utviklingen av matriser og mer flytende sinklegeringer har gjort det mulig å produsere deler med ekstremt tynne vegger, noe som reduserer vekten uten å miste styrke.
Hybride sammenstillinger:
Dessuten brukes sinkdeler i stadig større grad i kombinasjon med plast eller andre metaller for å lage multifunksjonelle deler.
Elektriske kjøretøyer (EV):
Elbiler trenger kompakte og robuste komponenter til batterihus, kontrollsystemer og kontakter, og sink er et lovende valg på grunn av sin presisjon og egenskap som EMI (elektromagnetisk interferens)-skjermende metall.
Smart Tooling:
I masseproduksjon bidrar bruk av kunstig intelligens og maskinlæring til vedlikehold av matriser også til å redusere levetiden og feilene.
Konklusjon
Pressstøping av sink er mer enn en produksjonsmetode; det er en vinnende strategi for å oppnå et konkurransefortrinn i bilindustrien. Den gir en kombinasjon som er optimal med hensyn til mekanisk styrke, designfleksibilitet, kostnadseffektivitet og bærekraft. Siden bilene går i retning av å bli lettere, mer miljøvennlige og mer sofistikerte, har trykkstøping av sink en viktig rolle å spille som neste generasjons bilkomponenter. Sink har et stort bruksområde, fra små interiørknotter til kraftige strukturer under panseret i bilindustrien. Når innovasjonene fortsetter å forbedre bruksområdene, vil de kommende årene gi enda bredere anvendelse på konvensjonelle, hybride og elektriske kjøretøyplattformer.