Pictogram locatie Aludiecasting

Zink spuitgietwerk voor de auto-industrie

Steve Yang
Zink spuitgietwerk voor de auto-industrie

Zink is een veelzijdig en belangrijk metaal met belangrijke rollen in een brede industriële, commerciële en biologische toepassingen. Zink wordt industrieel gebruikt, in de bouw en voor beschermende coatings vanwege zijn hoge corrosiebestendigheid en blauwachtig zilveren uiterlijk. Een van de meest waardevolle eigenschappen is de mogelijkheid om zeer sterke legeringen te vormen, vooral met aluminium, koper en magnesium. Deze eigenschappen maken zink uitermate geschikt voor fabricageprocessen zoals spuitgieten. Zink staat ook bekend als een speciaal materiaal in de context van de auto-industrie, omdat er geen ander materiaal is met zulke mechanische eigenschappen en tegelijkertijd met zoveel productievoordelen. Er kunnen zeer complexe en gedetailleerde vormen mee worden gemaakt met weinig machinewerk, waardoor ze perfect zijn voor zowel decoratieve als functionele voertuigonderdelen. Bovendien zorgt het lage smeltpunt voor een lager energieverbruik tijdens de productie, in overeenstemming met de wereldwijde duurzaamheidsdoelstellingen. Het belang van zink neemt toe naarmate de autotechnologie evolueert. De meeste onderdelen van vliegtuigsystemen kunnen nu van zink worden gemaakt omdat het de productie van grote volumes met een uitstekende onderdeelconsistentie ondersteunt, waardoor het een essentieel materiaal is, niet alleen voor de huidige systeemontwerpen, maar ook voor hun nieuwe ontwerpen voor de toekomst.

Wat is zink spuitgieten?

Zinkspuitgieten is een precisieproductieproces waarbij gesmolten zinklegering onder hoge druk in een aangepaste matrijs (ook wel mal genoemd) wordt gespoten om metalen onderdelen te vormen. Het wordt normaal gebruikt voor de productie van complexe, gedetailleerde onderdelen met nauwe toleranties, fijne oppervlakteafwerkingen en hoge mechanische eigenschappen.

Spuitgieten met zink heeft uitstekende mechanische eigenschappen en combineert tegelijkertijd hoge precisie. Het maakt de productie mogelijk van ingewikkelde onderdelen met nauwe toleranties en een gladde oppervlakteafwerking en is nuttig voor de eisen van het hedendaagse voertuigontwerp.

Waarom zink? Belangrijkste materiaaleigenschappen

Om verschillende unieke eigenschappen heeft zink de voorkeur bij het spuitgietproces.

Hoge sterkte en vervormbaarheid

Omdat zink sterker is dan veel andere metalen die worden gegoten, worden voor dunwandige toepassingen zinklegeringen gebruikt.

Uitstekende maatnauwkeurigheid

Het zinkmatrijzenafgietsel is een onderdeel dat hun vormen en maten met grote consistentie handhaaft, wat helpt om te bezuinigen op nabewerking.

Superieure corrosiebestendigheid

Zink is van nature bestand tegen corrosie, met name door de extra coatings. Dit is cruciaal voor onderdelen die worden gebruikt in voertuigen in de ongelukkige aanwezigheid van weg- en weersomstandigheden.

Hoge vloeibaarheid

Het gesmolten zink vloeit heel gemakkelijk en deze onderdelen met kleine vormen en dunne wanden werden met succes gegoten.

Kosteneffectieve Tooling

Zinkgieten heeft het voordeel dat de matrijzen langer meegaan dan aluminium of magnesium; daarom is zink voordeliger als een grote productiecyclus gewenst is.

Recycleerbaarheid

De overgang van de auto-industrie naar meer duurzaamheid betekent ook dat zink een milieuverantwoord materiaal is dat 100% recyclebaar is zonder verlies van eigenschappen.

Productieproces: Stap voor stap overzicht

1. Ontwerp en Tooling:

Ingenieurs gebruiken CAD-software om onderdelen te ontwerpen. Vervolgens wordt een stalen matrijs met hoge precisie gemaakt met een groot aantal caviteiten om meerdere onderdelen in één cyclus te maken.

2. De zinklegering smelten:

Bij ongeveer 420°C (788°F) wordt zink gesmolten, lager dan aluminium en met aanzienlijk lagere energiekosten.

3. Injectie:

Gewoonlijk wordt het gesmolten zink in de matrijs geïnjecteerd met een druk van 1.500 - 25.000 psi die hoog genoeg is om ervoor te zorgen dat de matrijs snel en gelijkmatig wordt gevuld.

4. Afkoeling en stolling:

Wanneer de zinklegering in de matrijs komt, koelt het snel af en stolt het (een kwestie van seconden).

5. Uitwerping:

Uitwerppennen werpen vervolgens het nieuw gevormde onderdeel uit de matrijs.

6. Bijwerken en afwerken:

Het onderdeel kan extra nabewerkt worden, zoals afbramen, polijsten, verven of coaten, en het overtollige materiaal (flash) wordt verwijderd.

7. Kwaliteitscontrole:

Sommige onderdelen worden geïnspecteerd op maatnauwkeurigheid, oppervlaktedefecten en mechanische integriteit, zoals vaak gebeurt met geautomatiseerde systemen of 3D-scanners.

Gebruikelijke zinklegeringen in de auto-industrie

In de auto-industrie is de keuze van de juiste zinklegering belangrijk omdat de eigenschappen van de legering een belangrijke rol spelen bij goede prestaties, betrouwbaarheid en kostenefficiëntie. Fabrikanten kunnen materialen aanpassen aan specifieke toepassingen, afhankelijk van de balans tussen sterkte, vervormbaarheid, vloeibaarheid en corrosiebestendigheid die verschillende legeringen in verschillende mate te bieden hebben. De meest gebruikte zinklegeringen in spuitgietwerk voor auto's worden hieronder weergegeven.

1. Zamaklegeringen (zink-aluminiumlegeringen)

Het primaire legeringselement in een familie zinklegeringen die bekend staat als zamak is aluminium met ongeveer 4%. De naam komt van de Duitse namen van de gebruikte metalen: Zink, Aluminium, Magnesium en Kopper (koper).

Zamak 3:

Zamak 5:

Zamak 2:

2. ZA Legeringen (zink-aluminium)

ZA-legeringen (ZA-8, ZA-12, ZA-27) hebben een hoger Al-gehalte dan Zamak en hebben een hogere sterkte en slijtvastheid. Ze worden over het algemeen gebruikt in zwaartekrachtgieten en in sommige gevallen ook in spuitgieten.

ZA-8:

ZA-12 en ZA-27:

3. ACuZink5

Het is een speciale zink-koper-aluminiumlegering bedoeld om de kenmerken van de gietbaarheid van Zamak en de sterkte van ZA-legeringen te verkrijgen.

4. EZAC (verbeterd zink-aluminium-koper)

EZAC is een relatief nieuwe legering met een zeer hoge sterkte en kruipweerstand tot verhoogde temperaturen.

5. Zink-nikkel legeringen

Zinknikkelplaat is minder gebruikelijk dan zinkspuitgietwerk voor deze gebieden, maar het wordt vaak gebruikt om de corrosieweerstand te verbeteren (vooral zout en vocht) voor onderdelen onder de motorkap of het onderstel.

Daarom werken ingenieurs vaak samen met materiaalwetenschappers en leveranciers om een legering te kiezen die zo goed mogelijk geschikt is voor de taak als de kosten toelaten, waarbij zowel aan de prestatie- als kostenbeperkingen wordt voldaan.

De rol van zink spuitgietwerk in de auto-industrie

Zinkspuitgieten is van groot belang in de autoproductie vanwege de hoge precisie, hoge sterkte en economische vervaardiging van kleine tot middelgrote onderdelen. Dit proces biedt de mogelijkheid om complexe onderdelen met een hoge precisie te produceren in een zeer korte tijd en is uitstekend geschikt voor hoogvolume automobieltoepassingen.

Zinklegeringen hebben uitstekende mechanische eigenschappen, zoals duurzaamheid, corrosiebestendigheid en maatvastheid. Dit zijn de dingen die zink de beste keuze maken voor deurgrepen, beugels, sloten, emblemen, enz. als auto-onderdeel. Het is ook gemakkelijk te beplakken of te verven omdat het een glad oppervlak heeft.

Hoewel zink zwaarder is dan aluminium of magnesium, kan het concurrerend zijn voor toepassingen waarbij gewicht niet de hoogste prioriteit heeft als het gaat om sterkte en detaillering. Door zijn lage smeltpunt vraagt het minder energieverbruik en heeft het een lange standtijd. Zink is ook 100% recyclebaar, wat de bevordering van duurzaamheid in de auto-industrie versnelt.

Het spuitgieten van zink biedt nog steeds betrouwbare en hoogwaardige oplossingen voor veeleisende toepassingen in de auto-industrie naarmate voertuigontwerpen evolueren.

Fysische en chemische eigenschappen van zink 

Fysische eigenschappen van zink

1. Uiterlijk:

Het thermo-elektrische blauwachtig zilveren of grijsachtige metaal heeft een glanzende metaalglans als het pas gepolijst is.

2. Dichtheid:

Aangezien zink bij kamertemperatuur een dichtheid heeft van ongeveer 7,14 g/cm³, is het middelzwaar in vergelijking met andere metalen.

3. Smeltpunt:

Bij een relatief lage temperatuur van 419,5 °C (787 °F) is zink echter geschikt voor thermische processen, zoals spuitgieten, waarbij een laag energieverbruik gewenst is.

4. Kookpunt:

Zink kookt bij 907°C (1665°F).

5. Hardheid:

Zink is ongeveer 2,5 op de hardheidsschaal van Mohs, waardoor het niet te hard is vergeleken met staal, maar ook niet te zacht zoals zuiver tin of lood.

7. Elektrische geleidbaarheid:

Maar terwijl koper en zilver zeer goede geleiders van elektriciteit zijn, is zink niet zo geleidend. Vanwege deze eigenschap wordt het vaak gebruikt in batterijen en galvanisatie.

8. Thermische geleidbaarheid:

Het matige warmtegeleidingsvermogen van zink maakt het nuttig voor het beheren van warmte, maar het is minder efficiënt dan aluminium.

9. Buigbaarheid en vervormbaarheid:

Zink is bros en kan dus gemakkelijk breken bij kamertemperatuur. Het is echter kneedbaar als het wordt verwarmd tot ongeveer 100-150°C (212-302°F), dan kan het gemakkelijk worden gevormd.

10. Kristalstructuur:

Bovendien kristalliseren binaire zinkverbindingen in een hexagonale dichte structuur (hcp) die de mechanische eigenschappen beïnvloedt, vooral de brosheid bij lagere temperaturen.

Chemische eigenschappen van zink

1. Reactiviteit met lucht:

Na contact met lucht vormt zink een dunne laag zinkoxide (ZnO) op het oppervlak. Zink aan de bovenkant voorkomt diepere corrosie en is daarom zeer goed bestand tegen roestvorming door atmosferische oxidatie.

2. Reactiviteit met zuren:

Verdunde zuren zoals het verdunde zuur zoutzuur (HCl) kunnen gemakkelijk reageren met zink om waterstofgas (H₂) af te geven. Daarom maakt deze eigenschap zink nuttig in galvanisatie en opofferingsanoden voor corrosiebescherming.

3. Amfotere natuur:

Zink is amfoteer en kan zowel door zuren als krachtige basen worden beïnvloed. Het reageert bijvoorbeeld met natriumhydroxide (NaOH) om natriumzinkaat te krijgen.

4. Vorming van de legering:

Zink kan gemakkelijk legeren met verschillende metalen, waaronder koper, om messing, aluminium, magnesium en vele andere metalen te produceren.

5. Oxidatietoestanden:

De +2 (Zn²⁺) oxidatietoestand van zink komt het meest voor. Deze oxidatietoestand wordt gecombineerd met zinkverbindingen zoals zinkoxide (ZnO) en zinksulfaat (ZnSO₄).

6. Weerstand tegen water:

Zuiver water reageert niet met zink bij kamertemperatuur, maar bij hogere temperaturen kan zink ermee reageren en langzaam waterstofgas en zinkoxide vormen.

7. Galvanische activiteit:

Het anodemateriaal, zink, is zeer effectief omdat het gemakkelijk elektronen verliest in galvanische cellen (batterijen).

Zink vs Andere Materialen in Automobieltoepassingen

In tegenstelling tot aluminium, magnesium, kunststof of staal heeft zink spuitgieten verschillende voordelen. Zink blinkt uit door zijn belangrijke prestaties en kosten bij het ontwerpen van auto's. Hoewel elk materiaal zijn plaats kan hebben bij het ontwerpen van auto's, is zink bijzonder effectief bij die parameters.

Zink vs Aluminium:

In een vorm die vaak wordt gekozen vanwege het lichte gewicht, is aluminium te zwak en te zacht bij lage diktes in vergelijking met zink. Bovendien biedt zink een betere maatvastheid en zijn voor extra complexe geometrieën geen uitgebreide machinale bewerkingen nodig. Gereedschap voor dit soort gietwerk gaat meestal ook langer mee, waardoor de productiekosten op lange termijn lager zijn.

Zink vs Magnesium:

Zink is lichter dan magnesium maar is duurder als je het zonder speciale coating koopt. Zinklegeringen bieden echter een uitstekende weerstand tegen corrosie en hebben geen extra oppervlaktebehandeling nodig om bestand te zijn tegen de meeste omgevingen. Bovendien zorgt het gieten van zink voor een betere gietnauwkeurigheid en afwerking.

Zink vs Plastic:

Kunststof is echter licht en goedkoop, maar relatief zwakker, het is niet goed bestand tegen temperaturen en minder duurzaam dan metaal. Onderdelen van zink die bestand zijn tegen slijtage, schokken of belasting zijn een goed alternatief als structurele integriteit, levensduur en weerstand tegen schade door schokken of slijtage belangrijk zijn, vooral als het gaat om beweging of belasting.

Zink vs Staal:

Staal is een goed materiaal dat sterk is en vrij algemeen wordt gebruikt in structurele toepassingen, maar het is veel zwaarder en in veel gevallen duurder om in grillige vormen te gieten. Gieten met zinkspuitgieten, omdat het bijna netto vormdelen produceert met minimale nabewerking, is zeer geschikt voor gevallen waarin kleine en middelgrote onderdelen moeten worden geproduceerd.

Over het algemeen biedt zink een goede balans tussen mechanische sterkte, kosten, vervormbaarheid en oppervlakteafwerking en is daarom een uitstekend materiaal voor auto-onderdelen, ongeacht hun functie.

Overzichtstabel van de belangrijkste eigenschappen van zink

Eigendom Waarde/Gedrag
Uiterlijk Blauwachtig-zilver metallic
Dichtheid 7,14 g/cm³
Smeltpunt 419,5°C (787°F)
Kookpunt 907°C (1665°F)
Hardheid (Schaal van Mohs) 2.5
Elektrische geleidbaarheid Goed
Kristalstructuur Zeshoekig Gesloten (hcp)
Gemeenschappelijke oxidatietoestand +2
Reactiviteit Reageert met zuren en basen
Corrosiebestendigheid Hoog (vormt beschermend oxide)

Toepassingen van zink spuitgietwerk in de autoproductie

Een breed scala aan onderdelen voor voertuigen kan worden verwerkt via zinkspuitgieten. Enkele daarvan zijn het meest gebruikelijk, zoals:-

1. Interieuronderdelen:

De onderdelen zijn zeer nauwkeurig, de tastzin moet goed zijn en de pasvorm moet geweldig zijn. Het vermogen van zink om fijne oppervlaktedetails en maatnauwkeurigheid te leveren is geschikt voor deze onderdelen die zichtbaar zijn en vaak worden gebruikt.

2. Externe onderdelen:

Omdat lawaai echter vaak de oorzaak aangeeft en de locatie van de oorzaak niet zo belangrijk is als het lawaai zelf, worden corrosiebestendigheid en sterkte gebruikt voor gebruik na blootstelling aan de omgeving en geven uiterlijk en functie.

3. Onderdelen onder de motorkap:

Zowel thermische stabiliteit, sterkte als slijtvastheid zijn essentieel voor deze onderdelen. Complexe geometrieën, hoge precisietoleranties en toepassingen voor vloeistofmotorsystemen worden bereikt door spuitgieten van zink.

4. Structurele onderdelen:

Hoewel zinkcomponenten niet worden gebruikt voor primaire dragende structuren, hebben ze stijfheid en betrouwbare mechanische eigenschappen die ze nuttig maken voor de ondersteuning van frames en samenstellingen.

De flexibiliteit van zink voldoet aan decoratieve en functionele eisen in alle voertuigklassen. Door de mogelijkheid om te snijden in nabewerking, EMI afscherming en componentconsolidatie, breidt zink spuitgieten zich uit naar steeds meer elektrische en conventionele platforms.

Voordelen van spuitgietmatrijzen ten opzichte van andere gietmaterialen

Hoewel aluminium en magnesium ook zijn gebruikt in de automobielsector, heeft zink een voordeel:

Eigendom Zink Aluminium Magnesium
Smeltpunt ~420°C ~660°C ~650°C
Standtijd 1.000.000+ opnamen ~100.000 opnamen ~150.000 opnamen
Sterkte bij dunne wanden Hoog Medium Laag
Corrosiebestendigheid Uitstekend Matig Slecht zonder coating
Kostenefficiëntie Hoog (grote volumes) Medium Laag (dure legering)


Het is duidelijk dat voor kleine tot middelgrote onderdelen waarbij precisie en sterkte van groot belang zijn, zinkspuitgieten een zeer goede optie is.

Uitdagingen in zink spuitgietwerk

Zinkspuitgieten heeft enkele nadelen:

Gewicht:

Zink is te zwaar om te gebruiken in chassis van elektrische voertuigen en andere toepassingen waar gewichtsbesparing cruciaal is, omdat het zwaarder is dan aluminium of magnesium.

Thermische eigenschappen: 

Het warmtegeleidingsvermogen van zink is lager dan dat van aluminium, waardoor het niet geschikt is voor onderdelen die warmte afvoeren, zoals motorradiatoren.

Groottebeperkingen:

De gereedschappen kunnen bijvoorbeeld niet worden gebruikt om zeer grote onderdelen te gieten en er kunnen stollingsdefecten optreden.

Ja, met intelligente engineering en hybride materiaalontwerp kunnen de meeste van deze uitdagingen worden aangepakt.

Milieu- en duurzaamheidsfactoren

Spuitgieten met zink springt eruit omdat de wereldwijde auto-industrie groenere praktijken hanteert.

100% Recyclebaarheid:

Zinkgietafval wordt verzameld en zonder enige degradatie opnieuw verwerkt.

Energie-efficiëntie:

Aangezien aluminium een veel hogere smelttemperatuur heeft, is het energieverbruik aanzienlijk lager dan bij aluminium.

Lange standtijd: 

Het verlengt de levensduur van de matrijs, waardoor gereedschap minder vaak vervangen hoeft te worden, wat minder afval en productiestilstand betekent.

Bedrijven die willen voldoen aan strengere milieuregels voelen zich dan ook aangetrokken tot zink, omdat het een uitstekende optie is die niet ten koste gaat van kwaliteit of prestaties.

Innovaties en toekomstige trends

Dunwandige technologie:

Dankzij geavanceerde matrijzen en vloeiendere zinklegeringen zijn nu onderdelen met extreem dunne wanden mogelijk, waardoor het gewicht afneemt zonder aan sterkte in te boeten.

Hybride assemblages: 

Zinken onderdelen worden ook steeds meer gebruikt in combinatie met kunststoffen of andere metalen voor multifunctionele onderdelen.

Elektrische voertuigen (EV's): 

EV's hebben compacte en robuuste onderdelen nodig voor batterijbehuizingen, regelsystemen en connectoren en zink is veelbelovend vanwege zijn precisie en als EMI (elektromagnetische interferentie) beschermend metaal.

Slimme gereedschappen: 

Bij massaproductie helpt het gebruik van AI en machine learning voor matrijsonderhoud ook om de levensduur van de matrijs en defecten te verminderen.

Conclusie

Zink spuitgieten is meer dan een productiemethode; het is een winnende strategie om een voorsprong te krijgen op de concurrentie in de auto-industrie. Het biedt een combinatie die optimaal is op het gebied van mechanische sterkte, ontwerpflexibiliteit, kostenefficiëntie en duurzaamheid. Omdat voertuigen steeds lichter, milieuvriendelijker en geavanceerder worden, speelt het spuitgieten van zink een belangrijke rol als de volgende generatie auto-onderdelen. Zink wordt enorm gebruikt, van kleine knoppen in het interieur tot krachtige structuren onder de motorkap in de autoproductie. Zodra innovaties hun toepassing blijven verfijnen, zullen de komende jaren zorgen voor een nog bredere toepassing in conventionele, hybride en elektrische voertuigen.



 

 

Mobiele versie afsluiten