Zincul este un metal polivalent și important, cu roluri importante în numeroase aplicații industriale, comerciale și biologice. Zincul este utilizat în industrie, în construcții și pentru acoperiri de protecție datorită rezistenței sale ridicate la coroziune și aspectului său albastru-argintiu. Una dintre proprietățile sale cele mai valoroase este capacitatea sa de a forma aliaje foarte puternice, în special cu aluminiu, cupru și magneziu, îmbunătățind considerabil rezistența și durabilitatea. În ceea ce privește procesele de fabricație precum turnarea sub presiune, aceste caracteristici fac ca zincul să fie extrem de potrivit. Zincul este, de asemenea, cunoscut ca un material special în contextul industriei auto, deoarece nu există niciun alt material cu astfel de proprietăți mecanice și, în același timp, cu atât de multe avantaje de fabricație. Acesta poate fi utilizat în crearea unor forme extrem de complexe și detaliate cu puțină prelucrare mecanică, ceea ce le face perfecte atât pentru componentele decorative, cât și pentru cele funcționale ale vehiculelor. În plus față de punctul său de topire scăzut, care face ca energia utilizată în timpul producției să fie mai mică, conform obiectivelor globale de durabilitate. Importanța zincului crește pe măsură ce tehnologia auto evoluează. Cele mai multe componente ale sistemelor de avioane pot fi acum fabricate din zinc, deoarece acesta suportă o producție în volum mare, cu o consistență excelentă a pieselor, ceea ce îl face un material esențial, nu numai pentru modelele actuale ale sistemelor, ci și pentru noile lor modele viitoare.

Ce este Zinc Die Casting?

Turnarea sub presiune a zincului este un proces de fabricație de precizie care implică injectarea aliajului de zinc topit într-o matriță personalizată (cunoscută și sub numele de matriță) sub presiune ridicată și la presiune ridicată pentru a forma piese metalice. În mod normal, este utilizat pentru producția de componente complexe, detaliate, cu toleranțe strânse, finisaje de suprafață fine și proprietăți mecanice ridicate.

Turnarea sub presiune a zincului are proprietăți mecanice excelente și combină în același timp o precizie ridicată. Aceasta permite fabricarea de piese complicate, cu toleranțe reduse, cu finisaje de suprafață netede și este utilă pentru cerințele actuale de proiectare a vehiculelor.

De ce zincul? Proprietăți cheie ale materialului

Pentru mai multe proprietăți unice, zincul este preferat în procesul de turnare sub presiune.

Rezistență și ductilitate ridicate

Deoarece este mai rezistent decât multe alte metale turnate sub presiune, în aplicațiile cu pereți subțiri se utilizează aliaje de zinc.

Precizie dimensională excelentă

Turnarea sub presiune a zincului este o piesă care își păstrează formele și dimensiunile cu o mare consistență, ceea ce ajută la reducerea post-procesării.

Rezistență superioară la coroziune

Zincul este în mod natural rezistent la coroziune, în special la acoperiri suplimentare. Acest lucru este esențial pentru piesele utilizate în condiții de vehicule în prezența nefericită a condițiilor rutiere și meteorologice.

Fluiditate ridicată

Zincul topit curge foarte ușor, iar aceste piese cu caracteristici mici și pereți subțiri au fost turnate cu succes.

Unelte eficiente din punct de vedere al costurilor

Turnarea zincului beneficiază de matrițe cu durată lungă de viață în comparație cu aluminiul sau magneziul; prin urmare, există un avantaj economic mai mare în zinc dacă se dorește o producție mare.

Reciclabilitate

Tranziția industriei auto către o mai mare durabilitate înseamnă, de asemenea, că zincul este un material responsabil din punct de vedere ecologic, care este 100% reciclabil fără pierderea proprietăților.

Procesul de fabricație: Prezentare pas cu pas

1. Proiectare și scule:

Software-ul CAD este utilizat de ingineri pentru proiectarea componentelor. Apoi, o matriță din oțel de înaltă precizie este fabricată cu un număr mare de cavități pentru a construi mai multe piese într-un singur ciclu.

2. Topirea aliajului de zinc:

La aproximativ 420°C (788°F) se topește zincul, la o temperatură mai scăzută decât cea a aluminiului și cu costuri de energie considerabil mai mici.

3. Injectare:

De obicei, zincul topit este injectat în matriță la o presiune de 1.500 - 25.000 psi, suficient de mare pentru a se asigura că matrița este umplută rapid și uniform.

4. Răcirea și solidificarea:

Când aliajul de zinc ajunge în matriță, se răcește rapid și se solidifică (în câteva secunde).

5. Ejectare:

Pinii de ejecție ejectează apoi piesa nou formată din matriță.

6. Tunderea și finisarea:

Piesa poate fi supusă unei finisări suplimentare, cum ar fi debavurarea, lustruirea, vopsirea sau acoperirea, iar materialul în exces (flash) este îndepărtat.

7. Controlul calității:

Unele componente sunt inspectate pentru acuratețe dimensională, defecte de suprafață și integritate mecanică, așa cum se întâmplă adesea cu sistemele automate sau cu scanerele 3D.

Aliaje de zinc comune utilizate în industria auto

În industria automobilelor, selectarea aliajului de zinc adecvat este importantă deoarece proprietățile aliajului joacă un rol important pentru performanța, fiabilitatea și rentabilitatea corespunzătoare. Producătorii pot adapta materialele la aplicații specifice, în funcție de echilibrul de rezistență, ductilitate, fluiditate și rezistență la coroziune pe care diferitele aliaje trebuie să îl ofere în diferite măsuri. Cele mai frecvent utilizate aliaje de zinc în turnarea sub presiune a automobilelor sunt prezentate mai jos.

1. Aliaje Zamak (aliaje zinc-aluminiu)

Elementul principal de aliere într-o familie de aliaje de zinc cunoscute sub numele de zamak este aluminiul, la aproximativ 4%. Denumirea provine de la numele german al metalelor utilizate: Zink, aluminiu, magneziu și Kopper (cupru).

Zamak 3:

• Este cel mai utilizat aliaj de zinc pentru turnarea sub presiune.
• Oferă stabilitate dimensională excelentă, finisare bună a suprafeței și capacitate de turnare.
• Aceste suprafețe sunt comune în componentele interioare, cum ar fi mânerele ușilor, butoanele și piesele de finisare.

Zamak 5:

• Este puțin mai cupru decât Zamak 3 și oferă rezistență și duritate mai mari.
• Potrivite pentru aplicații cu solicitări mecanice, cum ar fi suporturile structurale.

Zamak 2:

• Cel mai puternic și mai dur din aliajele Zamak.
• Acesta este utilizat în sistemele de blocare sau în carcasele angrenajelor, unde rezistența la uzură este critică.

2. Aliaje ZA (zinc-aluminiu)

Aliajele ZA (ZA-8, ZA-12, ZA-27) au un conținut mai mare de Al decât Zamak, având o rezistență mai mare și rezistență la uzură. Acestea sunt utilizate în general în turnarea prin gravitație, probabil în unele cazuri și în turnarea sub presiune.

ZA-8:

• Conține aluminiu 8%.
• Oferă rezistență bună și proprietăți moderate de turnare.
• Potrivit pentru componente structurale în vehicule ușoare.

ZA-12 și ZA-27:

• Greu de turnat, dar rezistență mai mare.
• Utilizat în aplicații sau piese semi-structurale, unde este supus frecării.

3. ACuZinc5

Este un aliaj special de zinc, cupru și aluminiu menit să obțină caracteristicile capacității de turnare a Zamak și rezistența aliajelor ZA.

• Rezistență extrem de ridicată și rezistență superioară la uzură.
• Se aplică în carcasele angrenajelor, actuatoarelor și legăturilor mecanice din sistemele auto.
• Materialul de schimb este ideal pentru înlocuirea bronzului și oțelului prelucrat în aplicații în care este necesară durabilitatea.

4. EZAC (Zinc-aluminiu-cupru îmbunătățit)

Un aliaj relativ nou, cu rezistență foarte mare și rezistență la fluaj până la temperaturi ridicate, EZAC este.

• Bun pentru piesele care trebuie să își păstreze forma și rezistența chiar și sub sarcină, de exemplu componente de montare sau motoare.
• Oferă o rezistență de două ori mai mare decât Zamak 3, dar necesită unelte mai avansate.

5. Aliaje zinc-nichel

Placa de zinc-nichel este mai puțin obișnuită decât turnarea zincului sub presiune pentru aceste zone, dar este frecvent utilizată pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune (în special la sare și umiditate) pentru piesele de sub capotă sau de sub caroserie.

• Alegerea aliajului potrivit
• Alegerea aliajului de zinc depinde de mai mulți factori
• Cerințe mecanice (rezistență la tracțiune, rezistență la impact)
• Nevoi de finisare a suprafeței
• Costuri și volum de producție
• Expunerea la stres de mediu (căldură, coroziune)

Din acest motiv, inginerii colaborează frecvent cu cercetătorii și furnizorii de materiale pentru a alege un aliaj care să fie cât mai potrivit pentru sarcina respectivă, în funcție de costuri, respectând atât constrângerile de performanță, cât și cele de cost.

Rolul turnării sub presiune a zincului în industria auto

Turnarea sub presiune a zincului are o mare importanță în producția de automobile datorită preciziei ridicate, rezistenței ridicate și realizării economice a componentelor de dimensiuni mici și medii. Acest proces oferă mijloacele de a produce piese complexe de înaltă precizie într-o perioadă foarte scurtă de timp și este excelent pentru aplicații auto de volum mare.

Se obțin proprietăți mecanice excelente ale aliajelor de zinc, cum ar fi durabilitatea, rezistența la coroziune și stabilitatea dimensională. Acestea sunt lucrurile care fac din zinc cea mai bună alegere pentru mânere de uși, suporturi, încuietori, embleme etc., ca piesă auto. Acesta oferă, de asemenea, o placare sau vopsire ușoară, deoarece are un finisaj de suprafață neted.

Deși zincul este mai greu decât aluminiul sau magneziul, acesta poate fi competitiv pentru aplicații în care greutatea nu este cea mai mare prioritate în ceea ce privește rezistența și detaliile. Datorită punctului său de topire scăzut, necesită o utilizare mai redusă a energiei și are o durată lungă de viață a sculei. De asemenea, zincul este 100% reciclabil, ceea ce contribuie la accelerarea promovării sustenabilității în industria auto.

Turnarea sub presiune a zincului continuă să ofere soluții fiabile și de înaltă calitate pentru aplicațiile exigente din industria auto, pe măsură ce modelele vehiculelor evoluează.

Proprietățile fizice și chimice ale zincului 

Proprietățile fizice ale zincului

1. Aspect:

Metalul termoelectric argintiu albăstrui sau cenușiu are un luciu metalic strălucitor atunci când este proaspăt șlefuit.

2. Densitatea:

Deoarece la temperatura camerei Zincul are o densitate de aproximativ 7,14 g/cm³, acesta este moderat de greu în comparație cu alte metale.

3. Punct de topire:

Cu toate acestea, la o temperatură relativ scăzută de 419,5°C (787°F), zincul este potrivit pentru procesele termice, cum ar fi turnarea sub presiune, unde se dorește un consum redus de energie.

4. Punctul de fierbere:

Zincul fierbe la 907°C (1665°F).

5. Duritate:

Zincul are o duritate de aproximativ 2,5 pe scara Mohs, ceea ce îl face să nu fie prea dur în comparație cu oțelul, dar nici prea moale, așa cum sunt staniolul sau plumbul pur.

7. Conductivitate electrică:

Cu toate acestea, în timp ce cuprul și argintul sunt foarte buni conductori de electricitate, zincul nu este la fel de conducător. Din cauza acestei proprietăți, este adesea utilizat în baterii și în galvanizare.

8. Conductivitate termică:

Conductivitatea termică moderată a zincului îl face util în gestionarea căldurii, dar este mai puțin eficient decât aluminiul.

9. Maleabilitate și ductilitate:

Zincul este fragil și, prin urmare, se poate rupe ușor la temperatura camerei. Cu toate acestea, este maleabil atunci când este încălzit la aproximativ 100-150°C (212-302°F), putând fi ușor modelat.

10. Structura cristalină:

În plus, compușii binari de zinc cristalizează într-o structură hexagonală compactă (hcp) care afectează proprietățile mecanice, în special fragilitatea la temperaturi scăzute.

Proprietățile chimice ale zincului

1. Reactivitate cu aerul:

După ce intră în contact cu aerul, zincul formează un strat subțire de oxid de zinc (ZnO) pe suprafață. Zincul de pe partea superioară previne o coroziune mai profundă și, prin urmare, este foarte rezistent la oxidarea atmosferică a ruginei.

2. Reactivitatea cu acizii:

Acizii diluați, cum ar fi acidul clorhidric diluat (HCl), pot reacționa ușor cu zincul pentru a elibera hidrogen gazos (H₂). Prin urmare, această proprietate face ca zincul să fie util în galvanizare și în anozii sacrificiali pentru protecția împotriva coroziunii.

3. Natura amfoterică:

Zincul este amfoteric și poate fi atacat atât de acizi, cât și de baze puternice. De exemplu, reacționează cu hidroxidul de sodiu (NaOH) pentru a da zincat de sodiu.

4. Formarea aliajului:

Zincul se aliază ușor cu mai multe metale, inclusiv cuprul, pentru a produce alamă, aluminiu, magneziu și multe alte metale.

5. Stările de oxidare:

Starea de oxidare +2 (Zn²⁺) a zincului este cea mai frecventă. Această stare de oxidare este combinată cu compuși ai zincului, cum ar fi oxidul de zinc (ZnO) și sulfatul de zinc (ZnSO₄).

6. Rezistența la apă:

Apa pură nu reacționează cu zincul la temperatura camerei, dar la temperaturi mai ridicate, zincul poate reacționa cu aceasta, formând încet hidrogen gazos și oxid de zinc.

7. Activitatea galvanică:

Materialul anodic, zincul, este foarte eficient deoarece pierde ușor electroni în celulele galvanice (baterii).

Zinc vs. alte materiale în aplicații auto

Spre deosebire de aluminiu, magneziu, plastic sau oțel, zincul turnat sub presiune are mai multe avantaje. Zincul strălucește pentru performanțele și costurile sale cheie în proiectarea auto și, deși fiecare material își poate avea locul său în proiectarea auto, zincul este deosebit de eficient în acești parametri.

Zinc vs aluminiu:

Într-o formă care este adesea selectată pentru greutatea sa redusă, aluminiul este prea slab și prea moale la grosimi mici în comparație cu zincul. În plus, zincul oferă o mai bună stabilitate dimensională, iar geometriile complexe suplimentare nu necesită o prelucrare extinsă. De asemenea, sculele pentru acest tip de turnare tind să dureze mai mult, ceea ce înseamnă că costurile de producție pe termen lung sunt mai mici.

Zinc vs Magneziu:

Zincul este mai ușor decât magneziul, dar este mai scump atunci când este cumpărat fără acoperire specială. Cu toate acestea, aliajele de zinc oferă o rezistență excelentă la coroziune și nu necesită niciun tratament de suprafață suplimentar pentru a le face rezistente în majoritatea mediilor. De asemenea, turnarea zincului oferă o precizie și un finisaj mai bune.

Zinc vs plastic:

Cu toate acestea, plasticul este ușor, ieftin, dar comparativ mai slab, nu rezistă foarte bine la temperaturi și este mai puțin durabil decât metalul. Componentele din zinc care rezistă la uzură, impact sau sarcină sunt o alternativă solidă atunci când integritatea structurală, durata de viață și rezistența la deteriorări cauzate de impact sau uzură sunt importante, în special atunci când sunt implicate mișcări sau sarcini.

Zinc vs oțel:

Oțelul este un material bun, rezistent și utilizat în mod obișnuit în aplicații structurale, dar este mult mai greu și, în multe cazuri, mai costisitor pentru a fi modelat în forme ciudate. Turnarea sub presiune a zincului, deoarece produce piese de formă aproape netă cu o prelucrare ulterioară minimă, este potrivită în cazurile în care trebuie produse componente de dimensiuni mici și medii.

În general, zincul oferă un echilibru bun între rezistența mecanică, cost, formabilitate și finisarea suprafeței și, prin urmare, este un material excelent pentru piesele auto, indiferent de funcția acestora.

Tabel recapitulativ al principalelor proprietăți ale zincului

Aplicații ale turnării sub presiune a zincului în producția de automobile

O gamă largă de componente pentru vehicule pot fi prelucrate prin turnare sub presiune de zinc. Unele dintre acestea sunt cele mai comune, cum ar fi:-

1. Componente interioare:

• Mânere pentru uși
• Feronerie pentru centura de siguranță
• Pârghii de control ale tabloului de bord
• Comutatoare și butoane HVAC

Componentele din acestea sunt de înaltă precizie, senzația tactilă trebuie să fie bună, iar potrivirea trebuie să fie un finisaj excelent. Capacitatea zincului de a oferi detalii fine de suprafață și precizie dimensională este potrivită pentru aceste piese care sunt vizibile și utilizate frecvent.

2. Componente exterioare:

• Embleme și logo-uri
• Blocarea ușilor și a portbagajului
• Suporturi pentru oglindă
• Componente ale sistemului ștergătorului

Cu toate acestea, deoarece zgomotul indică adesea cauza zgomotului, iar localizarea cauzei sale nu este la fel de importantă ca zgomotul în sine, rezistența la coroziune și rezistența sunt utilizate pentru utilizare după expunerea la mediu și oferă aspect și funcție.

3. Componente sub capotă:

• Piese pentru carburator
• Piese pentru sistemul de alimentare cu combustibil
• Corpuri de supape
• Capace pentru cureaua de distribuție

Atât stabilitatea termică, cât și rezistența și rezistența la uzură sunt esențiale pentru aceste piese. Geometrii complexe, toleranțe de înaltă precizie și aplicații pentru sisteme de motoare fluide sunt realizate prin turnarea zincului sub presiune.

4. Părți structurale:

• Suporturi
• Plăci de montaj
• Suporturi pentru șasiu (în cazul vehiculelor mai mici)

Deși nu sunt utilizate pentru structuri portante primare, componentele din zinc au rigiditate și proprietăți mecanice fiabile care le fac utile în susținerea cadrelor și ansamblurilor.

Flexibilitatea zincului îndeplinește cerințele menționate din punct de vedere decorativ și funcțional în toate clasele de vehicule. Datorită capacității sale de a reduce post-procesarea, ecranarea EMI și consolidarea componentelor, turnarea sub presiune a zincului se extinde la tot mai multe platforme electrice și convenționale.

Avantajele turnării sub presiune față de alte materiale de turnare sub presiune

Deși aluminiul și magneziul au fost, de asemenea, utilizate în sectorul auto, zincul are un avantaj:

Este ușor de observat că pentru componentele de dimensiuni mici și medii în care precizia și rezistența sunt de mare importanță, turnarea zincului sub presiune este o opțiune foarte bună.

Provocări în turnarea sub presiune a zincului

Turnarea sub presiune a zincului are unele dezavantaje:

Greutate:

Zincul este prea greu pentru a fi utilizat în șasiurile vehiculelor electrice și în alte aplicații în care reducerea greutății este esențială, deoarece este mai greu decât aluminiul sau magneziul.

Proprietăți termice: 

Conductivitatea termică a zincului este mai mică decât cea a aluminiului, deci nu este potrivită pentru piesele de disipare a căldurii, cum ar fi radiatoarele de motor.

Limitări de dimensiune:

De exemplu, sculele nu pot fi utilizate pentru turnarea componentelor foarte mari și pot apărea defecte de solidificare.

Da, cu ajutorul ingineriei inteligente și al proiectării materialelor hibride, majoritatea acestor provocări pot fi abordate.

Factori de mediu și sustenabilitate

Turnarea sub presiune a zincului iese în evidență deoarece industria auto globală se orientează către practici mai ecologice.

100% Reciclabilitate:

Resturile de turnare a zincului sunt colectate și reprelucrate fără nicio degradare.

Eficiență energetică:

Deoarece aluminiul are o temperatură de topire mult mai ridicată, consumul de energie este semnificativ mai mic decât în cazul aluminiului.

Durată lungă de viață a sculei: 

Aceasta prelungește durata de viață a matriței, reducând frecvența de înlocuire a sculei, ceea ce înseamnă mai puține deșeuri și timp fără producție.

Ca urmare, companiile care lucrează pentru a respecta reglementările de mediu mai riguroase sunt atrase de zinc, deoarece este o opțiune excelentă care nu va compromite calitatea sau performanța.

Inovații și tendințe viitoare

Tehnologie Thin-Wall:

Matrițele care au fost avansate și aliajele de zinc mai fluide au permis acum realizarea de piese cu pereți extrem de subțiri, reducând greutatea fără a pierde din rezistență.

Ansambluri hibride: 

De asemenea, piesele din zinc sunt utilizate din ce în ce mai mult în combinație cu materiale plastice sau alte metale pentru piese multifuncționale.

Vehicule electrice (VE): 

Vehiculele electrice au nevoie de componente compacte și robuste pentru carcasele bateriilor, sistemele de control și conectori, iar zincul se arată promițător datorită preciziei sale și ca metal de ecranare EMI (interferențe electromagnetice).

Unelte inteligente: 

În producția de masă, utilizarea AI și a învățării automate pentru întreținerea matrițelor contribuie, de asemenea, la reducerea duratei de viață a matrițelor și a defectelor.

Concluzie

Zinc turnat sub presiune este mai mult decât o metodă de fabricație; este o strategie câștigătoare pentru a obține un avantaj competitiv în domeniul auto. Aceasta prezintă o combinație optimă în ceea ce privește rezistența mecanică, flexibilitatea designului, eficiența costurilor și durabilitatea. Având în vedere că vehiculele devin din ce în ce mai ușoare, mai ecologice și mai sofisticate, turnarea sub presiune a zincului are un rol important de a duce mai departe următoarea generație de componente auto. Zincul are o utilizare uriașă în producția de automobile, de la mici butoane interioare la structuri puternice sub capotă. Odată ce inovațiile vor continua să îi rafineze aplicațiile, anii următori vor aduce o adoptare și mai largă pe platformele vehiculelor convenționale, hibride și electrice.