Sectorul utilajelor de turnare sub presiune înregistrează o creștere neașteptată, de la 3 633,6 milioane de dolari în 2018 la 4 978,7 milioane de dolari până în 2026. Printre mai multe metode de fabricație, turnarea sub presiune este un proces de mare viteză care creează piese complexe de calitate standard în cantități mari.
Materialele comune de turnare utilizate pentru metodele de turnare sub presiune sunt, de obicei, aliajele de zinc și aluminiu. Fiecare material metalic are proprietăți distincte care influențează rezultatul general.
Zincul și aluminiul sunt utilizate pe scară largă în aplicații electrice, auto, aerospațiale, industriale, farmaceutice și robotice datorită rezistenței, greutății, rezistenței la coroziune și punctelor lor de topire.
Selectarea opțiunii de material adecvate între acestea poate fi un pas descurajant pentru întreprinderile nou-înființate care nu sunt conștiente de caracteristicile lor unice. Prin urmare, vom discuta specificul zincului vs. aluminiu în acest articol, astfel încât să puteți obține detalii complete, inclusiv aplicații și variații în oricare dintre procese.
Proprietăți materiale
Zinc turnat sub presiune poate fi comparat cu turnarea sub presiune a aluminiului, deoarece este produs prin etape de fabricație similare. Cu toate acestea, proprietățile și caracteristicile lor structurale sunt distincte una de cealaltă, deoarece oricare dintre metale constituie baza acestor diferențe.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Punct de topire
- Densitate și greutate
Punct de topire
În comparație cu proprietățile lor generale, aliaje de aluminiu au un punct de topire mai ridicat, de 566-650 °C (950-1200 °F), în timp ce punctul de topire al zincului este de aproximativ 420 °C (788 °F). Prin urmare, fiecare material se dovedește eficient pentru fabricațiile utilizate în condiții de temperatură ridicată.
Densitate și greutate
Aliajele de zinc au o densitate mai mare și o greutate mai mare decât aluminiul, care este de aproximativ 7,140 g/cm3, în timp ce aluminiul mai puțin dens este de aproximativ 2,7 g/cm³. Acest lucru sugerează că greutatea este un considerent important în selectarea materialelor potrivite pentru aplicațiile vizate.
Impactul asupra rezistenței, ductilității și stabilității dimensionale
Ductilitatea și rezistența sunt proprietăți vitale ale materialelor, influențate de densitatea și punctul de topire al acestora. Aliajele de aluminiu sunt mai ușoare și au un punct de topire scăzut, ceea ce le face o combinație de materiale rezistente și ductile. Prin procesul de turnare sub presiune, acestea pot fi ușor modelate fără a se rupe, ceea ce le face potrivite pentru aplicații în aeronave și piese auto, unde contează atât rezistența, cât și durabilitatea.
Aliajele de zinc sunt grele și mai puțin ductile, ceea ce poate cauza fisuri sub presiune în timpul fabricației. Acest tip de material este perfect pentru producerea de piese de formă complexă, dar ar putea fi mai bun pentru aplicațiile care necesită flexibilitate ridicată.
Rezistența la coroziune
Materialul din aluminiu formează un strat subțire de oxid pentru a elimina coroziunea ulterioară și pentru a-l face rezistent la rugină. Această caracteristică este utilă, în special în aplicațiile marine și de exterior care sunt frecvent în contact cu umiditatea.
Cu toate acestea, aliajul de zinc este, de asemenea, îmbogățit cu o rezistență excelentă la coroziune. Acesta este adesea utilizat ca strat de acoperire pentru a proteja oțelul de rugină și formează un strat protector atunci când este expus la atmosferă. Aceste tipuri de materiale sunt utile pe scară largă în construcții și aplicații auto.
Conductivitate termică
Aliajele de aluminiu sunt cunoscute pentru conductivitatea lor excelentă, care este de aproximativ 237 W/mK, în special în scopuri electrice și pentru aplicații de radiatoare și radiatoare de căldură. Conductivitatea termică pentru aliajele de zinc este aproximativ egală cu 116 W/mK. În ciuda conductivității sale mai scăzute, este ideal pentru unele aplicații de mânere și butoane de uși, cochilii izolate și alte piese cu disipare controlată a căldurii.
Procesul de turnare a zincului și aluminiului
Hot chamber casting and cold chamber casting are the two common processes used in die-casting techniques for zinc and aluminum alloys. However, aluminum can be cast via hot chamber casting or cold chamber casting. Let’s discover these procedures in detail to understand their characteristics and benefits.
Turnare sub presiune cu cameră fierbinte pentru zinc
Turnarea în cameră fierbinte este o abordare specială utilizată pe scară largă pentru turnarea zincului. În timpul acestei etape, se utilizează mașina de turnare sub presiune cu o cameră atașată în care se topește un aliaj. Un piston este apoi utilizat pentru a forța zincul topit într-o matriță, care se poate răci și solidifica.
Avantajele turnării sub presiune a zincului în cameră fierbinte
Unul dintre beneficiile inițiale ale turnării sub presiune a zincului în cameră fierbinte este durata mai rapidă a ciclului. În această metodă, metalul este menținut topit în interiorul mașinii, eliminând echipamentul extern de topire. Această accelerare a procesului reduce costurile de producție și crește producția. În plus, aliajul de zinc necesită temperaturi și presiuni de operare mai scăzute, care fac procesul de turnare mai puțin costisitor și mai economic.
Turnare sub presiune în cameră rece pentru aluminiu
Procesul de turnare sub presiune cu cameră rece este ideal pentru metalele cu puncte de topire mai ridicate care necesită rezistență maximă, cum ar fi aluminiul. Acest proces implică introducerea de către mașină a metalului topit într-un manșon de injecție. Acesta este forțat în matriță la presiuni care pot depăși 10 000 PSI cu ajutorul unui piston acționat hidraulic.
Avantajele turnării sub presiune cu cameră rece
Cold chamber casting offers better control over metal properties that are sensitive to temperature variations. This method helps produce high-quality castings by precisely controlling the cooling and solidification processes. Moreover, this casting process can handle metals’ higher melting points and corrosive nature without damaging machine parts.
Compararea duratei ciclului
Durata ciclului sau viteza la care pot fi produse piesele turnate variază între turnarea în cameră caldă și cea în cameră rece. Turnarea în cameră caldă se referă de obicei la o durată mai scurtă a ciclului în comparație cu turnarea în cameră rece. Datorită stării topite a zincului și a punctului său de topire mai scăzut, acesta este gata să fie injectat în matriță. De exemplu, turnarea în cameră caldă poate crea 15 injecții pe minut. Deoarece turnarea în cameră rece necesită etape suplimentare pentru topirea și transportul metalului, aceasta poate produce 5-7 injecții pe minut.
Diferența în timpul ciclului are un impact direct asupra costurilor de producție. Ciclurile mai rapide de turnare în cameră fierbinte reduc costurile cu forța de muncă și energia, ceea ce o face o alegere mai rentabilă pentru producerea de cantități mari de piese din zinc de dimensiuni mici și medii.
Pentru turnarea în cameră rece, durata mai mică a ciclului este compensată de capacitatea sa de a produce piese complexe din aluminiu de înaltă calitate, cu proprietăți mecanice mai bune.
Complexitatea turnării și secțiunile cu pereți subțiri
Atât tehnicile de turnare sub presiune cu cameră caldă, cât și cele cu cameră rece pot produce forme complexe și secțiuni de perete subțiri.
Cu toate acestea, datorită fluidității zincului topit și controlului precis al procesului de injecție, turnarea în cameră fierbinte este ideală pentru crearea de componente complexe din zinc cu pereți subțiri.
Pe de altă parte, turnarea în cameră rece, deși are un timp de ciclu mai scurt, excelează la producerea de piese complexe din aluminiu. Aceasta permite crearea de modele detaliate și complicate cu o stabilitate dimensională excelentă.
Considerații de proiectare Turnarea zincului și a aluminiului
Atunci când se creează piese pentru turnare sub presiune, trebuie luați în considerare diverși factori, cum ar fi proprietățile materialului și procesul de turnare. Aceste elemente influențează în mod semnificativ rezultatele finale și pot afecta aspecte legate de grosimea pereților, toleranța unghiului de întindere și finisarea suprafeței.
Proprietățile materialelor și procesele de turnare
The material properties of zinc and aluminum, along with their respective manufacturing processes, shape the design considerations. Zinc’s lower melting point and fluidity in hot chamber casting help create intricate designs with thin walls.
Aluminum die-casting prin procedeul camerei reci oferă rezistență superioară și rezistență la căldură, fiind ideal pentru piesele care necesită durabilitate și precizie.
Grosimea minimă a peretelui
Prin turnarea sub presiune a aliajului de zinc se pot obține pereți extrem de subțiri, de până la 0,25 mm, datorită temperaturilor scăzute de funcționare și caracteristicilor excelente de fluiditate. Aluminiul poate produce, de asemenea, pereți subțiri, necesitând de obicei o grosime minimă a peretelui de aproximativ 1,5 mm. Acest lucru asigură integritatea structurală în timpul procesului de turnare.
Unghiuri de proiectare
Unghiurile de tragere ajută la scoaterea cu ușurință a pieselor turnate din matriță. Un unghi de tragere de 0,75-1 grad este adesea suficient pentru zinc datorită proprietăților sale de contracție. Între timp, piesele din aluminiu necesită unghiuri de tragere puțin mai mari, de 1-2 grade, pentru a compensa contracția de solidificare mai mare.
Toleranță realizabilă
Turnarea sub presiune a zincului poate produce piese cu toleranțe de ±0,02 mm prin procesul său de turnare în cameră fierbinte. În cazul turnării sub presiune a aluminiului, toleranțele realizabile pot fi de ±0,05 mm, ceea ce o face perfectă pentru aplicații de înaltă precizie.
Finisaje de suprafață
Calitatea finisajului suprafeței este un factor crucial în ceea ce privește considerentele de proiectare. Zincul turnat sub presiune prezintă, în general, finisaje mai netede prin minimizarea defectelor de suprafață datorită temperaturii de topire mai scăzute și a metodei camerei fierbinți. Turnarea sub presiune a aluminiului poate obține finisaje de suprafață excelente, care pot fi ușor mai aspre decât cele ale zincului. Acest lucru poate fi potrivit pentru aplicațiile industriale și poate fi îmbunătățit în continuare prin procesul post-fundare de lustruire și anodizare.
Aplicații ale zincului și aluminiului în turnarea sub presiune
Various materials’ properties and casting processes influence material choices for specific applications. That includes elements such as cost-effectiveness, weight sensitivity, strength requirements, corrosion resistance, and aesthetics.
Eficiența costurilor și puterea zincului
Rentabilitatea aliajului de zinc și fluiditatea sa excelentă îl fac ideal pentru crearea de componente hardware, cum ar fi încuietori, balamale și suporturi. Aceste piese pot fi produse cu modele complicate și detalii fine prin utilizarea zincului pentru costurile sale mai mici de materiale și de producție.
Cerințe de greutate redusă și rezistență ale aluminiului
Aluminum’s light weight is advantageous for automobile and aerospace applications. Utilizing this material lightens up applications and enhances fuel efficiency and performance. For instance, engine parts, frames, and structural components benefit from an aluminum strength-to-weight ratio.
Forța zincului și rezistența la coroziune
Aliajul de zinc este alegerea perfectă pentru producerea componentelor sanitare, cum ar fi supapele și conectorii. Acesta are o rezistență superioară și rezistență la coroziune. Aplicațiile au nevoie ca aceste componente să reziste mediilor dificile și umidității, asigurând fiabilitate și durabilitate pe termen lung.
Finisajul de suprafață al aluminiului
Turnarea sub presiune a aluminiului este adesea aleasă pentru a oferi estetica și finisarea suprafeței primordiale în aplicații, care pot include, de asemenea, acoperiri și procese de anodizare. Aceste aplicații includ electronice de consum, aparate de bucătărie și elemente arhitecturale de înaltă calitate.
Alegerea între zincul și aluminiul turnat sub presiune
Considerații cheie
Atunci când alegeți materialul preferat între zinc și aluminiu, trebuie luați în considerare mai mulți factori cheie. Acești factori pot implica:
- Volumul producției
- Complexitatea părții
- Constrângeri legate de costuri
- Cerințe funcționale
- Impactul asupra mediului
Volumul producției
Volumul de producție afectează în mod direct eficiența costurilor. Zincul turnat sub presiune este o alegere perfectă pentru producția de volume mari. Are un timp de ciclu mai rapid și este mai rentabilă pentru cantități mari. Punctul său de topire mai scăzut și solidificarea mai rapidă minimizează consumul de energie și uzura mașinii.
În schimb, aluminiu turnat sub presiune este scump, oferind performanțe mai bune pentru volume mai mici. Proprietățile superioare ale acestui material îl fac o alegere mai bună pentru aplicații specializate, cu volume reduse.
Complexitatea părții
Aliajele de zinc pot produce excelent desene complicate și secțiuni cu pereți subțiri cu o precizie ridicată pentru a îndeplini cerințele componentelor detaliate. Aluminiu sau aluminiu, datorită punctului său de topire și vâscozității mai ridicate, poate gestiona piese complexe, necesitând un control atent al procesului de turnare. Cu toate acestea, acest lucru poate limita capacitatea sa de a genera piese extrem de complicate în comparație cu aliajul de zinc.
Constrângeri privind costurile
Capacitățile punctului de topire mai scăzut al zincului și timpul de ciclu rapid duc de obicei la costuri de producție mai mici. Acest lucru îl face o alegere economică pentru proiectele sensibile la buget. Turnarea sub presiune a aluminiului consumă multă energie și oferă un timp de ciclu mai lung, ceea ce determină cheltuieli suplimentare. Este mai scump decât zincul, oferind în același timp beneficii în ceea ce privește rezistența și greutatea, ceea ce justifică costul său în aplicațiile în care acești factori sunt necesari. mai mult, indiferent de turnarea sub presiune a zincului sau a aluminiului, toate de turnare în cameră caldă sau cameră rece care are nevoie de inițială matriță de turnare sub presiune cost.
Cerințe funcționale
Alegeți zincul pentru producția de aplicații care necesită proprietăți mecanice robuste și rezistență ridicată la coroziune, cum ar fi instalațiile sanitare și componentele hardware. În același timp, aluminiul este un material ușor, cu caracteristici de rezistență remarcabile, care îl fac esențial pentru aplicațiile auto și aerospațiale.
Impactul asupra mediului
Impactul asupra mediului a devenit un factor tot mai important pe măsură ce trece timpul. Cu toate acestea, atât zincul, cât și aluminiul sunt materiale foarte reciclate și contribuie la minimizarea amprentei ecologice. În plus, reciclarea aluminiului consumă mai multă energie decât reciclarea zincului, ceea ce ar putea fi un aspect de luat în considerare pentru proiectele ecologice.
Luarea deciziei
Understanding a die-casting process, including suitable metal options, is vital. Another essential practice to ensure high-quality fabrication is using a decision matrix and prototyping. This helps ensure the selected material meets the project’s specific requirements and priorities.
Decizia Metrix
O matrice de decizie poate fi utilizată pentru a determina în mod sistematic materialul potrivit prin cântărirea mai multor factori pe baza priorităților proiectului. Această matrice ajută la evaluarea compromisurilor și la luarea unei decizii în cunoștință de cauză.
Exemplu de matrice de decizie
|
Criterii |
Greutate |
Punctaj zinc |
Aluminiu Scor |
Scor total de zinc |
Punctaj total pentru aluminiu |
|
Costuri |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Greutate |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Putere |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Complexitatea părții |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Impactul asupra mediului |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
Total |
1.0 |
7.3 |
6.7 |
In this decision matrix example, cost, weight, strength, part complexity, and environmental impact are evaluated. Zinc’s higher score indicates its suitability for this hypothetical project.
Prototiparea
Prototiparea este esențială pentru verificarea proiectelor și a adecvării materialelor înainte de producția la scară largă. Aceasta permite testarea și validarea performanței materialului ales în condiții obișnuite. Acest proces permite identificarea problemelor potențiale și efectuarea ajustărilor necesare pentru a aduce produsul final la un standard superior.
Concluzie
Această comparație între turnarea sub presiune a aluminiului și turnarea sub presiune a zincului sugerează alegerea cu înțelepciune a opțiunilor de materiale preferate pe baza caracteristicilor acestora. Procesul de turnare pentru ambele materiale este potrivit pentru fabricații similare, dar zincul oferă rentabilitate și timpi de ciclu mai rapizi pentru a produce un volum mare de piese complicate. Cu toate acestea, aluminiul este preferat pentru rezistența sa ușoară și este ideal pentru aplicații auto și aerospațiale. Ambele materiale sunt foarte reciclabile, zincul fiind mai eficient energetic în reciclare.