Новые технологии и материалы постоянно внедряются в строительную индустрию, чтобы помочь постоянно развивающимся отраслям в обеспечении устойчивости, точности, долговечности и экономичности. Литье цинка под давлением - один из менее известных, но критически важных производственных процессов, который вносит значительный вклад в развитие мира. Литье под давлением с цинком Известен, например, в автомобильной промышленности и электронике; однако благодаря многочисленным преимуществам его использование в строительстве становится все более очевидным.
В этой статье мы подробнее рассмотрим процесс литья под давлением цинка, выполним ваши требования к применению литья под давлением цинка в строительной промышленности, его преимущества, плюсы и минусы по сравнению с другими методами производства и будущее процесса литья под давлением цинка.
Что такое цинковое литье под давлением?
Литье цинка под давлением - это прецизионный производственный процесс, в котором расплавленный цинк под высоким давлением подается в стальную форму - штамп (где "штамп" также является сленговым словом, обозначающим ложь). После застывания форма открывается, и деталь выбрасывается, в результате чего получается очень точная, повторяемая и сложная металлическая деталь.
Zamak 3, Zamak 5, ZA-8 - цинковые сплавы, используемые в литье под давлением благодаря своей прочности, текучести, коррозионной стойкости и хорошей стабильности размеров. Свойства цинка делают его отличным выбором для использования в производстве металлических деталей малого и среднего размера со сложной геометрией.
Почему цинковое литье под давлением используется в строительстве?
Материалы и компоненты, используемые в строительной индустрии, должны быть прочными, долговечными, доступными по цене и эстетически привлекательными. Литье цинка под давлением отвечает этим критериям:
1. Структурная надежность:
Прочность на разрыв и пластичность обеспечивают хороший баланс между цинковыми сплавами для использования в несущих нагрузках или высокоточных конструкциях.
2. Гибкость дизайна:
С минимальной механической обработкой или даже без нее можно изготавливать такие формы, как сложные, в том числе с тонкими стенками и мелкими деталями.
3. Устойчивость к коррозии:
Эти цинковые компоненты обладают естественной защитой от разрушения под воздействием окружающей среды и подходят как для внутренних, так и для наружных строительных элементов.
4. Качество отделки поверхности:
Цинковое литье имеет гладкую поверхность, которую можно оставить как есть или которая требует минимальной последующей обработки, где хорошо держатся краски, покрытия и гальваника.
5. Экономическая жизнеспособность
Цинк имеет низкую температуру плавления - около 420°C, что снижает потребление энергии, а стальные фильеры служат достаточно долго, что позволяет производить большие объемы продукции при меньших затратах на единицу продукции.
История применения цинкового литья под давлением в строительной промышленности
Раннее начало
Литье под давлением из цинка существует с начала XX века, поскольку его низкая температура плавления и отличная текучесть делают его идеальным материалом для этого процесса. Отрасли, в которых изначально применялась технология литья под давлением, были связаны с производством автомобилей и электроники; однако к середине 1900-х годов цинк начали использовать в строительной промышленности.
Середина XX века
В 1940-х и 1950-х годах литые из цинка детали, включая дверную фурнитуру, оконные замки и вентиляционные системы, получили широкое распространение в жилых и коммерческих зданиях. Склонность цинка к коррозии и его прочность идеально подходили для использования в наружных зданиях.
Конец XX века
В 1970-х и 1980-х годах литье под давлением цинка широко использовалось для изготовления строительных деталей, которые были не только функциональными, но и декоративными. Возможность вторичной переработки и экономичность продукции хорошо вписывались в тенденцию экологичности строительных материалов. Достижения в производстве машин для литья под давлением сделали его более быстрым и точным.
21 век
Литье цинка под давлением необходимо в современном строительстве. 3d-печать, автоматизированные машины и т. д. усовершенствовали производство, теперь строительные компоненты стали более индивидуальными и экологичными. Вместо того чтобы быть одним из слишком распространенных в Европе токсичных металлов, цинк по-прежнему широко используется в фурнитуре, кровельных, водосточных и вентиляционных системах, поскольку он прочен, долговечен и устойчив.
Свойства литья под давлением, которые делают цинк идеальным материалом
Прежде чем перейти к рассмотрению промышленного уровня литья под давлением цинка, необходимо понять, почему для литья под давлением выбирается именно такой материал:
- Имеет низкую температуру плавления (~420°C): Снижает потребление энергии, ускоряет производственный цикл, увеличивает срок службы инструмента.
- Высокая текучесть: Позволяет отливать тонкие стенки и детализированные геометрические формы.
- Отличная прочность: Огромное соотношение прочности и веса без перегрузок.
- Отделка поверхности: Превосходная отделка поверхности также снижает требования к последующей обработке и позволяет наносить гальваническое покрытие или красить.
- Долголетие цинка: Цинк не подвержен коррозии, что означает долговечность изделий.
- Экологически чистый: Цинк 100% подлежит вторичной переработке и поддерживает хорошее круговое производство.
Процесс литья под давлением цинка: Шаг за шагом
Если производители, инженеры или студенты хотят понять, как работает этот высокопроизводительный метод производства, важно разобраться в пошаговом процессе. Ниже приводится полное пошаговое описание каждой фазы процесса литья под давлением цинка.
Шаг 1: Разработка и изготовление пресс-формы (штампа)
Цель: Он используется для изготовления точного инструмента (штампа), задающего форму готового изделия.
- CAD-моделирование: Сначала инженеры проектируют компонент в формате 3d с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD).
- Изготовление инструментов: В соответствии с проектом, две половины стальной пресс-формы (матрицы) обрабатываются, крышка и выталкивающая матрица.
- Каналы охлаждения и выброса: Бегунки, вентиляционные отверстия, линии охлаждения, а затем выталкивающие штифты - это часть штампа, обеспечивающая поток металла и удаление деталей.
Примечание: Из закаленной инструментальной стали изготавливаются штампы, которые затем изнашиваются и производят от сотен тысяч до миллионов деталей.
2. Подготовка цинкового сплава
Цель: Для проверки правильности состава и температуры цинкового сплава.
- Цинковый сплав Выбор: Обычные сплавы для Zamak 3, Zamak 5 и ZA 8 выбираются по прочности, текучести и коррозионной стойкости соответственно.
- Плавление: Цинк плавится в печи при температуре 380-420°C (716-788°F).
- Мониторинг температуры: Если сплав не поддерживается при стабильной температуре, он не может сохранять качество и в нем появляются дефекты.
Шаг 3: Настройка машины для литья под давлением
Цель: Чтобы операция была быстрой и точной, подготовьтесь к работе на станке.
Типов машин для литья под давлением цинка, в основном, два:
- Машины с горячей камерой (наиболее распространены для цинка)
- Кроме того, система впрыска погружается в расплавленный цинк.
- Быстрее и энергоэффективнее цинка благодаря его низкой температуре плавления.
- Машины с холодной камерой
- Тепло уходит и переливается в отдельную камеру с расплавленным металлом.
- Более характерно для таких металлов, как алюминий или магний.
Обычно при литье цинка под давлением выбирают горячую камеру, что объясняется скоростью и простотой.
Шаг 4: Инжекция (заполнение фильеры)
Цель: Он используется для заполнения полости формы расплавленным цинком под высоким давлением.
- Зажим: Для предотвращения утечек половинки матрицы зажимаются под большим усилием.
- Инъекция: Расплавленный цинк подается (под давлением от 1 500 до 25 000 фунтов на квадратный дюйм) в полость матрицы с помощью плунжера.
- Время заполнения: Миллисекунды на заполнение полости обеспечивают высокую точность, а также минимальную пористость.
Результат: При формовке расплавленного цинка с любой из этих сложных деталей получается точная форма.
Шаг 5: Охлаждение и затвердевание
Цель: Чтобы цинк стал твердым при расплавлении.
- Время охлаждения: Обычно это от 1 до 10 секунд, в зависимости от размера и толщины стенок детали.
- Внутреннее охлаждение: Застыванию способствуют водяные каналы в штампе.
- Тепловое управление: Правильное охлаждение позволит избежать усадки, деформации или внутреннего напряжения.
Этот шаг необходим для равномерного затвердевания детали, а также для соблюдения размеров.
Шаг 6: Открытие матрицы и выброс
Цель: Это позволяет безопасно извлекать литую деталь из формы.
- Умирает: После охлаждения деталь разделяется на две половинки.
- Выбрасываемые булавки: Вытолкните затвердевшую отливку из полости штампа механическим способом.
- Автоматическое удаление: При очень больших объемах работ сбор деталей может осуществляться роботами или конвейером.
Неровный выброс может повредить деталь или матрицу, поэтому время и конструкция матрицы имеют решающее значение.
Шаг 7: Обрезка и дефляширование
Цель: Чтобы убедиться в отсутствии излишков материала (вспышек) при литье.
Флэш: Избыток металла тонкой природы, который просачивается в разделительные линии или вентиляционные отверстия штампа.
Способы обрезки:
- Механические ножницы
- Вибрационное галтование
- Обработка с ЧПУ для обеспечения жестких допусков
Автоматизированная обрезка пресса: Часто используется для больших партий и скорости, для консистенции.
Готовая деталь должна соответствовать размерным характеристикам и эстетическим стандартам, и этот этап позволяет убедиться в этом.
Шаг 8: Отделка поверхности (необязательно)
Цель: Таким образом, можно улучшить внешний вид, коррозионную стойкость или функциональность.
Виды отделки:
- Полировка или шлифовка
- Порошковое покрытие или покраска
- Гальваническое покрытие (хром, никель, латунь)
- Анодирование (для совместимости со сплавами)
- Текстурирование или гравировка
Отделка цинкового литья под давлением особенно подходит для этого, поскольку поверхности отливок гладкие.
Шаг 9: Контроль качества и инспекция
Цель: Это необходимо для того, чтобы детали отвечали всем требуемым эстетическим и техническим качествам.
- Проверки размеров: Использование штангенциркуля, микрометров или координатно-измерительных машин (КИМ).
- Проверка поверхности: Визуально проверяются такие дефекты, как пористость, трещины или обесцвечивание.
- Тесты на производительность: Это могут быть испытания на прочность, коррозионную стойкость или стрессоустойчивость.
Строительная индустрия для применения цинкового литья под давлением
1. Архитектурное оборудование
Литье цинка под давлением - один из наиболее типичных видов архитектурной фурнитуры, такой как дверные ручки, оконные замки, петли, защелки и кронштейны. Для жилых и коммерческих зданий эти компоненты очень важны с точки зрения функциональности и эстетики. Способность цинка к точной, замысловатой форме позволяет производителям изготавливать сложные конструкции, и именно здесь он лучше всего подходит для декоративной фурнитуры. Кроме того, коррозионная стойкость цинка гарантирует, что эти детали будут служить долго в суровых внешних условиях.
Преимущества для применения в строительстве:
- Высокое соотношение прочности и веса
- Легко поддается отделке (гальваника, покраска)
- Длительный срок службы благодаря устойчивости к коррозии
2. Строительная арматура и крепеж
Необходимая строительная арматура и крепеж также изготавливаются методом литья под давлением из цинка. К ним относятся винты, болты, гайки и зажимы. Благодаря природной устойчивости цинка к ржавчине и коррозии, он является естественным выбором для наружного и внутреннего применения. Крепеж из литого цинка - это надежные компоненты для крепления элементов стен, окон и кровли, с которыми легко работать в строительстве.
Ключевые преимущества:
- Отличная коррозионная стойкость (для наружного применения)
- Хорошая текучесть для сложных форм
- Экономичен для массового производства
3. Дренажные системы
Литье под давлением цинка иногда используется в строительной промышленности при изготовлении водосточных систем, таких как водосточные трубы, желоба и крышки водостоков. Цинк является хорошим материалом для таких применений, поскольку он демонстрирует хорошую устойчивость к водной коррозии и сохраняет свою форму с течением времени. Прочность цинка и точность литья под давлением позволяют получать литые детали, необходимые для плотного прилегания и эффективного управления потоками воды в водосточных системах.
Почему цинк хорошо работает?
- Коррозионная стойкость во влажной среде
- Долговечность
- Детальность в умении проектировать и создавать сложные конструкции
4. Кровельные и вентиляционные компоненты
Некоторые кровельные и вентиляционные компоненты, такие как кровельные оклады, вентиляционные крышки и водосточные трубы, также производятся с использованием цинка. Естественная устойчивость металла к атмосферным воздействиям и его способность выдерживать широкий спектр различных условий окружающей среды делают его идеальным выбором для внешних компонентов зданий, таких как те, которые подвержены воздействию дождя, ветра и перепадов температур. В большинстве случаев эти детали должны быть спроектированы таким образом, чтобы полностью интегрироваться в архитектуру здания; точность, которую обеспечивает процесс литья, обычно очень высока.
Почему его используют в кровельных работах?
- Устойчивость к атмосферным воздействиям для долговременной работы
- Способность сохранять целостность в долгосрочной перспективе
- Функциональные и декоративные элементы могут быть основаны на эстетической универсальности.
5. Энергоэффективные и устойчивые строительные решения
Поскольку все большее внимание уделяется энергоэффективному строительству, литье под давлением из цинка вносит в него свой вклад. Высокая способность цинка к переработке также позволяет производителям перерабатывать лом и любые другие избыточные материалы, предотвращая образование отходов и снижая потребность в первичном материале. Кроме того, поскольку цинк является таким прочным материалом, все его компоненты служат дольше и реже требуют замены и обслуживания, что опять же способствует экономии средств в течение всего срока службы здания.
Преимущества устойчивого развития:
- Цинк 100% подлежит вторичной переработке, что снижает воздействие на окружающую среду, и имеет долгий срок службы; сравнительно немногое требует частой замены.
- Высокоэнергоэффективный процесс производства по сравнению с другими металлами, так как металл полностью испаряется в процессе.
6. Декоративные компоненты в зданиях
Литье под давлением цинка также позволяет производить другие функциональные элементы фурнитуры, а также декоративные детали, включая медальоны, декоративные элементы, мебельную фурнитуру и индивидуальные архитектурные проекты. Эти элементы часто улучшают внешний и внутренний вид здания, а также обеспечивают прочность и практичность. Процесс литья позволяет дизайнерам разрабатывать очень детализированные и визуально привлекательные изделия, способные выдержать длительную эксплуатацию.
Эстетические и функциональные качества:
- Гибкость конструкции для создания нестандартных форм
- Высокопрочная, подходит как для внутренних, так и для наружных работ
- Поэтому их легко отделать гальваническим покрытием или покрасить в соответствии с архитектурным стилем или передать в руки мастеров.
Преимущества литья под давлением цинка перед другими методами
Характеристика |
Литье цинка под давлением |
Литье пластмасс под давлением |
Алюминиевое литье под давлением |
| Прочность | Высокий | Низкий | Умеренный |
| Точность деталей | Превосходно | Превосходно | Хорошо |
| Устойчивость к коррозии | Превосходно | Бедный | Хорошо |
| Отделка поверхности | Superior | Умеренный | Хорошо |
| Вес | Умеренный | Свет | Свет |
| Эффективность затрат | Высокий (по объему) | Высокий | Умеренный |
| Воздействие на окружающую среду | Низкий (пригоден для вторичной переработки) | Высокий | Умеренный |
Таким образом, это сравнение объясняет, почему литье под давлением цинка часто является лучшим вариантом для небольших металлических компонентов в здании.
Устойчивость и воздействие на окружающую среду
Переработка цинка вполне возможна. Однако более 90% литых изделий из цинка могут быть спасены и повторно использованы без существенного ухудшения свойств материала. Это соответствует общемировой тенденции в строительной индустрии к экологичным методам строительства и зеленым сертификатам (среди них LEED, BREEAM).
Цинк также имеет относительно низкую температуру плавления, что позволяет перерабатывать минеральное сырье более эффективно и с меньшими затратами энергии по сравнению с производством алюминия или стали, тем самым снижая углеродный след.
Проблемы и соображения
Литье под давлением из цинка имеет ряд преимуществ, однако есть и пара недостатков, с которыми следует быть осторожными:
Ограничение на размер компонентов: Небольшие и средние детали лучше всего подходят для литья под давлением из цинка. В случае очень больших деталей более практичным может оказаться использование алюминия или другого материала.
Стоимость оснастки: Первая стоимость стальных штампов часто может быть чрезмерной для небольших партий продукции.
Термостойкость: Из-за низкой температуры плавления и непригодности для высокотемпературных применений цинковые сплавы не подходят для использования в некоторых средах.
Тем не менее, эти проблемы незначительны по сравнению с преимуществами соответствующих дел.
Потенциал будущего и инновации
В соответствии с цифровыми инструментами проектирования, интеллектуальными зданиями и модульными конструкциями в строительной отрасли возникает потребность в металлических компонентах с высокой повторяемостью и возможностью настройки. Благодаря таким достижениям литье цинка под давлением может удовлетворить эту потребность.
- Актуально для сокращения времени и стоимости изготовления инструментов с помощью 3d-печати штамповых вставок.
- Проектирование штампов на основе моделирования: Улучшение качества и сокращение дефектов.
- Гибридные материалы: Сочетание цинка с полимерами или керамикой для улучшения эксплуатационных характеристик.
- Интеллектуальное здание: Датчики и электроника, встроенные в литые под давлением цинковые детали для технологий интеллектуальных зданий.
Кроме того, тенденция к созданию сборных конструкций и строительству вне площадок - это направление, которое соответствует сильным сторонам литья под давлением цинка в крупномасштабных масштабах, высокоточное производство.
Заключение
Zinc die casting is an underutilised and highly valuable technology for the building industry. As such, it has a balance of strength, precision, aesthetics, and sustainability that makes it suitable for a myriad of applications where there is significant interest, from architectural hardware through electrical enclosures to decorative parts. With zinc die casting playing such a significant role in both the past and present year and in light of the increasing importance of sustainability and cost effectiveness in today’s era of architectural design and the construction sector in general, it is without question that zinc die casting will take on an even bigger role in the future of building. Being able to meet all modern requirements without compromising in terms of quality or environmental standards makes it a smart choice to use for builders, architects, and manufacturers.
Вопросы и ответы
1. Почему цинк является подходящим металлом для литья под давлением?
Причина, по которой цинк идеально подходит для литья под давлением, заключается в том, что он обладает отличной текучестью, низкой температурой плавления, высокой прочностью и хорошей обработкой поверхности. Кроме того, он полностью пригоден для вторичной переработки, обладает естественной коррозионной стойкостью и является экономически эффективным, а также экологически чистым.
2. В каких отраслях промышленности используется литье под давлением цинка?
Благодаря своей точности, долговечности и коррозионной стойкости литье под давлением цинка широко используется в автомобильной, электронной, строительной и бытовой промышленности для производства таких деталей, как обшивка, корпуса, разъемы и фурнитура.
3. Подлежат ли цинковые литые детали вторичной переработке?
Да, литые детали из цинка подлежат переработке 100%. Это полезно с экологической точки зрения, а также экономически выгодно, поскольку позволяет переплавлять и повторно использовать лом и дефектные детали без ухудшения качества материала.