Сектор оборудования для литья под давлением неожиданно растет: с 3 633,6 миллиона долларов в 2018 году до 4 978,7 миллиона долларов к 2026 году. Среди нескольких производственных методов литье под давлением - это высокоскоростной процесс, позволяющий создавать сложные детали стандартного качества в больших количествах.
В качестве материалов для литья под давлением обычно используются цинковые и алюминиевые сплавы. Каждый металлический материал обладает отличительными свойствами, которые влияют на общий результат.
Цинк и алюминий широко используются в электротехнической, автомобильной, аэрокосмической, промышленной, фармацевтической промышленности и робототехнике благодаря своей прочности, весу, коррозионной стойкости и температурам плавления.
Выбор подходящего материала между ними может оказаться сложным шагом для начинающих предпринимателей, не знающих их уникальных характеристик. Поэтому в этой статье мы обсудим особенности цинка и алюминия, чтобы вы могли получить исчерпывающую информацию, включая области применения и вариации обоих процессов.
Свойства материала
Цинковое литье можно сравнить с литьем алюминия под давлением, поскольку они производятся на аналогичных этапах. Однако их свойства и конструктивные особенности отличаются друг от друга, поскольку в основе лежит тот или иной металл.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Температура плавления
- Плотность и вес
Температура плавления
По сравнению с их общими свойствами, алюминиевые сплавы имеют более высокую температуру плавления - 566-650 °C (950-1200 °F), в то время как температура плавления цинкового материала колеблется в районе 420 °C (788 °F). Таким образом, каждый материал эффективен для изготовления изделий, используемых в условиях высоких температур.
Плотность и вес
Цинковые сплавы имеют большую плотность и вес по сравнению с алюминием, который составляет около 7,140 г/см3, в то время как менее плотный алюминий - около 2,7 г/см³. Это говорит о том, что вес является важным фактором при выборе материалов, подходящих для ваших целей.
Влияние на прочность, пластичность и стабильность размеров
Пластичность и прочность - важнейшие свойства материалов, зависящие от их плотности и температуры плавления. Алюминиевые сплавы легче и имеют низкую температуру плавления, что делает их комбинацией прочных и вязких материалов. Благодаря процессу литья под давлением они легко поддаются формовке, не ломаясь, что делает их пригодными для применения в авиации и автомобильной промышленности, где важны прочность и долговечность.
Цинковые сплавы имеют большой вес и меньшую пластичность, что может привести к образованию трещин под нагрузкой в процессе производства. Этот тип материала идеально подходит для изготовления деталей сложной формы, но может быть лучше для приложений, требующих высокой гибкости.
Устойчивость к коррозии
Алюминиевый материал образует тонкий слой оксида, который устраняет дальнейшую коррозию и делает его устойчивым к ржавчине. Это свойство полезно, особенно при использовании на открытом воздухе и в морских условиях, где часто происходит контакт с влагой.
Однако цинковый сплав также обладает отличной коррозионной стойкостью. Он часто используется в качестве покрытия для защиты стали от ржавчины и образует защитный слой при контакте с атмосферой. Такие материалы широко используются в строительстве и автомобилестроении.
Теплопроводность
Алюминиевые сплавы известны своей превосходной теплопроводностью, которая составляет около 237 Вт/мК, особенно для электротехнических целей и применения в теплоотводах и радиаторах. Теплопроводность цинковых сплавов примерно равна 116 Вт/мК. Несмотря на более низкую теплопроводность, он идеально подходит для некоторых применений дверных ручек и кнопок, изолированных оболочек и других деталей с контролируемой теплоотдачей.
Процесс литья цинка и алюминия
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.
Горячее камерное литье под давлением для цинка
Литье в горячей камере - это особый подход, широко используемый для литья цинка. На этом этапе используется литейная машина с присоединенной камерой, в которой расплавляется сплав. Затем с помощью плунжера расплавленный цинк подается в форму, где остывает и затвердевает.
Преимущества горячего камерного цинкового литья под давлением
Одним из первоначальных преимуществ литья под давлением цинка в горячей камере является более быстрое время цикла. При этом методе металл поддерживается в расплавленном состоянии внутри машины, что позволяет отказаться от внешнего плавильного оборудования. Это ускоряет процесс, снижает производственные затраты и увеличивает выпуск продукции. Кроме того, цинковый сплав требует более низких рабочих температур и давления, что делает процесс литья менее затратным и более экономичным.
Холодное камерное литье под давлением для алюминия
Процесс литья под давлением в холодной камере идеально подходит для металлов с высокой температурой плавления, требующих максимальной прочности, таких как алюминий. В ходе этого процесса машина заливает расплавленный металл в гильзу. Затем он подается в форму под давлением, которое может превышать 10 000 PSI, с помощью плунжера с гидравлическим приводом.
Преимущества литья под давлением в холодной камере
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.
Сравнение времени цикла
Время цикла или скорость получения отливок различается для горячего и холодного камерного литья. Горячее камерное литье обычно подразумевает более короткое время цикла по сравнению с холодным камерным литьем. Благодаря расплавленному состоянию цинка и его более низкой температуре плавления он готов к впрыску в форму. Например, горячее камерное литье может производить 15 выстрелов в минуту. Поскольку холодное камерное литье требует дополнительных операций по плавлению и транспортировке металла, оно может производить 5-7 выстрелов в минуту.
Разница во времени цикла напрямую влияет на производственные затраты. Более быстрое время цикла при горячем камерном литье сокращает трудовые и энергетические затраты, что делает его более экономичным выбором для производства большого количества цинковых деталей малого и среднего размера.
Для литья в холодную камеру более медленное время цикла компенсируется способностью производить высококачественные сложные алюминиевые детали с лучшими механическими свойствами.
Сложность литья и тонкостенные секции
Методы горячего и холодного камерного литья под давлением позволяют получать изделия сложной формы и с тонкими стенками.
Однако благодаря текучести расплавленного цинка и точному контролю процесса впрыска горячее камерное литье идеально подходит для создания сложных цинковых деталей с тонкими стенками.
С другой стороны, литье в холодную камеру, несмотря на меньшее время цикла, отлично подходит для производства сложных алюминиевых деталей. Оно позволяет создавать детальные и сложные конструкции с отличной стабильностью размеров.
Конструктивные соображения Литье цинка и алюминия
При создании деталей для литья под давлением необходимо учитывать различные факторы, такие как свойства материала и процесс литья. Эти элементы оказывают значительное влияние на конечные результаты и могут затрагивать такие аспекты, как толщина стенок, допуск на угол осадки и качество поверхности.
Свойства материалов и процессы литья
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.
Алюминиевое литье под давлением При использовании процесса холодной камеры обеспечивается превосходная прочность и жаростойкость, что делает его идеальным для деталей, требующих долговечности и точности.
Минимальная толщина стенок
Литье из цинкового сплава позволяет получить очень тонкие стенки, вплоть до 0,25 мм, благодаря более низким рабочим температурам и отличным характеристикам текучести. Алюминий также позволяет получать тонкие стенки, обычно требуя минимальной толщины стенок около 1,5 мм. Это обеспечивает структурную целостность в процессе литья.
Углы наклона
Угол осадки помогает легко извлекать литые детали из формы. Угол осадки в 0,75-1 градус часто бывает достаточным для цинка из-за его усадочных свойств. В то же время для алюминиевых деталей требуется несколько больший угол осадки - 1-2 градуса, чтобы компенсировать их более высокую усадку при затвердевании.
Достижимая толерантность
Литье под давлением цинка позволяет получать детали с допусками до ±0,02 мм благодаря процессу литья в горячей камере. При литье алюминия под давлением достижимые допуски могут составлять ±0,05 мм, что делает его идеальным для высокоточных применений.
Отделка поверхности
Качество отделки поверхности является решающим фактором при проектировании. Литье под давлением с использованием цинка обычно демонстрирует более гладкую поверхность, минимизируя дефекты поверхности благодаря более низкой температуре плавления и методу горячей камеры. Литье алюминия под давлением позволяет достичь превосходного качества поверхности, которая может быть немного более шероховатой, чем у цинка. Это подходит для промышленного применения и может быть дополнительно улучшено полировкой и анодированием после литья.
Применение цинка и алюминия в литье под давлением
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.
Экономичность и прочность цинка
Экономичность цинкового сплава и его отличная текучесть делают его идеальным материалом для создания деталей фурнитуры, таких как замки, петли и кронштейны. Эти детали могут быть изготовлены с замысловатым дизайном и мелкими деталями благодаря использованию цинка, поскольку его стоимость материала и производства ниже.
Требования к легкости и прочности алюминия
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.
Прочность и коррозионная стойкость цинка
Цинковый сплав - идеальный выбор для производства сантехнических деталей, таких как фитинги, клапаны и соединители. Он обладает превосходной прочностью и коррозионной стойкостью. Эти компоненты должны выдерживать воздействие агрессивных сред и влаги, обеспечивая долговременную надежность и долговечность.
Отделка поверхности алюминия
Алюминиевое литье под давлением часто выбирают для обеспечения эстетики и качества поверхности, имеющих первостепенное значение в приложениях, которые также могут включать в себя процессы нанесения покрытий и анодирования. К таким областям применения относятся бытовая электроника, кухонная техника и архитектурные элементы высокого класса.
Выбор между цинковым и алюминиевым литьем под давлением
Ключевые соображения
При выборе предпочтительного материала между цинком и алюминием следует учитывать несколько ключевых факторов. К ним относятся:
- Объем производства
- Усложнение деталей
- Ограничения по стоимости
- Функциональные требования
- Воздействие на окружающую среду
Объем производства
Объем производства напрямую влияет на экономическую эффективность. Литье под давлением с использованием цинка - идеальный выбор для крупносерийного производства. Оно имеет более быстрое время цикла и более экономично при больших объемах. Его более низкая температура плавления и быстрое затвердевание сводят к минимуму потребление энергии и износ оборудования.
Алюминиевое литье под давлением, напротив, стоит дороже и предлагает лучшие характеристики при меньших объемах. Превосходные свойства этого материала делают его лучшим выбором для специализированных, малосерийных применений.
Сложность деталей
Из цинковых сплавов можно с высокой точностью изготавливать сложные конструкции и тонкостенные профили, отвечающие требованиям к деталям. Алюминий или алюминийБлагодаря более высокой температуре плавления и вязкости он позволяет изготавливать сложные детали, требуя тщательного контроля процесса литья. Однако это может ограничить его возможности по созданию чрезвычайно сложных деталей по сравнению с цинковым сплавом.
Ограничения по стоимости
Возможности цинка с более низкой температурой плавления и быстрым временем цикла обычно приводят к снижению производственных затрат. Это делает его экономичным выбором для проектов с ограниченным бюджетом. Литье алюминия под давлением потребляет много энергии и имеет более длительное время цикла, что приводит к дополнительным расходам. Он дороже цинка, но при этом обладает преимуществами в прочности и весе, что оправдывает его стоимость в тех случаях, когда эти факторы необходимы. Более того, независимо от того, цинковое или алюминиевое литье под давлением, все виды литья в горячей или холодной камере требуют первоначальной подготовки. литейная форма стоимость.
Функциональные требования
Выбирайте цинк для производства изделий, требующих прочных механических свойств и высокой коррозионной стойкости, например, сантехнических и хозяйственных деталей. Между тем алюминий - легкий материал с выдающимися прочностными характеристиками, что делает его крайне важным для автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Воздействие на окружающую среду
С течением времени воздействие на окружающую среду становится все более значимым фактором. Однако и цинк, и алюминий являются материалами высокой степени вторичной переработки и помогают минимизировать экологический след. Кроме того, переработка алюминия более энергоемка по сравнению с переработкой цинка, что может стать одним из факторов, учитываемых при реализации проектов, заботящихся об экологии.
Принятие решения
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.
Decision Metrix
Матрица решений может быть использована для систематического определения подходящего материала путем взвешивания нескольких факторов, основанных на приоритетах проекта. Эта матрица помогает оценить компромиссы и принять обоснованное решение.
Пример матрицы принятия решений
|
Критерии |
Вес |
Показатель цинка |
Алюминиевый балл |
Общий балл цинка |
Общий балл по алюминию |
|
Стоимость |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Вес |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Прочность |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Сложность деталей |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Воздействие на окружающую среду |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
Всего |
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.
Прототипирование
Прототипирование - ключевой момент в проверке дизайна и пригодности материала перед полномасштабным производством. Оно позволяет протестировать и проверить характеристики выбранного материала в обычных условиях. Этот процесс позволяет выявить потенциальные проблемы и внести необходимые коррективы, чтобы привести конечный продукт к более высоким стандартам.
Заключение
Это сравнение литья алюминия под давлением и литья цинка под давлением предполагает разумный выбор предпочтительного материала на основе их характеристик. Процесс литья обоих материалов подходит для изготовления аналогичных изделий, но цинк обеспечивает экономическую эффективность и более быстрое время цикла для производства большого количества сложных деталей. Однако алюминий предпочтительнее из-за своей легкой прочности и идеально подходит для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Оба материала хорошо поддаются переработке, при этом цинк более энергоэффективен при утилизации.