إرشادات تصميم قوالب الزنك المصبوبة بالزنك للأجزاء الدقيقة

إن صب الزنك بالقالب هو طريقة إنتاج مرنة تستلزم حقن مادة منصهرة من سبائك الزنك في قالب مصمم خصيصًا بضغط عالٍ من أجل إنشاء أجزاء معقدة وعالية الدقة. ويعد هذا الأسلوب مناسبًا بشكل خاص للأجزاء الدقيقة لأن الزنك يتمتع بسيولة عالية ونقطة انصهار منخفضة ويمكن تشكيله آليًا بتفاوتات ضيقة دون الكثير من المعالجة اللاحقة.

زماك الصب بالقالب تُستخدم في صناعات مثل السيارات والإلكترونيات والسلع الاستهلاكية والأجهزة الطبية للأجزاء، بما في ذلك الموصلات والتروس والأغطية والآليات المعقدة التي تتطلب تفاوتًا في الأبعاد وطول العمر.

تتم معالجة معظم سبائك الزنك باستخدام ماكينات الغرفة الساخنة، والتي تتيح أوقات دورات سريعة وجودة ثابتة. تستفيد الأجزاء الدقيقة من قدرة الزنك على إنتاج جدران رقيقة وأشكال هندسية معقدة وأجزاء ذات شكل صافٍ، مما يقلل من هدر المواد ووقت التجميع.

ومع ذلك، يتم تحقيق معدلات نجاح عالية عند اتباع قواعد تصميم محددة، ومراعاة خصائص المواد والشكل والشكل ومعلمات المعالجة. تساعد هذه القواعد على تقليل العيوب وتحسين قابلية التصنيع وتعزيز الدقة.

تحدد هذه المقالة المبادئ التوجيهية الرئيسية التي تدعمها معايير الصناعة التي وضعتها المنظمات لمساعدة المهندسين على تصميم الأجزاء الدقيقة المصبوبة بالزنك.

مزايا الصب بالقالب الزنك للأجزاء الدقيقة

استخدام صب الزنك بالقالب العديد من الفوائد، مما يجعلها واحدة من أفضل المواد للتطبيقات الدقيقة.

• أولاً، توفر أفضل دقة أبعاد مع تفاوتات قريبة من الصفر نقطة مائة وخمسة وعشرين (0.025 مم) أو -0.001 بوصة (0.025 مم) ممكنة في التصميمات المحسّنة.
• ترجع هذه الدقة إلى الانكماش المنخفض والسيولة العالية للزنك، بحيث يمكن صب المعدن المنصهر في تجويف القالب المعقد وملئه دون ترك القالب ليتصلب.
• ثانيًا، يسمح الزنك بالسبك بجدار رقيق، بسماكة لا تقل عن 0.025 بوصة (0.635 مم) في صورة مصغرة وبصفة عامة 0.040 بوصة (1.016 مم) لتحسين التشطيبات السطحية.
• وهذا يوفر في الوزن وتكاليف المواد، ومع ذلك فهو قوي بما يكفي لاستخدامه في الأجزاء الدقيقة خفيفة الوزن مثل العبوات الإلكترونية وحساسات السيارات.
• ثالثًا، تُفضل العملية الأشكال الهندسية المعقدة، بالإضافة إلى القطع السفلية والخيوط والسمات المدمجة، والتي لا تحتاج غالبًا إلى إعادة تشكيلها مرة أخرى.
• تضمن ليونة الزنك ومقاومته للصدمات عدم تعرض الأجزاء للإجهادات الميكانيكية، كما أن قابليته للصب تقلل من المسامية والعيوب السطحية.
• وعلاوة على ذلك، يمكن طلاء مكونات الزنك أو طلاؤها أو تشطيبها بسهولة لحمايتها من التآكل ولتبدو بمظهر أنيق.
• الزنك نقطة انصهار أقل (حوالي 380-390 درجة مئوية مع سبائك الزاماك) من المعادن الأخرى، مثل الألومنيوم أو المغنيسيوم. وبالتالي يقلل من تآكل القالب، مما يتيح عمرًا أطول للأدوات ويقلل من تكاليف الإنتاج للدفعات ذات الحجم الكبير.
• في حالة الأجزاء الدقيقة، يُترجم ذلك إلى اتساق عالي الجودة على مدى آلاف الدورات. تشمل المزايا البيئية قابلية إعادة التدوير الكاملة، والتي تتماشى مع ممارسات التصنيع الصديقة للبيئة.

مادة الاختيار: سبائك الزنك

يعد اختيار سبيكة الزنك الصحيحة أمرًا مهمًا للأجزاء الدقيقة لأنها تؤثر على الخواص الميكانيكية وقابلية الصب والتفاوتات المسموح بها. إن زماك الصب بالقالب تحتوي السلسلة (2، 3، 5، 7) وسلسلة ZA (8، 12، 27) على تركيبات وخصائص أداء محددة.

• الأكثر شعبية هو زماك 3، والذي يوفر مزيجًا من القوة والليونة والثبات في الأبعاد.
• يتميز Zamak 5 بصلابة وقوة شد أعلى، مما يجعله الأنسب للأجزاء التي تحت الحمل.
• يوفر ZA-8 مقاومة أفضل للزحف ويمكن استخدامه في التطبيقات ذات درجات الحرارة الأعلى.
• في حين أن ZA-27 أقوى ولكن يجب صبها في غرف باردة بسبب محتواها العالي من الألومنيوم.

يلخص الجدول أدناه أنواع سبائك الزنك المستخدمة في تصنيع الأجزاء الدقيقة:

يمكن استخدام هذه الخصائص لضمان استيفاء سبائك الزنك لمواصفات الدقة وأن الأجزاء المعقدة تتمتع بدرجات سيولة عالية (1-2 على مقياس 1-4؛ 1 أفضل). ولكي نكون أكثر دقة، قد يرغب المصنعون في اختيار سبائك مثل Zamak 3 أو ZA-8 نظرًا لثباتها وقدرتها على تحمل التفاوتات الضيقة.

إرشادات التصميم الرئيسية

جيد صب الزنك بالقالب مصمم لتسهيل التدفق والطرد مع الحفاظ على القوة بأقل تكلفة ممكنة.

سُمك الجدار

يجب أن تكون سماكة الجدار موحدة لتجنب المسامية والتشويه. بالنسبة للأجزاء الدقيقة، احتفظ به في حدود +/-/-10% واستخدم سمكًا لا يقل عن 0.040 بوصة (1 مم) للحصول على تشطيب سطحي جيد، ولا يقل عن 0.020 بوصة (0.5 مم) في النماذج المصغرة.

يجب أن تبقى نسب المقاطع السميكة إلى الرقيقة أقل من 3:1 لتقليل فرصة حدوث مسامية، ويفضل ألا تتجاوز نسب قطر الكرة المنقوشة 6:1.

تعزز سماكة الجدران من التدفق ولكنها تزيد من وقت الدورة والاستهلاك. بالنسبة للمسافات البعيدة عن البؤرة، يتغير الحد الأدنى للسماكة: أقل من 0.5 مم في المناطق الأقل من 50 مم، حتى 2 مم عند 200 مم.

يمكن استخدام عمليات محاكاة مختلفة للتحقق من التصميمات. في سبك الزنك، حدد 0.025 بوصة (0.635 مم) كحد أدنى في المواقع المختارة، ولكن 0.040 بوصة (1.016 مم) في أفضل المواقع المصبوبة.

زوايا السحب

تساعد زوايا السحب على إخراج القِطع ومنع تلف القالب. بالنسبة للزنك، يبلغ الحد الأدنى للمسودات 0.5 درجة -1 على الأسطح الخارجية، و1-1 على الأسطح الداخلية، و0.1 درجة -1 على الثقوب المستديرة. يمكن طباعة الميزات القصيرة التي تستخدم الأجزاء المتحركة (عناصر القالب) في الصفر، ولكنها أكثر تكلفة.

بالنسبة للأضلاع، يتم استخدام مستدق 5-10 عندما لا يكون موازيًا للانكماش. تعطي المعايير المختلفة حسابات الغاطس: التفاوتات القياسية هي 50 (زاوية غاطس حوالي 1.9 درجة على عمق 1 بوصة) للجدران الداخلية و100 للجدران الخارجية. هناك أيضًا تفاوتات تحمل دقيقة تسمح بمسودات ثابتة 60 و120.

الشرائح وأنصاف الأقطار

يجب دائمًا إضافة الشرائح وأنصاف الأقطار نظرًا لأن الحواف الحادة تؤدي إلى تركيزات إجهاد وتآكل القالب. الحد الأدنى لنصف قطر الشرائح الداخلية 0.016 بوصة (0.4 مم)، والخارجية 0.031 بوصة (0.8 مم). يعمل نصف القطر الأكبر حجمًا (حتى 0.063 بوصة أو 1.6 مم) على تعزيز التدفق والقوة.

يجب استخدام الحد الأدنى لأنصاف الأقطار (0.060 بوصة (1.5 مم) للرؤوس والأضلاع). يجب ألا يقل نصف القطر عند الإجهاد العالي عن 1 مم؛ تقترح المعايير ± 0.08/± 0.04 بوصة (± 2/± 1 مم) في الشرائح. هذا يحسن من عمر الجزء ويقلل من التشقق.

الأضلاع والرؤساء

تعمل الأضلاع على تعزيز التقوية دون إضافة حجم كبير. قم بإنشاء أضلاع ضلوع مستديرة ضحلة (نسبة الارتفاع إلى السُمك لا تزيد عن 3:1) مع مراعاة التباعد بينها بالتساوي بحيث لا تكون مشوهة. قم بلصق الأضلاع بالجدران باستخدام شرائح لتجنب المسامية في التقاطع.

يجب أن يكون ارتفاع الرؤوس المستخدمة للتركيب أو اللولبة مساوياً لقطرها، وعندما يكون القطر كبيراً، يجب أن يكون لها أضلاع. احتفظ بمسافة 0.25 بوصة (6.5 مم) بين الرؤوس. يمكن احتواء التفاوتات المسموح بها للارتفاعات الحرجة في الأضلاع، كما هو الحال في التصميمات الدقيقة ± 0.001 بوصة (± 0.025 مم) من الأضلاع.

الثقوب والخيوط المحفورة

الثقوب المصنوعة في القلب تجعلها أخف وزنًا وتسمح بعناصر مثل الخيوط. يبلغ الحد الأقصى للأعماق حوالي 3 مم قطرها 3 مم، أو 9 مم عمياء أو 24 مم من خلال؛ حتى 12 مم مع الفتحات الأكبر. لا يقل قطرها عن 0.25 بوصة (6 مم)، ولا تزيد نسبة L/D عن 4:1 في الثقوب الصغيرة.

اعتبارات خط الفراق

من الأفضل وضع خط الفراق في أكبر قسم ممكن لإنتاج أقل قدر ممكن من الوميض وللسماح بسهولة التشذيب. يجب تجنب الخطوط العمودية أو المعقدة؛ من الأفضل تجنب الخطوط العمودية أو المعقدة؛ حيث إن الزوايا القائمة لمستوى حركة القالب هي الأفضل. التفاوتات المسموح بها على خطوط الفراق هي مجموع الخطوط الخطية، حسب المساحة المسقطة.

التفاوتات المسموح بها للأجزاء الدقيقة

صب الزنك بالقالب لديها تفاوتات دقة أعلى من القياسي، وأحيانًا تكون 65% من عناصر التحكم الخاصة هذه ضرورية. التفاوتات الخطية: دقة البوصة الأولى هي ± 0.002 بوصة، والإضافية هي ± 0.001.

تتكون التفاوتات المسموح بها هندسيًا من المحاذاة الخاطئة (0.1 مم من نفس النصف)، والتسطيح (0.005 بوصة 3 بوصة وأقل، والدقة)، والزاوية. إزاحة خط الفراق: +0.004 بوصة +0.004 بوصة لخط الفراق في حدود 50 في 2.

تجنب العيوب الشائعة

تتسبب السماكات المختارة بشكل سيئ أو البوابات في غير محلها في حدوث مسامية؛ قلل من ذلك باستخدام جدران موحدة وبوابات محسنة CAE. يتسبب التبريد غير المنتظم في حدوث تشوهات، وهو ما يتم منعه في الأسطح المتوجة والأضلاع. يزيل السحب المناسب والشرائح العيوب السطحية مثل الإغلاق البارد. استشر صانعي القوالب بشأن عمليات المحاكاة.

التشطيبات والعمليات الثانوية

الزنك قابل للتشغيل الآلي ويمكن معالجته آليًا بسهولة؛ ومع ذلك، فهو مصمم لتقليل المعالجة اللاحقة. يُضاف 0.010-0.030 بوصة. التشطيبات إما طلاء (تجميلي) أو طلاء أو أنودة. الفئات الممتازة هي 32 Ra التي يتم الحصول عليها كما هي مصبوبة.

تطبيقات مصبوبات الزنك بالقالب

تحظى قوالب الزنك المصبوبة بالزنك بشعبية كبيرة في الصناعات نظرًا لمرونتها وجودة عملها العالية.

صناعة السيارات

تهيمن مكونات الزنك المصبوبة بالقالب على السيارات، بما في ذلك أغطية أقفال الأبواب، ومكونات أحزمة الأمان، وأنظمة المكابح، ومكونات التوجيه، وأغطية أجهزة الاستشعار، والزخارف الزخرفية. تتميز هذه المكونات بمقاومة عالية للصدمات والمتانة مقارنةً بالمواد الأخرى.

الاتصالات السلكية واللاسلكية والإلكترونيات

يُستخدم الزنك في الإلكترونيات في الموصّلات والمباني والمشتتات الحرارية ومكونات التدريع EMI/RFI. وتتيح موصليته وقدرته على تصنيع مكونات دقيقة ورقيقة الجدران تصنيع مكونات صغيرة الحجم لأجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ومعدات الشبكات. تستخدم كل الصناعات الإلكترونية منتجات مصنوعة من الزنك المصبوب.

السلع الاستهلاكية والأجهزة

يُستخدم عادةً في الأقفال والحنفيات والمقابض وتجهيزات السباكة والألعاب وأجهزة البناء. يمكن تشطيب الزنك بتشطيبات جذابة تتطلب الحد الأدنى من التشطيبات الثانوية. وتشمل الاستخدامات الأخرى المعدات الطبية وتروس الماكينات الصناعية والأقواس.

عيوب الصب بالقالب الزنك

يوفر الصب بالزنك العديد من المزايا؛ ومع ذلك، فإن له أيضًا بعض القيود التي يجب على المصنعين مراعاتها قبل اعتماد هذه الطريقة.

قيود الحجم

يمكن استخدام الصب بالزنك في الغالب للأجزاء الصغيرة والمتوسطة الحجم. يصعب إنتاج المكونات الكبيرة بسبب القيود المفروضة على ماكينات الصب بالقالب وحجم القوالب. في الأقسام الأكبر حجمًا، يمكن أن تكون عمليات الإنتاج البديلة أكثر جدوى وأقل تكلفة.

ارتفاع التكلفة الأولية

هناك حاجة إلى أدوات دقيقة وقوالب خاصة في هذه العملية. وينتج عن ذلك إعدادات أولية باهظة الثمن؛ وبالتالي، فإن صب الزنك بالقالب ليس مثاليًا للإنتاج بكميات قليلة. ولكنها فعالة من حيث التكلفة للإنتاج بكميات كبيرة.

مشاكل التوصيل الحراري

سبائك الزنك موصلة للحرارة بدرجة عالية، وبالتالي، من الصعب التحكم في الحرارة أثناء عملية الصب. وبسبب سوء الإدارة الحرارية، قد تحدث عيوب بسبب سوء الإدارة الحرارية، ولذلك، يلزم وجود تصميم جيد للقالب ونظام تبريد.

الخاتمة

صب الزنك بالقالب برزت كعملية تصنيع فعّالة لصنع مكونات عالية الدقة ذات أشكال معقدة وتفاوتات ضيقة. إن خصائص المواد الخاصة به، بما في ذلك السيولة العالية، ونقطة الانصهار المنخفضة، والثبات العالي في الأبعاد، والقوة الميكانيكية الجيدة، تجعل من صب الزنك بالقالب مناسبًا تمامًا للصناعات التي تتسم بالدقة وطول العمر ودقة السطح.

يمكن أن يساعد استخدام مبادئ التصميم المناسبة، مثل سمك الجدار المتساوي، وزاوية السحب الكافية، والشرائح المستديرة، والأضلاع والرؤوس المحسّنة، وموضع خط الفصل، المصنعين بشكل كبير في القضاء على العيوب مثل المسامية والتشويه والوميض.

ويمكن تحسين ذلك من خلال اختيار سبيكة الزنك بعناية، مثل زماك 3، Zamak 5، أو ZA-8، التي تناسب الخصائص الميكانيكية ومتطلبات الاستخدام.

التفاوتات التي يمكن تحقيقها مع صب الزنك بالقالب هي تفاوتات دقيقة تميل إلى تقليل التصنيع الثانوي، مما يؤدي إلى دورات إنتاج أسرع ونفقات إجمالية أقل. كما يتميز الزنك أيضًا بقابلية تشطيب ممتازة، مما يتيح طلاء الأجزاء أو دهانها أو تغليفها بسهولة، مما يعزز من مقاومة التآكل والمظهر.

وبشكل عام، يجمع صب الزنك بالقالب بين كل هذه العوامل (الدقة والقوة والكفاءة والفعالية من حيث التكلفة). ومن خلال أساليب التصميم المناسبة والقالبين الماهرين، يمكن أن يوفر هذا النوع من الصب بالزنك قطعاً متسقة وعالية الجودة لصناعة السيارات، والإلكترونيات، والسلع الاستهلاكية، والمعدات الطبية، والصناعات الداخلية.

الأسئلة الشائعة

لماذا يُستخدم الزنك في صب قوالب الزنك الدقيقة؟

الزنك هو مادة منخفضة الانكماش وعالية السيولة وذات سيولة عالية ومقاومة للتلف ومواد ذات سطح جيد ومناسبة للأجزاء الدقيقة.

ما هو الحد الأدنى لسُمك الجدار الأدنى لقالب الصب بالزنك؟

يشيع استخدام المكونات المصغرة التي يبلغ قياسها 0.020 بوصة (0.5 مم)، على الرغم من أنه يوصى أيضًا باستخدام 0.040 بوصة (1.0 مم).

ما هي أفضل سبيكة زنك يمكن استخدامها في الأجزاء عالية الدقة؟

والأكثر استخدامًا هو زاماك 3، الذي يتميز بثبات أبعاده وخصائصه الميكانيكية المتساوية.

هل مكونات الزنك المصبوب بالزنك قابلة للتطبيق على الخيوط والتفاصيل الدقيقة؟

نعم، يتقبل الزنك بسهولة الثقوب المحفورة، واللولبات، والقطع السفلية والتصاميم المعقدة مع القليل من التصنيع الآلي.

هل يمكن أن يكون صب الزنك بالقالب فعالاً من حيث التكلفة لصنعه بأعداد كبيرة؟

نعم، إنها فعّالة للغاية من حيث التكلفة بسبب سرعة دورة العمل وطول عمر القالب وتقليل المعالجة اللاحقة وإعادة التدوير.