Pokyny pro navrhování přesných dílů při tlakovém lití zinku

Zinkové tlakové lití je flexibilní výrobní metoda, která spočívá ve vstřikování roztavené hmoty ze zinkové slitiny do speciálně navržené formy pod vysokým tlakem za účelem vytvoření složitých a vysoce přesných dílů. Takový postup je vhodný zejména pro přesné díly, protože zinek má vysokou tekutost, nízkou teplotu tání a lze jej opracovávat s přísnými tolerancemi bez velkého dodatečného zpracování.

Tlakové lití Zamak se používá v průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl, elektronika, spotřební zboží a lékařské přístroje, pro díly včetně konektorů, převodovek, pouzder a složitých mechanismů, které vyžadují rozměrové tolerance a dlouhou životnost.

Většina zinkových slitin se zpracovává na strojích s horkou komorou, které umožňují rychlý cyklus a stálou kvalitu. Přesné díly těží ze schopnosti zinku vyrábět tenké stěny, složité geometrie a díly ve tvaru sítě, což snižuje plýtvání materiálem a dobu montáže.

Přesto je možné dosáhnout vysoké úspěšnosti, pokud se dodržují specifická pravidla pro navrhování a zohledňují se vlastnosti materiálu, tvar, forma a parametry zpracování. Tato pravidla pomáhají omezit vady, zlepšit vyrobitelnost a zvýšit přesnost.

Tento článek uvádí hlavní zásady podporované průmyslovými normami stanovenými organizacemi, které pomáhají konstruktérům navrhovat přesné díly odlévané pod tlakem ze zinku.

Výhody zinkového tlakového lití přesných dílů

Použití tlakové lití zinku nabízí několik výhod, které z něj činí jeden z nejlepších materiálů pro přesné aplikace.

• Zaprvé nabízí nejlepší rozměrovou přesnost s tolerancemi až 0,025 mm (0,001 palce), které jsou možné u optimalizovaných konstrukcí.
• Tato přesnost je dána nízkým smrštěním a vysokou tekutostí zinku, takže roztavený kov lze nalít do složité dutiny formy a vyplnit ji, aniž by forma musela ztuhnout.
• Za druhé, zinek umožňuje tenkostěnné odlitky s minimální tloušťkou 0,025 palce (0,635 mm) v miniaturním provedení a zpravidla 0,040 palce (1,016 mm) pro lepší povrchovou úpravu.
• Tím se snižuje hmotnost a náklady na materiál, ale zároveň je dostatečně pevný pro použití v lehkých přesných dílech, jako jsou elektronické skříně a automobilové senzory.
• Za třetí, tento proces podporuje složité geometrie, stejně jako podřezání, závity a integrované prvky, které často není třeba znovu obrábět.
• Křehkost a odolnost zinku proti nárazu zajišťují, že díly nejsou vystaveny mechanickému namáhání, a jeho slévatelnost také snižuje pórovitost a povrchové vady.
• Kromě toho lze zinkové součásti snadno pokovit, natřít nebo povrchově upravit, aby byly chráněny proti korozi a vypadaly reprezentativně.
• Zinek má nižší teplotu tání (přibližně 380-390 °C u slitin Zamak) než jiné kovy, například hliník nebo hořčík. Tím se snižuje opotřebení matric, což umožňuje delší životnost nástrojů a nižší výrobní náklady u velkých sérií.
• V případě přesných dílů to znamená vysokou kvalitu a konzistenci po tisíce cyklů. Mezi ekologické výhody patří možnost plné recyklace, která je v souladu s ekologickými výrobními postupy.

Výběr materiálu: Slitiny zinku

Výběr správné zinkové slitiny je pro přesné díly důležitý, protože ovlivňuje mechanické vlastnosti, slévatelnost a tolerance. Na stránkách Tlakové lití Zamak (2, 3, 5, 7) a řady ZA (8, 12, 27) mají specifické složení a výkonnostní vlastnosti.

• Nejoblíbenější je Zamak 3, který nabízí kombinaci pevnosti, tažnosti a rozměrové stability.
• Zamak 5 má vyšší tvrdost a pevnost v tahu, takže je nejvhodnější pro zatěžované díly.
• ZA-8 má lepší odolnost proti tečení a lze jej použít v aplikacích s vyššími teplotami.
• Zatímco ZA-27 je pevnější, ale kvůli vysokému obsahu hliníku by se měl odlévat ve studených komorách.

V následující tabulce jsou shrnuty druhy zinkových slitin používaných při výrobě přesných dílů:

Tyto vlastnosti lze využít k zajištění toho, aby zinkové slitiny splňovaly přesné specifikace a aby složité díly měly vysokou tekutost (1-2 na stupnici 1-4; 1 nejlepší). Přesněji řečeno, výrobci by si měli vybrat slitiny, jako je Zamak 3 nebo ZA-8, kvůli jejich stabilitě a schopnosti odolávat přísným tolerancím.

Klíčové pokyny pro navrhování

Dobrý tlakové lití zinku je navržen tak, aby usnadňoval proudění a vyhazování při zachování pevnosti s minimálními náklady.

Tloušťka stěny

Tloušťka stěny by měla být rovnoměrná, aby nedocházelo k pórovitosti a deformaci. U přesných dílů ji udržujte v rozmezí +/-10% a pro dobrou povrchovou úpravu používejte minimální tloušťku 0,040 palce (1 mm), u miniaturních modelů až 0,020 palce (0,5 mm).

Poměr tlustých a tenkých řezů by měl být menší než 3:1, aby se minimalizovala možnost vzniku pórovitosti; poměr průměrů vepsaných koulí by neměl překročit 6:1.

Zesílení stěn zvyšuje průtok, ale prodlužuje dobu cyklu a zvyšuje spotřebu. Do vzdáleností od vtoku se mění minimální tloušťka: pod 0,5 mm v oblastech menších než 50 mm, až do 2 mm při 200 mm.

Ke kontrole návrhů lze použít různé simulace. U zinkového odlitku určete minimální hloubku 0,025 palce (0,635 mm) ve vybraných místech, ale 0,040 palce (1,016 mm) v nejlepších místech.

Návrh úhlů

Úhly tahu pomáhají vyhazovat díly a zabraňují poškození matrice. U zinku jsou minimální tahy 0,5° -1 na vnějších plochách, 1- -1 na vnitřních plochách a 0,1° -1 na kruhových otvorech. Krátké prvky, které využívají pohyblivé části (prvky matrice), lze tisknout v nulovém tahu, ale je to dražší.

U žeber se používá zúžení 5-10, pokud není rovnoběžné se smršťováním. Různé normy uvádějí výpočty ponoru: standardní tolerance jsou 50 (úhel ponoru přibližně 1,9 stupně při hloubce 1 palec) pro vnitřní stěny a 100 pro vnější stěny. Existují také přesné tolerance, které umožňují konstantní tahy 60 a 120.

Filety a poloměry

Vždy by měly být přidány piliny a poloměry, protože ostré hrany vedou ke koncentraci napětí a erozi matrice. Minimální poloměr vnitřního fileru je 0,016 palce (0,4 mm) a vnějšího 0,031 palce (0,8 mm). Poloměry větších rozměrů (až 0,063 palce nebo 1,6 mm) zvyšují průtok a pevnost.

Měly by být použity minimální poloměry (0,060 palce (1,5 mm) pro drážky a žebra). Poloměr při vysokém namáhání by neměl být menší než 1 mm; normy doporučují ±0,08/±0,04 palce (±2/±1 mm) u koutů. To zvyšuje životnost dílu a snižuje vznik trhlin.

Žebra a šéfové

Žebra zvyšují výztuhu, aniž by zvyšovala objem. Vytvořte mělká, zaoblená žebra (poměr výšky a tloušťky maximálně 3:1) a rovnoměrně je rozmístěte tak, aby nedošlo k jejich narušení. Žebra přiléhejte ke stěnám pomocí filet, abyste zabránili vzniku pórů v průsečíku.

Výška šroubů používaných k montáži nebo závitům musí být rovna jejich průměru, a pokud je průměr velký, musí mít žebra. Dodržujte vzdálenost 0,25 palce (6,5 mm) mezi šrouby. Tolerance kritických výšek mohou být obsaženy v žebrech, například v přesných provedeních ±0,001 palce (±0,025 mm) žeber.

Jádrové otvory a závity

Díky otvorům v jádře je lehčí a umožňuje použití prvků, jako jsou závity. Maximální hloubky jsou přibližně 3 mm v průměru, 9 mm slepé nebo 24 mm průchozí; u větších otvorů až 12 mm v průměru. Průměr nejméně 0,25 palce (6 mm), poměr L/D nejvýše 4:1 u malých otvorů.

Úvahy o rozlučkové linii

Nejlépe je umístit dělící čáru do co největšího úseku, aby vzniklo co nejméně otřepů a bylo možné ji snadno oříznout. Je třeba se vyhnout svislým nebo komplikovaným liniím; nejlepší je pohyb matrice v pravém úhlu. Tolerance na dělicích čarách jsou součtem lineárních, podle promítnuté plochy.

Tolerance přesných dílů

Tlakové lití zinku má ještě vyšší přesnost tolerancí než standardní a někdy je nutné 65% těchto speciálních kontrol. Lineární tolerance: první palcová přesnost je ±0,002 palce, další je ±0,001.

Geometrické tolerance se skládají z nesouososti (0,1 mm TIR stejná polovina), rovinnosti (0,005 palce 3 palce a méně, přesnost) a úhlovosti. Posunutí dělící čáry: Posunutí dělící čáry: +0,004 palce k dělící čáře v rozmezí 50 palců 2.

Předcházení běžným závadám

Špatně zvolené tloušťky nebo špatně umístěná hradítka způsobují pórovitost; snižte ji pomocí rovnoměrných stěn a optimalizovaných CAE vtoků. Nerovnoměrné chlazení způsobuje deformace, kterým se předchází u korunových ploch a žeber. Správný tah a filetování eliminují povrchové vady, jako jsou studené uzávěry. Simulace konzultujte se slévači.

Sekundární povrchové úpravy a operace

Zinek je obrobitelný a lze jej snadno dodatečně zpracovat; je však navržen tak, aby se dodatečné zpracování minimalizovalo. Přidejte 0,010-0,030 palce obráběcího materiálu. Povrchové úpravy jsou buď pokovení (kosmetické), lakování nebo eloxování. Vyšší třídy jsou 32 Ra získané jako odlitek.

Použití zinkových tlakových odlitků

Zinkové tlakové odlitky jsou v průmyslu velmi oblíbené díky své flexibilitě a vysoké kvalitě zpracování.

Automobilový průmysl

Součásti zinkového tlakového lití jsou dominantní ve vozidlech, včetně krytů zámků dveří, součástí bezpečnostních pásů, brzdových systémů, součástí řízení, krytů senzorů a ozdobných lišt. Ve srovnání s jinými materiály mají vysokou odolnost proti nárazu a trvanlivost.

Telekomunikace a elektronika

Zinek se používá v elektronice v konektorech, pouzdrech, chladičích a stínicích prvcích EMI/RFI. Jeho vodivost a schopnost vyrábět jemné, tenkostěnné součástky umožňují výrobu drobných komponentů pro počítače, chytré telefony a síťová zařízení. každý elektronický průmysl používá výrobky vyrobené tlakovým litím zinku.

Spotřební zboží a hardware

Obvykle se používá v zámcích, bateriích, klikách, instalatérském kování, hračkách a stavebním kování. Zinek lze povrchově upravit atraktivními povrchovými úpravami, které vyžadují minimální druhotné úpravy. Mezi další použití patří lékařské vybavení, převody průmyslových strojů a konzoly.

Nevýhody zinkového tlakového lití

Zinkové tlakové lití nabízí řadu výhod, má však také určitá omezení, která by výrobci měli zvážit před použitím této metody.

Omezení velikosti

Zinkové tlakové lití lze použít především pro malé až středně velké díly. Velké součásti se vyrábějí obtížně kvůli omezením strojů na tlakové lití a velikosti forem. U větších dílů mohou být alternativní výrobní postupy schůdnější a levnější.

Vysoké počáteční náklady

K tomu jsou zapotřebí přesné nástroje a speciální formy. To má za následek nákladné počáteční nastavení; zinkové tlakové lití proto není ideální pro malosériovou výrobu. Pro velkosériovou výrobu je však cenově výhodné.

Problémy s tepelnou vodivostí

Zinkové slitiny jsou vysoce tepelně vodivé, a proto je obtížné kontrolovat teplo během procesu lití. V důsledku špatného tepelného řízení může dojít k defektům, a proto je nutná dobrá konstrukce formy a chladicího systému.

Závěr

Tlakové lití zinku se stal efektivním výrobním procesem pro vytváření vysoce přesných součástí složitých tvarů a úzkých tolerancí. Díky svým zvláštním materiálovým vlastnostem, jako je vysoká tekutost, nízký bod tání, vysoká rozměrová stabilita a dobrá mechanická pevnost, je zinkové tlakové lití vhodné pro průmyslová odvětví, kde je důležitá přesnost, dlouhá životnost a jemnost povrchu.

Použití vhodných konstrukčních zásad, jako je stejná tloušťka stěny, dostatečný úhel tahu, zaoblení koutů, optimalizovaná žebra a výstupky a poloha dělící čáry, může výrobcům výrazně pomoci eliminovat vady, jako jsou pórovitost, deformace a otřepy.

To lze dále zlepšit pečlivým výběrem slitiny zinku, jako je např. Zamak 3, Zamak 5 nebo ZA-8, který nejlépe vyhovuje mechanickým vlastnostem a požadavkům aplikace.

Tolerance dosažitelné při tlakovém lití zinku jsou přesné tolerance, které mají tendenci omezovat sekundární obrábění, což vede k rychlejším výrobním cyklům a nižším celkovým nákladům. Zinek má také vynikající povrchovou úpravu, která umožňuje snadné pokovování, lakování nebo potahování dílů, což zvyšuje odolnost proti korozi a vzhled.

Zinkové tlakové lití v sobě celkově spojuje všechny tyto faktory (přesnost, pevnost, účinnost, hospodárnost). S vhodnými konstrukčními metodami a kvalifikovanými tlakovými odlévači může poskytovat konzistentní, vysoce kvalitní díly pro automobilový průmysl, elektroniku, spotřební zboží, zdravotnické vybavení a vnitřní průmysl.

Nejčastější dotazy

Proč se zinek používá při přesném tlakovém lití zinku?

Zinek je materiál s nízkou smrštitelností, vysokou tekutostí, těsnou tolerancí a dobrou povrchovou úpravou vhodný pro přesné díly.

Jaká je minimální tloušťka stěny zinkového tlakového odlitku?

Běžně se používají miniaturní součástky o rozměrech 0,020 palce (0,5 mm), doporučuje se však také 0,040 palce (1,0 mm).

Jaká je nejlepší zinková slitina pro vysoce přesné díly?

Nejpoužívanější je Zamak 3, který má rozměrovou stálost a stejné mechanické vlastnosti.

Jsou zinkové tlakové odlitky použitelné pro závity a jemné detaily?

Ano, zinek snadno přijímá otvory s jádry, závity, podříznutí a složité konstrukce s malým množstvím obrábění.

Může být výroba zinkových odlitků ve velkém množství rentabilní?

Ano, je velmi ekonomický díky rychlému cyklu, dlouhé životnosti matrice, menšímu množství následného zpracování a možnosti recyklace.