Linee guida per la progettazione di parti di precisione in pressofusione di zinco

La pressofusione di zinco è un metodo di produzione flessibile che prevede l'iniezione di materia fusa in lega di zinco in uno stampo appositamente progettato e ad alta pressione per creare pezzi complessi e di alta precisione. Questo approccio è particolarmente adatto per i pezzi di precisione, perché lo zinco ha un'elevata fluidità, un basso punto di fusione e può essere lavorato con tolleranze strette senza bisogno di ulteriori lavorazioni.

Pressofusione di zama è utilizzato in settori quali l'automotive, l'elettronica, i beni di consumo e i dispositivi medici per componenti quali connettori, ingranaggi, alloggiamenti e meccanismi complessi che richiedono tolleranze dimensionali e longevità.

La maggior parte delle leghe di zinco viene lavorata con macchine a camera calda, che consentono tempi di ciclo rapidi e una qualità costante. I pezzi precisi beneficiano della capacità dello zinco di produrre pareti sottili, geometrie complesse e pezzi a forma di rete, riducendo gli sprechi di materiale e i tempi di assemblaggio.

Tuttavia, si ottengono alti tassi di successo quando si seguono regole di progettazione specifiche e si considerano le proprietà del materiale, la forma, la forma e i parametri di lavorazione. Queste regole aiutano a ridurre i difetti, a migliorare la producibilità e ad aumentare la precisione.

Questo articolo identifica le principali linee guida supportate dagli standard industriali stabiliti dalle organizzazioni per aiutare gli ingegneri a progettare pezzi di precisione in zinco pressofuso.

Vantaggi della pressofusione di zinco per parti di precisione

L'uso di pressofusione di zinco offre numerosi vantaggi che lo rendono uno dei materiali migliori per le applicazioni di precisione.

• In primo luogo, offre la migliore precisione dimensionale con tolleranze fino a zero virgola centoventicinque (0,025 mm) o -0,001 pollici (0,025 mm) possibili in progetti ottimizzati.
• Questa precisione è dovuta al basso ritiro e all'elevata fluidità dello zinco, che consente di versare il metallo fuso in una cavità di stampo complessa e di riempirla senza lasciare lo stampo a solidificare.
• In secondo luogo, lo zinco consente la colata a parete sottile, con uno spessore minimo di 0,025 pollici (0,635 mm) in miniatura e generalmente 0,040 pollici (1,016 mm) per migliorare le finiture superficiali.
• Ciò consente di risparmiare sul peso e sui costi dei materiali, ma è sufficientemente resistente per essere utilizzato in componenti di precisione leggeri, come involucri elettronici e sensori automobilistici.
• In terzo luogo, il processo favorisce geometrie complesse, nonché sottosquadri, filettature e elementi integrati, che spesso non devono essere lavorati di nuovo.
• La duttilità e la resistenza agli urti dello zinco garantiscono che i pezzi non siano sottoposti a sollecitazioni meccaniche e la sua colabilità riduce la porosità e i difetti superficiali.
• Inoltre, i componenti in zinco possono essere facilmente placcati, verniciati o rifiniti per proteggerli dalla corrosione e per avere un aspetto gradevole.
• Zinco ha un punto di fusione più basso (circa 380-390 °C con le leghe Zamak) rispetto ad altri metalli, come l'alluminio o il magnesio. Ciò riduce l'usura degli stampi, consentendo una maggiore durata degli utensili e costi di produzione inferiori per i lotti di grandi dimensioni.
• Nel caso di pezzi precisi, questo si traduce in una costanza di alta qualità per migliaia di cicli. I vantaggi ambientali includono la completa riciclabilità, in linea con le pratiche di produzione eco-compatibili.

Materiale di selezione: Leghe di zinco

La scelta della lega di zinco corretta è importante per i pezzi di precisione perché influisce sulle proprietà meccaniche, sulla colabilità e sulle tolleranze. La Pressofusione di zama (2, 3, 5, 7) e la serie ZA (8, 12, 27) hanno composizioni e proprietà prestazionali specifiche.

• Il più popolare è Zamak 3, che offre una combinazione di resistenza, duttilità e stabilità dimensionale.
• Lo Zamak 5 ha una durezza e una resistenza alla trazione superiori, che lo rendono più adatto per le parti sottoposte a carico.
• ZA-8 offre una migliore resistenza allo scorrimento e può essere utilizzato in applicazioni a temperature più elevate.
• Mentre lo ZA-27 è più resistente, ma deve essere fuso in camere fredde a causa dell'elevato contenuto di alluminio.

La tabella seguente riassume i tipi di lega di zinco utilizzati nella produzione di pezzi di precisione:

Queste proprietà possono essere utilizzate per garantire che le leghe di zinco soddisfino le specifiche di precisione e che i pezzi complessi abbiano punteggi di fluidità elevati (1-2 su una scala 1-4; 1 migliore). Per essere più precisi, i produttori dovrebbero scegliere leghe come Zamak 3 o ZA-8 per la loro stabilità e capacità di sopportare tolleranze ristrette.

Linee guida fondamentali per la progettazione

Buono pressofusione di zinco è stato progettato per facilitare il flusso e l'espulsione, mantenendo la resistenza a costi minimi.

Spessore della parete

Lo spessore della parete deve essere uniforme per evitare porosità e distorsioni. Per i pezzi di precisione, è consigliabile mantenerlo entro +/-10% e utilizzare uno spessore minimo di 0,040 pollici (1 mm) per una buona finitura superficiale, e fino a 0,020 pollici (0,5 mm) nei modelli in miniatura.

I rapporti tra sezioni spesse e sottili devono essere mantenuti al di sotto di 3:1 per ridurre al minimo la possibilità di porosità; preferibilmente i rapporti tra i diametri delle sfere inscritte non dovrebbero superare 6:1.

L'ispessimento delle pareti migliora il flusso, ma aumenta il tempo di ciclo e il consumo. A distanze diverse dall'ingranaggio, lo spessore minimo varia: sotto 0,5 mm in aree inferiori a 50 mm, fino a 2 mm a 200 mm.

Per verificare i progetti si possono utilizzare diverse simulazioni. Nella colata di zinco, specificare un minimo di 0,025 pollici (0,635 mm) nelle posizioni selezionate, ma 0,040 pollici (1,016 mm) nelle posizioni migliori.

Angoli di sformo

Gli angoli di sformo favoriscono l'espulsione dei pezzi e prevengono i danni allo stampo. Per lo zinco, gli angoli di sformo minimi sono 0,5° -1 sulle superfici esterne, 1° -1 sulle superfici interne e 0,1° -1 sui fori rotondi. Gli elementi corti che utilizzano parti mobili (elementi della matrice) possono essere stampati a zero, ma è più costoso.

Per le nervature, si utilizza una conicità di 5-10 quando non è parallela al ritiro. Diverse norme forniscono calcoli di tiraggio: le tolleranze standard sono 50 (angolo di tiraggio di circa 1,9 gradi a 1 pollice di profondità) per le pareti interne e 100 per le pareti esterne. Esistono anche tolleranze di precisione che consentono di avere un tiraggio costante di 60 e 120.

Filetti e raggi

I filetti e i raggi devono sempre essere aggiunti, poiché gli spigoli vivi provocano concentrazioni di tensioni ed erosione dello stampo. Il raggio minimo del filetto interno è di 0,016 pollici (0,4 mm) e quello esterno di 0,031 pollici (0,8 mm). Raggi di dimensioni maggiori (fino a 0,063 pollici o 1,6 mm) migliorano il flusso e la resistenza.

Si devono utilizzare raggi minimi (0,060 pollici (1,5 mm) per le bugne e le nervature). Il raggio ad alta sollecitazione non dovrebbe essere inferiore a 1 mm; gli standard suggeriscono ±0,08/±0,04 pollici (±2/±1 mm) nei filetti. Ciò migliora la durata del pezzo e riduce le cricche.

Costole e capi

Le nervature migliorano il rinforzo senza aggiungere ingombro. Creare nervature poco profonde e arrotondate (rapporto altezza/spessore non superiore a 3:1) e distanziarle uniformemente in modo che non risultino distorte. Aderire le nervature alle pareti con filetti per evitare porosità nell'intersezione.

L'altezza dei raccordi utilizzati per il montaggio o la filettatura deve essere pari al loro diametro e, se il diametro è grande, devono essere dotati di nervature. Mantenere una distanza di 6,5 mm (0,25 pollici) tra le bussole. Le tolleranze delle altezze critiche possono essere contenute nelle nervature, come nei progetti di precisione con nervature di ±0,001 pollici (±0,025 mm).

Fori e filettature alveolari

I fori praticati nell'anima la rendono più leggera e consentono di inserire elementi come le filettature. Le profondità massime sono di circa 3 mm di diametro, 9 mm ciechi o 24 mm passanti; fino a 12 mm di diametro con aperture più grandi. Almeno 0,25 pollici (6 mm) di diametro, rapporto L/D non superiore a 4:1 nei fori piccoli.

Considerazioni sulla linea di separazione

È meglio posizionare la linea di separazione nella sezione più ampia possibile per produrre la minor quantità di bagliori e consentire una facile rifilatura. Le linee verticali o complicate dovrebbero essere evitate; la cosa migliore è l'angolo retto del piano di movimento della matrice. Le tolleranze sulle linee di divisione sono la somma di quelle lineari, per area proiettata.

Tolleranze delle parti di precisione

Pressofusione di zinco ha tolleranze di precisione ancora più elevate di quelle standard e a volte sono necessari 65% controlli speciali. Tolleranze lineari: la precisione del primo pollice è di ±0,002 pollici, quella extra è di ±0,001.

Le tolleranze geometriche consistono in disallineamento (0,1 mm TIR stessa metà), planarità (0,005 pollici 3 pollici e meno, precisione) e angolarità. Spostamento della linea di demarcazione: +0,004 pollici rispetto alla linea di demarcazione entro 50 in 2.

Evitare i difetti più comuni

Spessori mal selezionati o porte mal posizionate causano porosità; riducetela con pareti uniformi e ingranaggi ottimizzati dal CAE. Un raffreddamento non uniforme causa distorsioni, che si evitano con superfici coronate e nervature. Un corretto tiraggio e filetti eliminano i difetti della superficie, come le chiusure a freddo. Consultate gli stampisti per le simulazioni.

Finiture e operazioni secondarie

Lo zinco è lavorabile e può essere facilmente post-lavorato; tuttavia, è progettato per ridurre al minimo la post-lavorazione. Aggiungere uno spessore di 0,010-0,030 pollici per la lavorazione. Le finiture sono placcatura (cosmetica), verniciatura o anodizzazione. Le classi superiori sono di 32 Ra ottenute come getto.

Applicazioni delle pressofusioni di zinco

Le pressofusioni di zinco sono molto popolari nelle industrie grazie alla loro flessibilità e all'alta qualità del lavoro.

Industria automobilistica

I componenti in pressofusione di zinco sono dominanti nei veicoli, compresi gli alloggiamenti delle serrature delle porte, i componenti delle cinture di sicurezza, i sistemi frenanti, i componenti dello sterzo, gli alloggiamenti dei sensori e le finiture decorative. Rispetto ad altri materiali, questi componenti presentano un'elevata resistenza agli urti e una lunga durata.

Telecomunicazioni ed elettronica

Lo zinco è utilizzato in elettronica per connettori, alloggiamenti, dissipatori di calore e componenti di schermatura EMI/RFI. La sua conduttività e la capacità di fabbricare componenti fini e a parete sottile consentono la produzione di componenti su piccola scala per computer, smartphone e apparecchiature di rete. ogni industria elettronica utilizza prodotti realizzati mediante pressofusione di zinco.

Beni di consumo e hardware

Viene solitamente utilizzato per serrature, rubinetti, maniglie, raccordi idraulici, giocattoli e ferramenta per l'edilizia. Lo zinco può essere rifinito con finiture accattivanti, che richiedono una finitura secondaria minima. Altri impieghi includono apparecchiature mediche, ingranaggi di macchine industriali e staffe.

Svantaggi della pressofusione di zinco

La pressofusione di zinco offre numerosi vantaggi, ma presenta anche alcune limitazioni che i produttori dovrebbero considerare prima di adottare questo metodo.

Vincoli di dimensione

La pressofusione di zinco può essere utilizzata soprattutto per pezzi di piccole e medie dimensioni. I componenti di grandi dimensioni sono difficili da produrre a causa dei vincoli delle macchine di pressofusione e delle dimensioni degli stampi. Per le sezioni più grandi, i processi di produzione alternativi possono essere più fattibili e meno costosi.

Costo iniziale elevato

Nel processo sono necessari utensili precisi e stampi speciali. La pressofusione di zinco non è quindi ideale per la produzione di bassi volumi. È invece conveniente per la produzione di grandi quantità.

Problemi di conducibilità termica

Le leghe di zinco sono altamente termoconduttive e quindi è difficile controllare il calore durante il processo di fusione. A causa di una cattiva gestione termica, possono verificarsi dei difetti, per cui è necessaria una buona progettazione dello stampo e un sistema di raffreddamento.

Conclusione

Pressofusione di zinco è emerso come un processo produttivo efficace per la creazione di componenti di alta precisione con forme complesse e tolleranze ristrette. Le particolari caratteristiche del materiale, tra cui l'elevata fluidità, il basso punto di fusione, l'alta stabilità dimensionale e la buona resistenza meccanica, rendono la pressofusione di zinco particolarmente adatta ai settori in cui la precisione, la longevità e la finezza della superficie sono di grande importanza.

L'utilizzo di principi di progettazione appropriati, come lo spessore uguale delle pareti, l'angolo di sformo sufficiente, i filetti arrotondati, l'ottimizzazione delle nervature e delle bugne e la posizione della linea di giunzione, possono aiutare notevolmente i produttori a eliminare difetti come porosità, distorsione e fiammata.

Questo risultato può essere ulteriormente migliorato scegliendo con cura una lega di zinco, come ad esempio Zamak 3, Zamak 5 o ZA-8, che meglio si adatta alle proprietà meccaniche e ai requisiti dell'applicazione.

Le tolleranze ottenibili con la pressofusione di zinco sono tolleranze di precisione che tendono a ridurre le lavorazioni secondarie, con conseguente accelerazione dei cicli di produzione e riduzione della spesa totale. Lo zinco ha anche un'eccellente capacità di finitura, che consente di placcare, verniciare o rivestire facilmente i pezzi, migliorandone la resistenza alla corrosione e l'aspetto.

Nel complesso, la pressofusione di zinco combina tutti questi fattori (precisione, resistenza, efficienza, economicità). Con metodi di progettazione appropriati e pressofusori qualificati, è in grado di fornire componenti di alta qualità e costanza per i settori automobilistico, elettronico, dei beni di consumo, delle apparecchiature mediche e dell'industria interna.

Domande frequenti

Perché si usa lo zinco nella pressofusione di precisione?

Lo zinco è un materiale a basso ritiro, ad alta fluidità, con tolleranze strette e buona finitura superficiale, adatto per pezzi di precisione.

Qual è lo spessore minimo delle pareti della pressofusione di zinco?

I componenti miniaturizzati di 0,020 pollici (0,5 mm) sono comunemente utilizzati, anche se si consiglia di utilizzare 0,040 pollici (1,0 mm).

Qual è la migliore lega di zinco da utilizzare per i pezzi di alta precisione?

Il più utilizzato è lo Zamak 3, che presenta stabilità dimensionale e pari proprietà meccaniche.

I componenti in zinco pressofuso sono applicabili a filettature e dettagli fini?

Sì, lo zinco accetta facilmente fori, filettature, sottosquadri e progetti complessi con una lavorazione minima.

La pressofusione di zinco può essere conveniente da produrre in grandi quantità?

Sì, è molto conveniente grazie ai tempi di ciclo rapidi, alla lunga durata dello stampo, alla ridotta post-elaborazione e alla riciclabilità.