Retningslinjer for design av presisjonsdeler i sinkstøpegods

Trykkstøping av sink er en fleksibel produksjonsmetode som innebærer at smeltet sinklegering sprøytes inn i en spesialdesignet støpeform under høyt trykk for å skape komplekse deler med høy presisjon. En slik tilnærming er spesielt egnet for presisjonsdeler fordi sink har høy flyteevne, et lavt smeltepunkt og kan bearbeides til tette toleranser uten mye etterbehandling.

Zamak pressstøping brukes i bransjer som bilindustrien, elektronikk, forbruksvarer og medisinsk utstyr til deler, inkludert kontakter, tannhjul, hus og komplekse mekanismer som krever dimensjonstoleranser og lang levetid.

De fleste sinklegeringer bearbeides i varmkammermaskiner, noe som gir raske syklustider og jevn kvalitet. Nøyaktige deler drar nytte av sinkens evne til å produsere tynne vegger, komplekse geometrier og nettformede deler, noe som reduserer materialavfall og monteringstid.

Likevel oppnår man høye suksessrater når man følger spesifikke designregler og tar hensyn til materialegenskaper, form, fasong og prosessparametere. Disse reglene bidrar til å redusere antall defekter, forbedre produserbarheten og øke presisjonen.

Denne artikkelen beskriver de viktigste retningslinjene som støttes av bransjestandarder fastsatt av organisasjoner for å hjelpe ingeniører med å designe presisjonsdeler i sinkstøpegods.

Fordeler med presisjonsstøping av presisjonsdeler i sink

Bruken av trykkstøping av sink har flere fordeler som gjør det til et av de beste materialene for presisjonsapplikasjoner.

• For det første gir den den beste dimensjonsnøyaktigheten med toleranser helt ned til 0,025 mm (0,025 mm) eller -0,001 tommer (0,025 mm) i optimaliserte konstruksjoner.
• Denne nøyaktigheten skyldes sinkens lave krymping og høye flytbarhet, slik at smeltet metall kan helles i et komplekst formhulrom og fylles uten å forlate formen for å stivne.
• For det andre tillater sink tynnveggsstøping, med en minimumstykkelse på 0,635 mm (0,025 tommer) i miniatyr og vanligvis 1,016 mm (0,040 tommer) for bedre overflatefinish.
• Dette sparer vekt og materialkostnader, samtidig som det er sterkt nok til å brukes i lette presisjonsdeler som elektroniske kabinetter og bilsensorer.
• For det tredje favoriserer prosessen intrikate geometrier, samt underskjæringer, gjenger og integrerte funksjoner, som ofte ikke trenger å bearbeides på nytt.
• Sinkets duktilitet og slagfasthet sikrer at delene ikke utsettes for mekaniske påkjenninger, og støpbarheten reduserer også porøsitet og overflatedefekter.
• Dessuten er det enkelt å plettere, lakkere eller etterbehandle sinkdeler for å beskytte dem mot korrosjon og for å gi dem et presentabelt utseende.
• Sink har et lavere smeltepunkt (ca. 380-390 °C med Zamak-legeringer) enn andre metaller, for eksempel aluminium eller magnesium. Dette reduserer slitasjen på verktøyene, gir lengre levetid og lavere produksjonskostnader for store serier.
• Når det gjelder presise deler, betyr dette at kvaliteten er konstant over tusenvis av sykluser. Miljøfordelene inkluderer full resirkulerbarhet, noe som er i tråd med miljøvennlig produksjonspraksis.

Valg av materiale: Sinklegeringer

Valg av riktig sinklegering er viktig for presisjonsdeler fordi det påvirker de mekaniske egenskapene, støpbarheten og toleransene. Den Zamak trykkstøping (2, 3, 5, 7) og ZA-serien (8, 12, 27) har spesifikke sammensetninger og ytelsesegenskaper.

• Den mest populære er Zamak 3, som gir en kombinasjon av styrke, duktilitet og formstabilitet.
• Zamak 5 har høyere hardhet og strekkfasthet, noe som gjør den best egnet til deler som utsettes for belastning.
• ZA-8 gir bedre krympebestandighet og kan brukes i bruksområder med høyere temperaturer.
• ZA-27 er sterkere, men bør støpes i kaldkammer på grunn av det høye aluminiuminnholdet.

Tabellen nedenfor oppsummerer hvilke typer sinklegeringer som brukes i produksjonen av presisjonsdeler:

Disse egenskapene kan brukes til å sikre at sinklegeringer oppfyller presisjonsspesifikasjonene og at komplekse deler har høy flytbarhet (1-2 på en skala fra 1-4; 1 er best). For å være mer nøyaktig, bør produsenter velge legeringer som Zamak 3 eller ZA-8 på grunn av deres stabilitet og evne til å tåle trange toleranser.

Viktige retningslinjer for design

Bra trykkstøping av sink er utformet for å lette flyt og utstøting, samtidig som styrken opprettholdes til en minimal kostnad.

Veggtykkelse

Veggtykkelsen bør være jevn for å unngå porøsitet og forvrengning. For presisjonsdeler bør du holde den innenfor +/-10% og bruke en minimumstykkelse på 1 mm (0,040 tommer) for å få en god overflatefinish, og så fin som 0,020 tommer (0,5 mm) i miniatyrmodeller.

Forholdet mellom tykke og tynne seksjoner bør være mindre enn 3:1 for å minimere sjansen for porøsitet. Forholdet mellom innskrevne kuleformede diametre bør helst ikke overstige 6:1.

Tykkere vegger forbedrer gjennomstrømningen, men øker syklustiden og forbruket. For avstander vekk fra innløpet endres minimumstykkelsen: under 0,5 mm i områder mindre enn 50 mm, opp til 2 mm ved 200 mm.

Ulike simuleringer kan brukes til å kontrollere design. Ved sinkstøping bør du spesifisere et minimum på 0,635 mm (0,025 tommer) på utvalgte steder, men 1,016 mm (0,040 tommer) på de beste støpestedene.

Utkast til vinkler

Utkastvinkler bidrar til å skyve ut deler og forhindre skade på matrisen. For sink er minimumsutkastene 0,5 ° -1 på utvendige overflater, 1- -1 på innvendige overflater og 0,1 ° -1 på runde hull. Korte funksjoner som bruker bevegelige deler (dyseelementer) kan skrives ut i null, men det er dyrere.

For ribber brukes en avsmalning på 5-10 når den ikke er parallell med krympingen. Det finnes ulike standarder for beregning av trekk: Standardtoleransene er 50 (trekkvinkel ca. 1,9 grader ved 1 tommers dybde) for innvendige vegger og 100 for utvendige vegger. Det finnes også presisjonstoleranser som tillater 60 og 120 konstante trekk.

Fileter og radier

Fileter og radier bør alltid legges til, siden skarpe kanter fører til spenningskonsentrasjoner og erosjon av matrisen. Minste radius på innvendig filet er 0,4 mm (0,016 tommer), og 0,8 mm (0,031 tommer) på utsiden. Større radier (opptil 1,6 mm) gir bedre flyt og styrke.

Minimumsradier bør brukes (1,5 mm (0,060 tommer) for bosses og ribber). Radius ved høy belastning bør ikke være mindre enn 1 mm; standarder foreslår ±0,08/±0,04 tommer (±2/±1 mm) i fileter. Dette forbedrer delens levetid og reduserer sprekkdannelser.

Ribbein og sjefer

Ribber forsterker armeringen uten å gjøre den større. Lag grunne, avrundede ribber (høyde/tykkelse-forhold ikke mer enn 3:1), og plasser dem jevnt slik at de ikke forvrenges. Fest ribber til vegger med fileter for å unngå porøsitet i skjæringspunktet.

Høyden på bossene som brukes til å montere eller gjenge må være lik diameteren, og når diameteren er stor, må de ha ribber. Hold en avstand på 6,5 mm (0,25 tommer) mellom bossene. Toleranser på kritiske høyder kan holdes innenfor ribbene, for eksempel i presisjonskonstruksjoner med ±0,025 mm (±0,001 tommer) ribb.

Kjernehull og gjenger

Hullene i kjernen gjør den lettere og gjør det mulig å bruke elementer som for eksempel gjenger. Maksimal dybde er rundt 3 mm i diameter, 9 mm blind eller 24 mm gjennomgående; opp til 12 mm i diameter med større åpninger. Minst 6 mm i diameter, L/D-forhold ikke mer enn 4:1 i små hull.

Betraktninger rundt avskjedslinjen

Det er best å plassere skillelinjen i et så stort snitt som mulig, slik at det blir minst mulig blits og lett å trimme. Vertikale eller kompliserte linjer bør unngås; rette vinkler i formbevegelsesplanet er best. Toleransene på skillelinjene er summen av de lineære toleransene, etter projisert areal.

Toleranser for presisjonsdeler

Pressstøping av sink har enda høyere presisjonstoleranser enn standard, og noen ganger er 65% av disse spesialkontrollene nødvendige. Lineære toleranser: første tommers presisjon er ±0,002 tommer, ekstra er ±0,001.

Geometriske toleranser består av feiljustering (0,1 mm TIR samme halvdel), planhet (0,005 tommer 3 tommer og mindre, presisjon) og vinklethet. Forskyvning av skillelinjen: +0,004 tommer til skillelinjen innenfor 50 tommer 2.

Unngå vanlige feil

Dårlig valgte tykkelser eller feilplasserte grinder forårsaker porøsitet; reduser den med ensartede vegger og CAE-optimaliserte ingater. Ujevn avkjøling fører til forvrengning, noe som forhindres med kronede overflater og ribber. Riktig utkast og fileter eliminerer overflatedefekter som for eksempel kaldstanser. Rådfør deg med støperiene om simuleringer.

Sekundær etterbehandling og drift

Sink er maskinbearbeidbart og kan lett etterbearbeides, men det er utformet for å minimere etterbearbeiding. Legg til 0,010-0,030 tommer maskinbearbeidingsmateriale. Etterbehandling er enten plettering (kosmetisk), maling eller anodisering. Overlegen klasse er 32 Ra oppnådd som støpt.

Bruksområder for støpegods av sink

Støpegods i sink har vært svært populært i industrien på grunn av sin fleksibilitet og høye kvalitet.

Bilindustrien

Komponenter støpt i sink er dominerende i kjøretøy, blant annet dørlåshus, sikkerhetsbelter, bremsesystemer, styrekomponenter, sensorhus og dekorlister. Disse har høy slagfasthet og holdbarhet sammenlignet med andre materialer.

Telekommunikasjon og elektronikk

Sink brukes i elektronikk i kontakter, hus, kjøleribber og EMI/RFI-skjermingskomponenter. Sinkets ledningsevne og evne til å fremstille fine, tynnveggede komponenter gjør det mulig å produsere små komponenter til datamaskiner, smarttelefoner og nettverksutstyr. Alle elektronikkbransjer bruker produkter som er laget ved hjelp av sinkstøping.

Forbruksvarer og maskinvare

Brukes vanligvis i låser, kraner, håndtak, rørleggerarmaturer, leker og bygningsbeslag. Sink kan etterbehandles med tiltalende overflater, og krever minimal etterbehandling. Andre bruksområder omfatter medisinsk utstyr, gir til industrimaskiner og braketter.

Ulemper ved pressstøping av sink

Støping med sink har mange fordeler, men den har også visse begrensninger som produsentene bør ta hensyn til før de tar i bruk denne metoden.

Begrensninger i størrelse

Pressstøping av sink kan for det meste brukes til små og mellomstore deler. Store komponenter er vanskelige å produsere på grunn av begrensninger i trykkstøpemaskinene og størrelsen på formene. For større deler kan alternative produksjonsprosesser være mer gjennomførbare og rimeligere.

Høy startkostnad

Prosessen krever presise verktøy og spesialformer. Dette resulterer i en kostbar startfase, og sinkstøping er derfor ikke ideelt for produksjon av små volumer. Men det er kostnadseffektivt for bulkproduksjon.

Problemer med varmeledningsevne

Sinklegeringer er svært varmeledende, og det er derfor vanskelig å kontrollere varmen under støpeprosessen. På grunn av dårlig varmestyring kan det oppstå defekter, og derfor er det nødvendig med god formdesign og et kjølesystem.

Konklusjon

Pressstøping av sink har utviklet seg til å bli en effektiv produksjonsprosess for å skape komponenter med høy presisjon, komplekse former og små toleranser. De spesielle materialegenskapene, blant annet høy flyteevne, lavt smeltepunkt, høy dimensjonsstabilitet og god mekanisk styrke, gjør at trykkstøping av sink egner seg godt til industrier der presisjon, lang levetid og overflatefinhet er av stor betydning.

Ved å bruke riktige designprinsipper, for eksempel lik veggtykkelse, tilstrekkelig trekkvinkel, avrundede fileter, optimaliserte ribber og bosses, og plasseringen av skillelinjen, kan produsentene i stor grad bidra til å eliminere defekter som porøsitet, forvrengning og overslag.

Dette kan forbedres ytterligere ved å velge en sinklegering, for eksempel Zamak 3, Zamak 5 eller ZA-8, som passer best til de mekaniske egenskapene og kravene til bruksområdet.

Presisjonstoleransene som oppnås med trykkstøping i sink, gjør at sekundær bearbeiding reduseres, noe som gir raskere produksjonssykluser og lavere totale utgifter. Sink har også utmerket finish, noe som gjør det enkelt å plettere, male eller overflatebehandle delene, noe som forbedrer korrosjonsbestandigheten og utseendet.

I det store og hele kombinerer sinkstøping alle disse faktorene (presisjon, styrke, effektivitet, kostnadseffektivitet). Med egnede designmetoder og dyktige støpere kan sinkstøping gi konsistente deler av høy kvalitet til bilindustrien, elektronikkindustrien, forbruksvarer, medisinsk utstyr og egen industri.

Vanlige spørsmål

Hvorfor brukes sink i presisjonsstøping av sink?

Sink er et materiale med lav krymping, høy flyteevne, tett toleranse og god overflatefinish som egner seg for presisjonsdeler.

Hva er minste veggtykkelse på sinkstøpegods?

Miniatyrkomponenter på 0,020 tommer (0,5 mm) er vanlig å bruke, men 0,040 tommer (1,0 mm) anbefales også.

Hva er den beste sinklegeringen å bruke på høypresisjonsdeler?

Den mest brukte er Zamak 3, som har dimensjonsstabilitet og like mekaniske egenskaper.

Kan sinkstøpte komponenter brukes til gjenger og fine detaljer?

Ja, sink aksepterer lett kjernehull, gjenger, underskjæringer og komplekse konstruksjoner med lite maskinering.

Er det kostnadseffektivt å støpe sink i store serier?

Ja, det er svært kostnadseffektivt på grunn av rask syklustid, lang levetid på matrisen, redusert etterbehandling og resirkulerbarhet.