Ontwerprichtlijnen voor zink spuitgietwerk voor precisieonderdelen

Zinkspuitgieten is een flexibele productiemethode waarbij gesmolten zinklegeringen onder hoge druk in een speciaal ontworpen mal worden gespoten om complexe en zeer nauwkeurige onderdelen te maken. Een dergelijke aanpak is vooral geschikt voor precisieonderdelen omdat zink een hoge vloeibaarheid en een laag smeltpunt heeft en zonder veel nabewerking kan worden bewerkt tot nauwe toleranties.

Zamak spuitgietwerk wordt gebruikt in industrieën zoals de auto-industrie, elektronica, consumentengoederen en medische apparatuur voor onderdelen zoals connectoren, tandwielen, behuizingen en complexe mechanismen die maattoleranties en een lange levensduur vereisen.

De meeste zinklegeringen worden verwerkt met warmkamermachines, die snelle cyclustijden en een constante kwaliteit mogelijk maken. Nauwkeurige onderdelen profiteren van het vermogen van zink om dunne wanden, complexe geometrieën en onderdelen met een nettovorm te produceren, wat materiaalverspilling en montagetijd vermindert.

Toch worden er hoge succespercentages bereikt als er specifieke ontwerpregels worden gevolgd en er rekening wordt gehouden met materiaaleigenschappen, vorm en verwerkingsparameters. Deze regels helpen defecten te verminderen, de maakbaarheid te verbeteren en de precisie te verhogen.

In dit artikel worden de belangrijkste richtlijnen beschreven die worden ondersteund door industrienormen die zijn opgesteld door organisaties om ingenieurs te helpen bij het ontwerpen van precisieonderdelen van zinkspuitgietwerk.

Voordelen van zink spuitgiet precisie onderdelen

Het gebruik van zink spuitgieten biedt verschillende voordelen, waardoor het een van de beste materialen is voor precisietoepassingen.

• Ten eerste biedt het de beste maatnauwkeurigheid met toleranties tot op nul komma honderdvijfentwintig (0,025 mm) of -0,001 inch (0,025 mm) mogelijk in geoptimaliseerde ontwerpen.
• Deze nauwkeurigheid is te danken aan de lage krimp en hoge vloeibaarheid van zink, zodat gesmolten metaal in een complexe vormholte kan worden gegoten en gevuld zonder de vorm te verlaten om te stollen.
• Ten tweede maakt zink dunwandig gieten mogelijk, met een minimale dikte van 0,635 mm (0,025 inch) in miniatuur en meestal 0,040 inch (1,016 mm) voor een betere oppervlakteafwerking.
• Dit bespaart op gewicht en materiaalkosten, maar is toch sterk genoeg voor gebruik in lichtgewicht precisieonderdelen zoals elektronische behuizingen en autosensoren.
• Ten derde bevordert het proces ingewikkelde geometrieën, evenals ondersnijdingen, draden en geïntegreerde elementen, die vaak niet opnieuw bewerkt hoeven te worden.
• De vervormbaarheid en slagvastheid van zink zorgen ervoor dat onderdelen niet worden blootgesteld aan mechanische spanningen en de gietbaarheid vermindert ook poreusheid en oppervlaktedefecten.
• Bovendien kunnen zinken onderdelen gemakkelijk worden geplateerd, geverfd of afgewerkt om ze te beschermen tegen corrosie en om er representatief uit te zien.
• Zink heeft een lager smeltpunt (circa 380-390 °C bij Zamak-legeringen) dan andere metalen, zoals aluminium of magnesium. Daardoor slijt de matrijs minder snel, gaat het gereedschap langer mee en zijn de productiekosten voor grote series lager.
• In het geval van precieze onderdelen betekent dit consistentie van hoge kwaliteit gedurende duizenden cycli. De milieuvoordelen omvatten volledige recyclebaarheid, wat aansluit bij milieuvriendelijke productiepraktijken.

Selectiemateriaal: Zinklegeringen

Het selecteren van de juiste zinklegering is belangrijk voor precisieonderdelen omdat het de mechanische eigenschappen, gietbaarheid en toleranties beïnvloedt. De Zamak spuitgietwerk serie (2, 3, 5, 7) en de ZA serie (8, 12, 27) hebben specifieke samenstellingen en prestatie-eigenschappen.

• De populairste is Zamak 3, dat een combinatie van sterkte, vervormbaarheid en maatvastheid biedt.
• Zamak 5 heeft een hogere hardheid en treksterkte, waardoor het het meest geschikt is voor onderdelen die worden belast.
• ZA-8 biedt een betere kruipweerstand en kan worden gebruikt in toepassingen bij hogere temperaturen.
• ZA-27 is sterker, maar moet in koude kamers worden gegoten vanwege het hoge aluminiumgehalte.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de soorten zinklegeringen die worden gebruikt bij de productie van precisieonderdelen:

Deze eigenschappen kunnen worden gebruikt om ervoor te zorgen dat zinklegeringen voldoen aan de precisiespecificaties en dat complexe onderdelen een hoge vloeibaarheidsscore hebben (1-2 op een schaal van 1-4; 1 is het beste). Om preciezer te zijn, fabrikanten zouden legeringen zoals Zamak 3 of ZA-8 willen kiezen vanwege hun stabiliteit en vermogen om nauwe toleranties te weerstaan.

Belangrijkste ontwerprichtlijnen

Goed zink spuitgieten is ontworpen om vloeien en uitwerpen te vergemakkelijken met behoud van sterkte tegen minimale kosten.

Wanddikte

De wanddikte moet uniform zijn om poreusheid en vervorming te voorkomen. Houd het voor precisieonderdelen binnen +/-10% en gebruik een minimale dikte van 0,040 inch (1 mm) voor een goede oppervlakteafwerking, en zo fijn als 0,020 inch (0,5 mm) bij miniatuurmodellen.

De verhouding tussen dikke en dunne doorsneden moet minder dan 3:1 zijn om de kans op porositeit te minimaliseren; bij voorkeur mag de verhouding tussen de diameter van de ingeschreven bol niet groter zijn dan 6:1.

Het dikker maken van de wanden bevordert de doorstroming, maar verhoogt de cyclustijd en het verbruik. Op afstanden van de ingate verandert de minimale dikte: minder dan 0,5 mm in gebieden van minder dan 50 mm, tot 2 mm op 200 mm.

Verschillende simulaties kunnen gebruikt worden om ontwerpen te controleren. Geef bij zinkgieten een minimum van 0,635 mm (0,025 inch) op in geselecteerde locaties, maar 1,016 mm (0,040 inch) in de beste locaties.

Opzethoeken

Trekhoeken helpen bij het uitwerpen van onderdelen en voorkomen schade aan de matrijs. Voor zink is de minimale trekhoek 0,5 ° -1 op buitenoppervlakken, 1- -1 op binnenoppervlakken en 0,1 ° -1 op ronde gaten. Korte elementen die gebruikmaken van bewegende delen (matrijselementen) kunnen in nul worden geprint, maar dat is duurder.

Voor ribben wordt een conus van 5-10 gebruikt als deze niet parallel is aan de krimp. Verschillende normen geven tochtberekeningen: standaardtoleranties zijn 50 (tochthoek ongeveer 1,9 graden bij een diepte van 1 inch) voor binnenwanden en 100 voor buitenwanden. Er zijn ook precisietoleranties die een constante trek van 60 en 120 toelaten.

Filets en stralen

Vullingen en radii moeten altijd worden toegevoegd omdat scherpe randen leiden tot spanningsconcentraties en matrijserosie. De minimale radius van de binnenste fillet is 0,4 mm en de buitenste 0,8 mm. Grotere radii (tot 0,063 inch of 1,6 mm) verbeteren de vloei en sterkte.

Er moeten minimale radii worden gebruikt (0,060 inch (1,5 mm) voor nokken en ribben). De radius bij hoge spanning mag niet kleiner zijn dan 1 mm; normen suggereren ±0,08/±0,04 inch (±2/±1 mm) in fillets. Dit verbetert de levensduur van het onderdeel en vermindert scheurvorming.

Ribben en bazen

Ribben versterken zonder bulk toe te voegen. Maak ondiepe, afgeronde ribben (hoogte/dikte verhouding niet meer dan 3:1) en verdeel ze gelijkmatig zodat ze niet vervormen. Hecht ribben aan wanden met vullingen om poreusheid in de kruising te voorkomen.

De hoogte van de nokken die worden gebruikt voor montage of schroefdraad moet gelijk zijn aan hun diameter en als de diameter groot is, moeten ze ribben hebben. Houd 6,5 mm (0,25 inch) afstand tussen de nokken. Toleranties van kritieke hoogtes kunnen worden opgenomen in ribben, zoals in de precisieontwerpen van ±0,001 inch (±0,025 mm) ribben.

Gaten en schroefdraad

Gaten in de kern maken de kern lichter en maken elementen zoals schroefdraad mogelijk. Maximale dieptes zijn ongeveer 3 mm diameter, 9 mm blind of 24 mm door; tot 12 mm diameter bij grotere openingen. Minstens 6 mm diameter, L/D-verhouding niet meer dan 4:1 in kleine gaten.

Overwegingen bij het afscheid

Het is het beste om de deellijn in een zo groot mogelijke doorsnede te plaatsen om zo min mogelijk uitlopers te produceren en gemakkelijk te kunnen bijsnijden. Verticale of gecompliceerde lijnen moeten vermeden worden; rechte hoeken van de matrijsbeweging zijn het beste. Toleranties op deellijnen zijn de som van de lineaire toleranties per geprojecteerd oppervlak.

Toleranties van precisieonderdelen

Zink spuitgieten heeft nog hogere precisietoleranties dan standaard en soms zijn 65% van die speciale controles nodig. Lineaire toleranties: eerste inch precisie is ±0,002 inch, extra is ±0,001.

Geometrische toleranties bestaan uit uitlijnfouten (0,1 mm TIR dezelfde helft), vlakheid (0,005 inch 3 inch en minder, precisie) en hoekigheid. Verschuiving van de deellijn: +0,004 inch tot deellijn binnen 50 in 2.

Veelvoorkomende defecten vermijden

Slecht gekozen diktes of verkeerd geplaatste poorten veroorzaken porositeit; verminder dit met uniforme wanden en CAE-geoptimaliseerde ingates. Niet-uniforme koeling veroorzaakt vervorming, wat wordt voorkomen bij gekroonde oppervlakken en ribben. De juiste trek en fillets elimineren oppervlaktedefecten zoals koude sluitingen. Raadpleeg de spuitgieters over simulaties.

Secundaire afwerkingen en bewerkingen

Zink is bewerkbaar en kan gemakkelijk nabewerkt worden; het is echter ontworpen om nabewerking tot een minimum te beperken. Voeg 0,010-0,030 in. bewerkingsvoorraad toe. Afwerkingen zijn ofwel galvaniseren (cosmetisch), verven of anodiseren. Superieure klassen zijn 32 Ra, zoals gegoten.

Toepassingen van zink spuitgietwerk

Zinken spuitgietstukken zijn erg populair in de industrie vanwege hun flexibiliteit en hoge kwaliteit.

Auto-industrie

Onderdelen van spuitgietwerk van zink zijn dominant in voertuigen, zoals behuizingen voor deursloten, onderdelen voor veiligheidsgordels, remsystemen, stuuronderdelen, behuizingen voor sensoren en decoratieve versieringen. Ze hebben een hoge slagvastheid en duurzaamheid in vergelijking met andere materialen.

Telecommunicatie en elektronica

Zink wordt in elektronica gebruikt in connectoren, behuizingen, koellichamen en EMI/RFI afschermingscomponenten. De geleidbaarheid en de mogelijkheid om fijne, dunwandige componenten te vervaardigen, maken de productie van kleinschalige componenten voor computers, smartphones en netwerkapparatuur mogelijk. Elke elektronische industrie gebruikt producten die zijn gemaakt door middel van zink spuitgieten.

Consumentengoederen en hardware

Meestal gebruikt in sloten, kranen, handgrepen, sanitair, speelgoed en bouwbeslag. Zink kan worden afgewerkt met aantrekkelijke afwerkingen en vereist minimale secundaire afwerking. Andere toepassingen zijn medische apparatuur, industriële machinetandwielen en beugels.

Nadelen van zink spuitgietwerk

Spuitgieten met zink biedt talloze voordelen, maar heeft ook bepaalde beperkingen die fabrikanten moeten overwegen voordat ze deze methode gaan gebruiken.

Groottebeperkingen

Zinkspuitgieten kan meestal worden gebruikt voor kleine tot middelgrote onderdelen. Grote onderdelen zijn moeilijk te produceren vanwege de beperkingen van spuitgietmachines en de grootte van de matrijzen. Bij grotere onderdelen kunnen alternatieve productieprocessen haalbaarder en goedkoper zijn.

Hoge initiële kosten

Nauwkeurig gereedschap en speciale mallen zijn nodig in het proces. Dit resulteert in een dure eerste opzet; zinkspuitgieten is dus niet ideaal voor de productie van kleine aantallen. Maar het is wel kosteneffectief voor bulkproductie.

Problemen met thermische geleidbaarheid

Zinklegeringen zijn zeer warmtegeleidend en daarom is het moeilijk om de warmte tijdens het gietproces onder controle te houden. Door slecht thermisch beheer kunnen defecten optreden en daarom zijn een goed matrijsontwerp en een koelsysteem nodig.

Conclusie

Zink spuitgieten heeft zich ontpopt als een effectief productieproces voor het maken van zeer nauwkeurige onderdelen met complexe vormen en nauwe toleranties. De speciale materiaalkenmerken, waaronder een hoge vloeibaarheid, een laag smeltpunt, een hoge maatvastheid en een goede mechanische sterkte, maken het zinkspuitgieten zeer geschikt voor industrieën waar precisie, duurzaamheid en een fijn oppervlak van groot belang zijn.

Het gebruik van de juiste ontwerpprincipes, zoals gelijke wanddikte, voldoende trekhoek, afgeronde vullingen, geoptimaliseerde ribben en nokken en de positie van de deellijn, kan fabrikanten enorm helpen om defecten zoals poreusheid, vervorming en uitvloeiing te elimineren.

Dit kan verder worden verbeterd door zorgvuldig een zinklegering te kiezen, zoals Zamak 3, Zamak 5 of ZA-8, die het beste past bij de mechanische eigenschappen en vereisten van de toepassing.

Toleranties die haalbaar zijn met zinkspuitgieten zijn precisietoleranties die neigen naar minder secundaire bewerkingen, wat resulteert in snellere productiecycli en lagere totale kosten. Zink kan ook uitstekend worden afgewerkt, waardoor onderdelen gemakkelijk kunnen worden geplateerd, geverfd of gecoat, wat de corrosiebestendigheid en het uiterlijk ten goede komt.

Over het geheel genomen combineert het spuitgieten van zink al deze factoren (precisie, sterkte, efficiëntie, kosteneffectiviteit). Met de juiste ontwerpmethodes en bekwame spuitgieters kan het consistente onderdelen van hoge kwaliteit leveren voor de auto-industrie, elektronica, consumptiegoederen, medische apparatuur en interne industrieën.

FAQs

Waarom wordt zink gebruikt in precisiezink spuitgietwerk?

Zink is een materiaal met lage krimp, hoge vloeibaarheid, nauwe tolerantie en goede oppervlaktefinish, geschikt voor precisieonderdelen.

Wat is de minimale wanddikte van het zink spuitgietwerk?

Miniatuurcomponenten van 0,5 mm (0,020 inch) worden vaak gebruikt, hoewel 0,040 inch (1,0 mm) ook wordt aanbevolen.

Wat is de beste zinklegering om te gebruiken voor onderdelen met hoge precisie?

De meest gebruikte is Zamak 3, dat maatvast is en gelijke mechanische eigenschappen heeft.

Zijn onderdelen van zinkspuitgietwerk geschikt voor schroefdraad en fijne details?

Ja, zink accepteert gemakkelijk gaten met kernen, schroefdraad, ondersnijdingen en complexe ontwerpen met weinig machinale bewerking.

Kan zink spuitgieten rendabel zijn om in grote aantallen te maken?

Ja, het is zeer kosteneffectief dankzij de snelle cyclustijd, lange levensduur van de matrijs, minder nabewerking en recycleerbaarheid.