Linii directoare pentru proiectarea pieselor de precizie turnate sub presiune din zinc

Turnarea sub presiune a zincului este o metodă de producție flexibilă care presupune injectarea de materie topită din aliaj de zinc într-o matriță special concepută, cu presiune ridicată, pentru a crea piese complexe și de înaltă precizie. O astfel de abordare este potrivită în special pentru piesele de precizie, deoarece zincul are o fluiditate ridicată, un punct de topire scăzut și poate fi prelucrat la toleranțe strânse fără prea multe prelucrări ulterioare.

Zamak turnare sub presiune este utilizat în industrii precum automobile, electronică, bunuri de consum și dispozitive medicale pentru piese, inclusiv conectori, angrenaje, carcase și mecanisme complexe care necesită toleranțe dimensionale și longevitate.

Majoritatea aliajelor de zinc sunt prelucrate cu ajutorul mașinilor cu cameră fierbinte, care permit cicluri rapide și o calitate constantă. Piesele precise beneficiază de capacitatea zincului de a produce pereți subțiri, geometrii complexe și piese de formă netă, reducând risipa de material și timpul de asamblare.

Cu toate acestea, se obțin rate ridicate de succes atunci când sunt respectate reguli specifice de proiectare și sunt luate în considerare proprietățile materialelor, forma, forma și parametrii de prelucrare. Aceste reguli contribuie la reducerea defectelor, la îmbunătățirea fabricabilității și la sporirea preciziei.

Acest articol identifică orientările majore susținute de standardele industriale stabilite de organizații pentru a ajuta inginerii să proiecteze piese de precizie din zinc turnat sub presiune.

Avantajele turnării sub presiune a pieselor de precizie din zinc

Utilizarea zinc turnare sub presiune oferă mai multe beneficii, fiind unul dintre cele mai bune materiale pentru aplicații de precizie.

• În primul rând, oferă cea mai bună precizie dimensională, cu toleranțe apropiate de zero virgulă o sută douăzeci și cinci (0,025 mm) sau -0,001 inci (0,025 mm) posibile în proiectele optimizate.
• Această precizie se datorează contracției reduse și fluidității ridicate a zincului, astfel încât metalul topit poate fi turnat într-o cavitate de matriță complexă și umplut fără a părăsi matrița pentru solidificare.
• În al doilea rând, zincul permite turnarea cu pereți subțiri, cu o grosime minimă de 0,025 inci (0,635 mm) în miniatură și, în general, 0,040 inci (1,016 mm) pentru finisaje de suprafață îmbunătățite.
• Acest lucru reduce greutatea și costurile materialelor, dar este suficient de puternic pentru a fi utilizat în piese ușoare de precizie, cum ar fi carcasele electronice și senzorii auto.
• În al treilea rând, procesul favorizează geometriile complicate, precum și decupajele, filetele și elementele integrate, care adesea nu trebuie să fie prelucrate din nou.
• Ductilitatea și rezistența la impact a zincului asigură faptul că piesele nu sunt supuse la tensiuni mecanice, iar turnabilitatea sa reduce, de asemenea, porozitatea și defectele de suprafață.
• În plus, componentele din zinc pot fi ușor placate, vopsite sau finisate pentru a proteja împotriva coroziunii și pentru a avea un aspect prezentabil.
• Zinc are un punct de topire mai scăzut (aproximativ 380-390 °C cu aliajele Zamak) decât alte metale, precum aluminiul sau magneziul. Astfel, se reduce uzura matriței, ceea ce permite prelungirea duratei de viață a sculei și reducerea costurilor de producție pentru loturile de mare volum.
• În cazul pieselor precise, acest lucru se traduce prin consecvență de înaltă calitate pe parcursul a mii de cicluri. Avantajele de mediu includ reciclabilitatea completă, care se aliniază practicilor de producție ecologice.

Material de selecție: Aliaje de zinc

Selectarea aliajului de zinc corect este importantă pentru piesele de precizie, deoarece afectează proprietățile mecanice, capacitatea de turnare și toleranțele. Caracteristicile Zamak turnat sub presiune (2, 3, 5, 7) și seria ZA (8, 12, 27) au compoziții și proprietăți de performanță specifice.

• Cel mai popular este Zamak 3, care oferă o combinație de rezistență, ductilitate și stabilitate dimensională.
• Zamak 5 are o duritate și o rezistență la tracțiune mai mari, fiind cel mai potrivit pentru piesele supuse unor sarcini.
• ZA-8 oferă o rezistență mai bună la fluaj și poate fi utilizat în aplicații la temperaturi mai ridicate.
• În timp ce ZA-27 este mai puternic, dar trebuie turnat în camere reci datorită conținutului său ridicat de aluminiu.

Tabelul de mai jos va rezuma tipurile de aliaje de zinc utilizate în fabricarea pieselor de precizie:

Aceste proprietăți pot fi utilizate pentru a se asigura că aliajele de zinc îndeplinesc specificațiile de precizie și că piesele complexe au scoruri ridicate de fluiditate (1-2 pe o scară 1-4; 1 este cel mai bun). Pentru a fi mai exacți, producătorii ar dori să aleagă aliaje precum Zamak 3 sau ZA-8 datorită stabilității și capacității lor de a rezista toleranțelor strânse.

Orientări cheie privind proiectarea

Bun zinc turnare sub presiune este conceput pentru a facilita fluxul și ejecția, menținând în același timp rezistența la un cost minim.

Grosimea peretelui

Grosimea peretelui trebuie să fie uniformă pentru a evita porozitatea și deformarea. Pentru piesele de precizie, păstrați-o în limitele +/-10% și utilizați o grosime minimă de 0,040 inci (1 mm) pentru o finisare bună a suprafeței, și la fel de fină ca 0,020 inci (0,5 mm) în cazul modelelor miniaturale.

Raportul dintre secțiunile groase și cele subțiri trebuie să fie mai mic de 3:1 pentru a minimiza riscul de porozitate; de preferință, raportul dintre diametrele sferelor înscrise nu trebuie să depășească 6:1.

Grosirea pereților îmbunătățește debitul, dar crește durata ciclului și consumul. La distanțe depărtate de lingou, grosimea minimă se modifică: sub 0,5 mm în zone mai mici de 50 mm, până la 2 mm la 200 mm.

Pot fi utilizate diferite simulări pentru verificarea proiectelor. În cazul turnării zincului, specificați un minim de 0,635 mm (0,025 inci) în locațiile selectate, dar 1,016 mm (0,040 inci) în locațiile cele mai bune ca turnare.

Unghiuri de proiectare

Unghiurile de tragere ajută la ejectarea pieselor și previn deteriorarea matriței. Pentru zinc, unghiurile minime sunt de 0,5 ° -1 pe suprafețele exterioare, 1 ° -1 pe suprafețele interioare și 0,1 ° -1 pe găurile rotunde. Elementele scurte care utilizează părți mobile (elemente ale matriței) pot fi imprimate în zero, dar sunt mai scumpe.

Pentru nervuri, se utilizează o conicitate de 5-10 atunci când nu este paralelă cu contracția. Diferitele standarde oferă calcule de pescaj: toleranțele standard sunt de 50 (unghi de pescaj de aproximativ 1,9 grade la o adâncime de 1 inch) pentru pereții interiori și de 100 pentru pereții exteriori. Există, de asemenea, toleranțe de precizie care permit un tiraj constant de 60 și 120.

Fileuri și raze

Trebuie adăugate întotdeauna filete și raze, deoarece marginile ascuțite conduc la concentrarea tensiunilor și la eroziunea matriței. Raza minimă a filetului interior este de 0,016 inci (0,4 mm), iar cea exterioară de 0,031 inci (0,8 mm). Razele de dimensiuni mai mari (până la 0,063 inci sau 1,6 mm) îmbunătățesc curgerea și rezistența.

Ar trebui utilizate raze minime (1,5 mm (0,060 inch) pentru bosaje și nervuri). Raza la solicitări mari nu trebuie să fie mai mică de 1 mm; standardele sugerează ±0,08/±0,04 inci (±2/±1 mm) în filete. Acest lucru îmbunătățește durata de viață a piesei și reduce fisurarea.

Coaste și șefi

Nervurile sporesc ranforsarea fără a adăuga volum. Creați nervuri puțin adânci, rotunjite (raportul înălțime/grosime nu mai mare de 3:1) și spațiați-le uniform astfel încât să nu fie deformate. Lipiți nervurile de pereți cu filete pentru a evita porozitatea în intersecție.

Înălțimea bosajelor utilizate pentru montare sau filetare trebuie să fie egală cu diametrul acestora, iar atunci când diametrul este mare, acestea trebuie să aibă nervuri. Păstrați o distanță de 0,25 inci (6,5 mm) între bosaje. Toleranțele înălțimilor critice pot fi cuprinse în nervuri, cum ar fi în cazul modelelor de precizie cu nervuri de ± 0,001 inci (± 0,025 mm).

Găuri și filete găurite

Găurile făcute în miez îl fac mai ușor și permit elemente precum firele. Adâncimile maxime sunt de aproximativ 3 mm diametru, 9 mm orb sau 24 mm prin; până la 12 mm diametru cu deschideri mai mari. Cel puțin 6 mm (0,25 inch) în diametru, raportul L/D nu mai mare de 4:1 în găurile mici.

Considerații privind linia de despărțire

Cel mai bine este să plasați linia de separare în cea mai mare secțiune posibilă pentru a produce cea mai mică cantitate de strălucire și pentru a permite o tăiere ușoară. Trebuie evitate liniile verticale sau complicate; unghiurile drepte ale planului de mișcare al matriței sunt cele mai bune. Toleranțele la liniile de separare sunt suma celor liniare, în funcție de suprafața proiectată.

Toleranțe ale pieselor de precizie

Zinc turnat sub presiune are toleranțe de precizie chiar mai mari decât cele standard și, uneori, sunt necesare 65% din aceste controale speciale. Toleranțe liniare: precizia primului inch este de ±0,002 inch, extra este de ±0,001.

Toleranțele geometrice constau în nealiniere (0,1 mm TIR aceeași jumătate), planeitate (0,005 inch 3 inch și mai puțin, precizie) și unghiularitate. Deplasarea liniei de separație: +0,004 inch față de linia de separație în limita a 50 in 2.

Evitarea defectelor comune

Grosimile slab selectate sau porțile amplasate greșit cauzează porozitate; reduceți-o cu pereți uniformi și inginerii optimizate CAE. Răcirea neuniformă cauzează distorsiuni, care sunt prevenite prin suprafețe bombate și nervuri. Tirajul și filetele adecvate elimină defectele de suprafață, cum ar fi închiderile la rece. Consultați turnătorii de matrițe cu privire la simulări.

Finisaje și operațiuni secundare

Zincul este prelucrabil și poate fi ușor postprocesat; cu toate acestea, este proiectat pentru a minimiza postprocesarea. Adăugați un stoc de prelucrare de 0,010-0,030 inch. Finisajele sunt fie placare (cosmetică), vopsire sau anodizare. Clasele superioare sunt de 32 Ra obținute în stare turnată.

Aplicații ale pieselor turnate sub presiune din zinc

Piesele turnate sub presiune din zinc au fost foarte populare în industrie datorită flexibilității și calității lor.

Industria auto

Componentele turnate sub presiune din zinc sunt dominante în vehicule, inclusiv carcasele de blocare a ușilor, componentele centurilor de siguranță, sistemele de frânare, componentele de direcție, carcasele senzorilor și ornamentele decorative. Acestea au o rezistență ridicată la impact și durabilitate în comparație cu alte materiale.

Telecomunicații și electronică

Zincul este utilizat în electronică în conectori, carcase, radiatoare și componente de ecranare EMI/RFI. Conductivitatea și capacitatea sa de a fabrica componente fine, cu pereți subțiri, permit fabricarea de componente la scară mică pentru computere, smartphone-uri și echipamente de rețea. fiecare industrie electronică utilizează produse fabricate prin turnare sub presiune a zincului.

Bunuri de consum și hardware

Utilizat de obicei la încuietori, robinete, mânere, fitinguri sanitare, jucării și feronerie pentru construcții. Zincul poate fi finisat cu finisaje atrăgătoare, necesitând o finisare secundară minimă. Alte utilizări includ echipamente medicale, angrenaje pentru mașini industriale și suporturi.

Dezavantajele turnării sub presiune a zincului

Turnarea sub presiune a zincului oferă numeroase avantaje; cu toate acestea, are și anumite limitări pe care producătorii trebuie să le ia în considerare înainte de a adopta această metodă.

Constrângeri de dimensiune

Turnarea sub presiune a zincului poate fi utilizată mai ales pentru piese de dimensiuni mici și medii. Componentele mari sunt dificil de produs din cauza constrângerilor impuse de mașinile de turnare sub presiune și de dimensiunea matrițelor. În cazul secțiunilor mai mari, procesele de producție alternative pot fi mai fezabile și mai puțin costisitoare.

Cost inițial ridicat

În acest proces sunt necesare scule precise și matrițe speciale. Prin urmare, turnarea zincului sub presiune nu este ideală pentru producția de volum redus. Dar este rentabilă pentru producția în masă.

Probleme cu conductivitatea termică

Aliajele de zinc sunt foarte conductoare termic și, prin urmare, este dificil să se controleze căldura în timpul procesului de turnare. Din cauza unui management termic defectuos, pot apărea defecte și, prin urmare, sunt necesare o bună proiectare a matriței și un sistem de răcire.

Concluzie

Zinc turnat sub presiune a apărut ca un proces de fabricație eficient pentru crearea de componente de înaltă precizie cu forme complexe și toleranțe reduse. Caracteristicile speciale ale materialului, inclusiv fluiditatea ridicată, un punct de topire scăzut, stabilitate dimensională ridicată și rezistență mecanică bună, fac ca turnarea sub presiune a zincului să fie potrivită pentru industriile în care precizia, longevitatea și finețea suprafeței sunt de mare importanță.

Utilizarea unor principii de proiectare adecvate, cum ar fi grosimea egală a peretelui, unghiul de tragere suficient, filetele rotunjite, nervurile și proeminențele optimizate și poziția liniei de separare, poate ajuta foarte mult producătorii să elimine defecte precum porozitatea, distorsiunea și strălucirea.

Acest lucru poate fi îmbunătățit în continuare prin selectarea cu atenție a unui aliaj de zinc, cum ar fi Zamak 3, Zamak 5 sau ZA-8, care se potrivește cel mai bine proprietăților mecanice și cerințelor aplicației.

Toleranțele obținute prin turnarea zincului sub presiune sunt toleranțe de precizie care tind să reducă prelucrările secundare, rezultând în cicluri de producție mai rapide și cheltuieli totale mai mici. Zincul are, de asemenea, o finisabilitate excelentă, permițând pieselor să fie placate, vopsite sau acoperite cu ușurință, îmbunătățind rezistența la coroziune și aspectul.

În ansamblu, turnarea sub presiune a zincului combină toți acești factori (precizie, rezistență, eficiență, rentabilitate). Cu ajutorul unor metode de proiectare adecvate și al unor turnători calificați, se pot furniza piese consistente, de înaltă calitate, pentru industria auto, electronică, a bunurilor de consum, a echipamentelor medicale și pentru industria internă.

Întrebări frecvente

De ce este utilizat zincul în turnarea de precizie a zincului sub presiune?

Zincul este un material cu contracție redusă, fluiditate ridicată, toleranță strânsă și finisare bună a suprafeței, potrivit pentru piese de precizie.

Care este grosimea minimă a peretelui de zinc turnat sub presiune?

Componentele miniaturale care măsoară 0,020 inci (0,5 mm) sunt utilizate în mod obișnuit, deși se recomandă și 0,040 inci (1,0 mm).

Care este cel mai bun aliaj de zinc pentru piese de înaltă precizie?

Cel mai utilizat este Zamak 3, care are stabilitate dimensională și proprietăți mecanice egale.

Componentele din zinc turnat sub presiune sunt aplicabile pentru fire și detalii fine?

Da, zincul acceptă cu ușurință găuri, filete, tăieturi subțiri și modele complexe cu o prelucrare redusă.

Turnarea zincului sub presiune poate fi rentabilă pentru producerea în cantități mari?

Da, este foarte rentabil datorită timpului rapid de ciclu, duratei lungi de viață a matriței, post-procesării reduse și reciclabilității.