Литье под давлением - это гибкий метод производства, который подразумевает впрыск расплавленного вещества цинкового сплава в специально разработанную форму под высоким давлением для создания сложных и высокоточных деталей. Такой подход особенно подходит для прецизионных деталей, поскольку цинк обладает высокой текучестью, низкой температурой плавления и может быть обработан с жесткими допусками без значительной последующей обработки.
Литье под давлением Zamak используется в таких отраслях, как автомобилестроение, электроника, производство потребительских товаров и медицинского оборудования для изготовления деталей, включая разъемы, шестерни, корпуса и сложные механизмы, требующие соблюдения допусков на размеры и долговечности.
Большинство цинковых сплавов обрабатывается на станках с горячей камерой, что обеспечивает быстрое время цикла и стабильное качество. Точность деталей обеспечивается благодаря способности цинка производить тонкие стенки, сложные геометрические формы и детали сетчатой формы, что сокращает отходы материала и время сборки.
Тем не менее, высокие показатели успеха достигаются при соблюдении определенных правил проектирования и учете свойств материала, формы и параметров обработки. Эти правила помогают уменьшить количество дефектов, улучшить технологичность и повысить точность.
В этой статье приведены основные рекомендации, поддерживаемые отраслевыми стандартами, установленными организациями, которые помогают инженерам разрабатывать прецизионные детали, отлитые из цинка.
Преимущества цинкового литья под давлением для прецизионных деталей
Использование литьё под давлением цинка обладает рядом преимуществ, что делает его одним из лучших материалов для прецизионных применений.
- Во-первых, он обеспечивает наилучшую точность размеров с допусками вплоть до ноль целых сто двадцать пять десятых (0,025 мм) или -0,001 дюйма (0,025 мм), что возможно в оптимизированных конструкциях.
- Такая точность обусловлена низкой усадкой и высокой текучестью цинка, благодаря чему расплавленный металл можно заливать в сложную полость формы и заполнять ее, не выходя из формы для застывания.
- Во-вторых, цинк допускает тонкостенное литье с минимальной толщиной 0,025 дюйма (0,635 мм) в миниатюре и обычно 0,040 дюйма (1,016 мм) для улучшения качества поверхности.
- Это позволяет снизить вес и стоимость материала, но при этом он достаточно прочен для использования в легких прецизионных деталях, таких как электронные корпуса и автомобильные датчики.
- В-третьих, этот процесс благоприятствует сложным геометрическим формам, а также подрезам, резьбе и интегрированным элементам, которые часто не нуждаются в повторной обработке.
- Пластичность и ударопрочность цинка гарантируют, что детали не будут подвергаться механическим нагрузкам, а его литейные свойства также уменьшают пористость и дефекты поверхности.
- Кроме того, цинковые детали можно легко покрывать, красить или отделывать, чтобы защитить от коррозии и придать им презентабельный вид.
- Цинк имеет более низкую температуру плавления (около 380-390 °C у сплавов Zamak), чем другие металлы, такие как алюминий или магний. Таким образом, снижается износ штампа, увеличивается срок службы инструмента и снижаются производственные затраты при изготовлении крупносерийных партий.
- В случае с прецизионными деталями это означает высокое качество на протяжении тысяч циклов. Экологические преимущества включают в себя возможность полной переработки, что соответствует экологичным методам производства.
Материал изготовления: Цинковые сплавы
Выбор правильного цинкового сплава очень важен для прецизионных деталей, поскольку он влияет на механические свойства, литейные возможности и допуски. На сайте Литье под давлением из замака серии (2, 3, 5, 7) и серии ZA (8, 12, 27) имеют специфические составы и эксплуатационные свойства.
- Самым популярным является Zamak 3, который обеспечивает сочетание прочности, пластичности и стабильности размеров.
- Zamak 5 обладает более высокой твердостью и прочностью на разрыв, что делает его наиболее подходящим для деталей, подвергающихся нагрузкам.
- ZA-8 обладает повышенной стойкостью к ползучести и может применяться при более высоких температурах.
- В то время как ZA-27 более прочная, но из-за высокого содержания алюминия должна отливаться в холодных камерах.
В таблице ниже приведены виды цинковых сплавов, используемых при изготовлении прецизионных деталей:
| Виды цинкового сплава | Прочность на разрыв (ksi/MPa) | Удлинение % | Твердость (BHN) | Плотность г/см³ | Предел текучести (МПа) | Температура плавления °C |
| Замак 2 | 52/359 | 7 | 100 | 6.6 | 283 | 379-390 |
| Замак 3 | 41/283 | 10 | 82 | 6.6 | 269 | 381-387 |
| Замак 5 | 48/328 | 7 | 91 | 6.6 | 283-269 | 380-386 |
| Замак 7 | 41/283 | 13 | 80 | 6.6 | 310-331 | 381-387 |
| ZA 8 | 54/372 | 6-10 | 100-106 | 6.3 | 359-379 | 375-404 |
| ZA-12 | 59/400 | 4-7 | 95-105 | 6.03 | 145 | 377-432 |
| ZA-27 | 62/426 | 2.0-3.5 | 116-122 | 5.3 | Н/Д | 372-484 |
Эти свойства могут быть использованы для обеспечения соответствия цинковых сплавов прецизионным спецификациям и высокой текучести сложных деталей (1-2 по шкале 1-4; 1 - наилучшая). Если быть более точным, то производители должны выбирать такие сплавы, как Zamak 3 или ZA-8, благодаря их стабильности и способности выдерживать жесткие допуски.
Основные принципы проектирования
Хорошо литьё под давлением цинка разработан для облегчения подачи и выталкивания, сохраняя при этом прочность при минимальных затратах.
Толщина стенок
Толщина стенок должна быть равномерной, чтобы избежать пористости и деформации. Для прецизионных деталей следует поддерживать толщину в пределах +/-10% и использовать минимальную толщину 0,040 дюйма (1 мм) для хорошей обработки поверхности, а для миниатюрных моделей - до 0,020 дюйма (0,5 мм).
Соотношение толстых и тонких секций должно составлять менее 3:1, чтобы минимизировать вероятность пористости; желательно, чтобы соотношение диаметров вписанных сфер не превышало 6:1.
Утолщение стенок повышает пропускную способность, но увеличивает время цикла и расход. На расстоянии от влива минимальная толщина изменяется: менее 0,5 мм на участках менее 50 мм, до 2 мм на участках 200 мм.
Для проверки конструкции можно использовать различные моделирования. При литье цинка указывайте минимум 0,025 дюйма (0,635 мм) в отдельных местах, но 0,040 дюйма (1,016 мм) в местах наилучшего качества.
Углы наклона
Углы вытяжки помогают выталкивать детали и предотвращают повреждение штампа. Для цинка минимальные углы вытяжки составляют 0,5 ° -1 на внешних поверхностях, 1- -1 на внутренних поверхностях и 0,1 ° -1 на круглых отверстиях. Короткие детали, в которых используются движущиеся части (элементы штампа), можно печатать в нулевом режиме, но это дороже.
Для ребер используется конусность 5-10, если они не параллельны усадке. Различные стандарты дают расчеты осадки: стандартные допуски составляют 50 (угол осадки примерно 1,9 градуса при глубине 1 дюйм) для внутренних стен и 100 - для внешних. Существуют также прецизионные допуски, допускающие постоянную осадку 60 и 120.
Филе и радиусы
Филе и радиусы всегда следует добавлять, поскольку острые края приводят к концентрации напряжений и эрозии штампа. Минимальный радиус внутренней галтели составляет 0,016 дюйма (0,4 мм), а внешней - 0,031 дюйма (0,8 мм). Радиусы большего размера (до 0,063 дюйма или 1,6 мм) повышают текучесть и прочность.
Следует использовать минимальные радиусы (0,060 дюйма (1,5 мм) для бобышек и ребер). Радиус при высоких напряжениях не должен быть меньше 1 мм; стандарты предлагают ±0,08/±0,04 дюйма (±2/±1 мм) в галтелях. Это увеличивает срок службы детали и уменьшает образование трещин.
Ребра и боссы
Ребра усиливают конструкцию, не увеличивая ее объем. Создайте неглубокие, закругленные ребра (отношение высоты к толщине не более 3:1) и равномерно распределите их, чтобы они не деформировались. Приклеивайте ребра к стенам с помощью галтелей, чтобы избежать пористости в местах пересечения.
Высота бобышек, используемых для крепления или нарезания резьбы, должна быть равна их диаметру, а при большом диаметре они должны иметь ребра. Расстояние между бобышками должно составлять 0,25 дюйма (6,5 мм). Допуски на критическую высоту могут быть заключены в ребрах, например, в прецизионных конструкциях с ребрами ±0,001 дюйма (±0,025 мм).
Сверленые отверстия и резьба
Отверстия, проделанные в сердцевине, делают ее более легкой и позволяют использовать такие элементы, как резьба. Максимальная глубина - около 3 мм в диаметре, 9 мм глухих или 24 мм сквозных; до 12 мм в диаметре при больших отверстиях. Диаметр не менее 0,25 дюйма (6 мм), соотношение L/D не более 4:1 в маленьких отверстиях.
Соображения по поводу разделительной линии
Лучше всего размещать линию пробора на как можно большем участке, чтобы создать наименьшее количество вспышек и обеспечить легкую обрезку. Следует избегать вертикальных или сложных линий; лучше всего использовать прямые углы плоскости движения штампа. Допуски на линии раздела представляют собой сумму линейных допусков на проектируемую площадь.
| Прогнозируемая площадь | Допуск (+in) |
| До 10 | +0.0045 |
| 11-20 | +0.005 |
| 21-50 | +0.006 |
| 51-100 | +0.009 |
Допуски прецизионных деталей
Литье под давлением с цинком имеет еще более высокие допуски точности, чем стандартные, и иногда 65% них требуется специальный контроль. Линейные допуски: точность первого дюйма - ±0,002 дюйма, дополнительного - ±0,001.
| Размер (мм) | Допуск (мм) |
| 0-25 | 0.10 |
| 26-32 | 0.12 |
| 33-40 | 0.14 |
| 41-50 | 0.16 |
Геометрические допуски состоят из несоосности (0,1 мм TIR одной половины), плоскостности (0,005 дюйма 3 дюйма и менее, точность) и угловатости. Смещение линии раздела: +0,004 дюйма к линии раздела в пределах 50 дюймов 2.
Избегание распространенных дефектов
Плохо подобранная толщина или неправильно расположенные затворы вызывают пористость; уменьшите ее с помощью однородных стенок и оптимизированных CAE вводов. Неравномерное охлаждение вызывает деформацию, которая предотвращается с помощью корончатых поверхностей и ребер. Правильная осадка и галтели устраняют поверхностные дефекты, такие как холодные выступы. Проконсультируйтесь с литейщиками по вопросам моделирования.
Вторичная отделка и операции
Цинк поддается механической обработке и легко поддается постобработке; однако он разработан таким образом, чтобы свести постобработку к минимуму. Добавьте запас на обработку 0,010-0,030 дюйма. Финишная обработка - это либо гальваническое покрытие (косметическое), либо покраска, либо анодирование. Высший класс - 32 Ra, полученный в литом виде.
Области применения цинкового литья под давлением
Литье под давлением из цинка очень популярно в промышленности благодаря своей гибкости и высокому качеству.
Автомобильная промышленность
Компоненты литья под давлением из цинка доминируют в автомобилях, включая корпуса дверных замков, компоненты ремней безопасности, тормозные системы, компоненты рулевого управления, корпуса датчиков и декоративную отделку. Они обладают высокой ударопрочностью и долговечностью по сравнению с другими материалами.
Телекоммуникации и электроника
Цинк используется в электронике в разъемах, корпусах, теплоотводах и компонентах для экранирования электромагнитных и радиочастотных помех. Его электропроводность и способность изготавливать тонкие, тонкостенные компоненты позволяют производить малогабаритные компоненты для компьютеров, смартфонов и сетевого оборудования. Любая электронная промышленность использует изделия, изготовленные методом литья под давлением из цинка.
Потребительские товары и оборудование
Обычно используется в замках, кранах, ручках, сантехнической арматуре, игрушках и строительной фурнитуре. Цинк может иметь привлекательную отделку, требующую минимальной вторичной обработки. Другие области применения включают медицинское оборудование, шестерни промышленных машин и кронштейны.
Недостатки цинкового литья под давлением
Литье под давлением с использованием цинка обладает многочисленными преимуществами, однако у него есть и определенные ограничения, которые производители должны учитывать, прежде чем использовать этот метод.
Ограничения по размеру
Литье под давлением с использованием цинка применяется в основном для изготовления деталей малого и среднего размера. Крупные детали трудно производить из-за ограничений, связанных с машинами для литья под давлением и размерами форм. При изготовлении крупных деталей более целесообразными и менее дорогостоящими могут быть альтернативные производственные процессы.
Высокая первоначальная стоимость
При этом требуется точная оснастка и специальные формы. Это приводит к дорогостоящему первоначальному оборудованию; таким образом, литье под давлением цинка не является идеальным для мелкосерийного производства. Но оно рентабельно для крупносерийного производства.
Проблемы с теплопроводностью
Цинковые сплавы обладают высокой теплопроводностью, поэтому в процессе литья трудно контролировать тепло. Из-за плохой терморегуляции могут возникнуть дефекты, поэтому требуется хорошая конструкция формы и система охлаждения.
Заключение
Литье под давлением с цинком стал эффективным производственным процессом для создания высокоточных деталей сложной формы с узкими допусками. Особые характеристики материала, включая высокую текучесть, низкую температуру плавления, высокую стабильность размеров и хорошую механическую прочность, делают цинковое литье под давлением хорошо подходящим для отраслей, где точность, долговечность и чистота поверхности имеют большое значение.
Использование соответствующих принципов проектирования, таких как равная толщина стенок, достаточный угол осадки, закругленные галтели, оптимизированные ребра и бобышки, а также расположение линии раздела, может значительно помочь производителям устранить такие дефекты, как пористость, деформация и вспышка.
Это можно улучшить, если тщательно подобрать цинковый сплав, например Zamak 3, Zamak 5 или ZA-8, которые наилучшим образом соответствуют механическим свойствам и требованиям применения.
Допуски, достижимые при литье под давлением цинка, - это прецизионные допуски, которые, как правило, уменьшают вторичную механическую обработку, что приводит к ускорению производственного цикла и снижению общих затрат. Цинк также обладает превосходными финишными свойствами, что позволяет легко наносить на детали покрытие, краску или лак, повышая их коррозионную стойкость и улучшая внешний вид.
В целом, литье под давлением цинка сочетает в себе все эти факторы (точность, прочность, эффективность, экономичность). При наличии соответствующих методов проектирования и квалифицированных литейщиков оно может обеспечить стабильно высокое качество деталей для автомобильной, электронной, потребительской, медицинской и внутренней промышленности.
Вопросы и ответы
Почему цинк используется в прецизионном литье под давлением?
Цинк - это материал с низкой усадкой, высокой текучестью, жесткими допусками и хорошей поверхностью, подходящий для изготовления прецизионных деталей.
Какова минимальная толщина стенок цинкового литья под давлением?
Обычно используются миниатюрные компоненты размером 0,020 дюйма (0,5 мм), хотя рекомендуется также использовать 0,040 дюйма (1,0 мм).
Какой цинковый сплав лучше всего использовать для изготовления высокоточных деталей?
Наиболее широко используется Zamak 3, который отличается стабильностью размеров и одинаковыми механическими свойствами.
Применимы ли литые детали из цинка для резьбы и тонких деталей?
Да, цинк легко принимает отверстия, резьбу, подрезы и сложные конструкции с минимальной механической обработкой.
Может ли литье под давлением цинка быть экономически эффективным при производстве большого количества изделий?
Да, он очень экономичен благодаря быстрому времени цикла, длительному сроку службы матрицы, сокращению времени последующей обработки и возможности вторичной переработки.
