Due ingegneri della stessa azienda citano la stessa parte, uno specifica l'alluminio A380, l'altro Zamak 3.una differenza di peso del 60%In linea di principio, nessuno dei due ingegneri si sbaglia, entrambi hanno preso una decisione di selezione del materiale senza eseguire il confronto completo.E uno di loro scoprirà l' errore dopo che il dado sarà stato tagliato..
La colata a stiro in alluminio e la colata a stiro in zinco sono i due processi di colata a stiro a pressione più utilizzati nella produzione globale.metallo fuso forzato sotto pressione in una cavità in acciaio induritoOltre a ciò, essi divergono significativamente su ogni proprietà importante per un ingegnere di prodotto: densità, rapporto resistenza/peso, punto di fusione, tipo di processo di fusione, spessore minimo della parete,Morire vita, resistenza alla corrosione, capacità di finitura superficiale ed economia per parte.
Questa guida confronta l'alluminio A380 con le leghe di zinco Zamak 3 e Zamak 5 su ogni dimensione che guida le decisioni di selezione dei materiali.avrai i dati per fare la scelta giusta prima che il budget degli attrezzi sia impegnato.
| Risposta rapidaLa colata a stiro in alluminio (A380 è la lega più comune) produce parti leggere e conduttive termicamente con un elevato rapporto resistenza/peso.Si utilizza il processo di camera fredda a causa dell'alluminio ′s 660 gradi Celsius punto di fusione e si adatta automotiveLa fusione a stiro di zinco (Zamak 3 e Zamak 5 sono le leghe più comuni) produce leghe più dense,parti più pesanti con una maggiore precisione dimensionale, una durata di vita più lunga (fino a 10 volte l'alluminio), un punto di fusione inferiore (385 gradi Celsius) e una qualità di rivestimento superiore.connessioniScegliere l'alluminio quando il peso e la temperatura sono importanti, scegliere lo zinco quando la sottilità della parete, la qualità del rivestimento, la durata della matrice e la precisione dimensionale delle piccole parti sono importanti. |
Qual è la differenza fondamentale tra la colata a pressione di alluminio e di zinco?
La differenza più importante tra la colata a stiro in alluminio e in zinco non è una proprietà della lega.e che la differenza di processo guida le differenze a valle nel tempo di ciclo, durata, spessore della parete di parte, e il costo totale del programma.
Fusione a stiro in alluminio: processo in camera fredda
L'alluminio ha un punto di fusione di circa 660 gradi Celsius.il meccanismo di iniezione si degraderebbe rapidamente se fosse tenuto a contatto con il metallo fuso durante ogni cicloL'alluminio utilizza quindi il processo della camera fredda,in cui il metallo fuso viene spinto in una camera di tiro separata per ogni ciclo prima di essere iniettato nella matriceIl processo della camera fredda aggiunge un passo a ogni ciclo, aumenta il tempo di ciclo del 20 al 30 per cento rispetto alla camera calda e espone il manico di tiro a shock termico ad ogni ciclo.Il risultato è un ciclo più lungo e un'usura della macchina più elevata rispetto allo zinco, ma le proprietà meccaniche e il vantaggio di peso dell'alluminio giustificano questo costo per le applicazioni in cui sono necessari.
Fusione a stiro di zinco: processo a camera calda
Le leghe di zinco si sciolgono a 385-420 gradi Celsius a seconda del grado specifico di Zamak, una temperatura abbastanza bassa da mantenere il meccanismo di iniezione immerso continuamente nel bagno di metallo fuso.La macchina a camera calda mantiene il metallo in uno stato fuso nel corpo della macchina e inietta direttamente da quel serbatoio nella matrice ad ogni ciclo. la fusione a caldo elimina la fase di imballaggio, riduce il tempo di ciclo del 30 al 50 per cento più velocemente rispetto alla camera fredda per dimensioni di parte equivalenti, riduce lo shock termico sul sistema di iniezione,e produce una minore porosità poiché la pressione di iniezione viene applicata in modo più coerenteLa temperatura di processo più bassa estende anche la durata della matrice in modo drammatico: le matrice di zinco producono in genere da 500.000 a 1.000 ml.000L'obiettivo è quello di ridurre il numero di proiezioni prima della sostituzione, rispetto a 100.000 o 300.000 proiezioni per le matrici in alluminio di complessità equivalente.
I confronti pubblicati da fonti dell'industria della colata a pressione confermano che le matrici in lega di zinco durano abitualmente fino a 10 volte più a lungo rispetto alle matrici in alluminio per la stessa geometria della parte,un vantaggio di costo che si compone in modo significativo nei programmi ad alto volumeAltri prodotti.
In che modo l'alluminio A380 e Zamak 3 e Zamak 5 zinco si confrontano sulle proprietà meccaniche?
La seguente tabella confronta le tre leghe di fusione a stiro più ampiamente specificate: A380 (leghe di fusione a stiro di alluminio dominante in Nord America ed Europa),Zamak 3 (legatura di zinco standard per la maggior parte delle applicazioni commerciali), e Zamak 5 (la lega di zinco più resistente utilizzata quando sono richieste una maggiore durezza e resistenza all'usura).
| Immobili | A380 alluminio | Zamak 3 Zinco | Zamak 5 Zinco |
|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | 325 MPa | Da 215 a 250 MPa | da 270 a 310 MPa |
| Forza di resa | 160 MPa | da 140 a 170 MPa | 210 MPa |
| Densità | 20,71 g/cm3 | 60,60 g/cm3 | 60,60 g/cm3 |
| Punto di fusione | Da 540 a 660 gradi C | Da 381 a 387 gradi C | Da 380 a 386 gradi C |
| Conduttività termica | 96 W/m·K | 113 W/m·K | 109 W/m·K |
| Durezza Brinell | 80 HB | 82 HB | 91 HB |
| Allungamento alla rottura | 30,5% | 10 per cento | 7 per cento |
| Spessore minimo della parete | 2.3 a 2.5 mm | 00,8 a 1,0 mm | 00,8 a 1,0 mm |
| Die Life (scatti tipici) | 100,000 a 300,000 | 500,000 a 1,000,000+ | 500,000 a 1,000,000+ |
| Processo di fusione | Camera a freddo | Camera calda | Camera calda |
| Tolleranza di dimensioni per cast | 0.1 mm a 0.2 mm | 0da 0,05 mm a 0,1 mm | 0da 0,05 mm a 0,1 mm |
| Resistenza alla corrosione | Buono (anodizzato o verniciato) | Buono (strato di ossido stabile) | Buono (strato di ossido stabile) |
| Qualità del rivestimento | Moderato (richiede un pretrattamento) | Eccellente (piatti direttamente) | Eccellente (piatti direttamente) |
| Costo relativo delle materie prime | 1.0x (baseline) | 00,7x a 0,85x | 00,75x a 0,90x |
La differenza di densità tra A380 (2.71 g/cm3) e Zamak 3 (6.60 g/cm3) è la proprietà più decisiva nella selezione dei materiali per la maggior parte delle applicazioni.Una parte di zinco che pesa 100 grammi pesa 41.5 grammi in alluminio con geometria equivalente. Per qualsiasi applicazione in cui i costi di spedizione, il risparmio di carburante del veicolo o il budget di peso strutturale sono importanti,Il vantaggio del peso dell'alluminio è una decisione a livello di programma che prevale sulla maggior parte delle altre considerazioniAltri prodotti.
Dove vince l'alluminio e dove il zinco?
Nessuna delle due leghe è universalmente superiore, ma ognuna vince in modo decisivo in specifiche categorie di applicazioni, e tali categorie sono definite da requisiti di parti misurabili, non da preferenze generali.
L'alluminio A380 è la scelta più chiara
L'alluminio vince in ogni applicazione in cui il peso della parte determina un risultato funzionale o economico.telaio di grandi apparecchiature elettroniche di consumo, e gli alloggiamenti delle attrezzature industriali richiedono tutti alluminio perché la penalità di peso di zinco di 2,4 volte è inaccettabile per le dimensioni e la quantità delle parti in questione.
La gestione termica è il secondo vantaggio dell'alluminio: la conduttività termica di 96 W/m·K dell'A380, combinata con la sua bassa densità, lo rende il materiale standard per dissipatori di calore, alluminio per illuminazione a LED,contenitori per inverterLa maggiore conduttività termica dello zinco (113 W/m·K) non compensa il suo 2.4 volte la penalità di peso nelle applicazioni termiche in cui la massa del dissipatore di calore deve essere ridotta al minimo.
L'anodizzazione di tipo II e tipo III crea uno strato di ossido di alluminio duro direttamente sulla superficie, fornendo protezione dalla corrosione, resistenza all'usura e colore in una sola operazione.Lo zinco non può essere anodizzatoPer le applicazioni che richiedono finiture cosmetiche anodizzate, l'anodizzazione può essere effettuata con un'anodizzazione di anidride carbonica.L'alluminio è l'unica opzione di fusione a stiro.
Dove lo zinco Zamak 3 e Zamak 5 sono la scelta più chiara
Lo zinco vince su parti piccole, complesse e di grande volume dove le pareti sottili, la complessa geometria interna e le strette tolleranze sono i requisiti primari..Per i piccoli componenti hardware, i connettori, i cilindri di blocco, le cerniere, i dispositivi di accoppiamento, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerniere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchiere, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, le cerchi, lee accessori decorativi dove la geometria richiede pareti sottili e dettagli fini, la capacità di fusione dello zinco non può essere eguagliata dall'alluminio.
La durata della matrice è il vantaggio economico più significativo dello zinco a volumi di produzione elevati.000 colpi significa che il costo dell'utensile per pezzo è da 5 a 10 volte inferiore per lo zinco in un programma di produzione sostenutoPer un prodotto hardware di consumo di 500.000 unità all'anno, una matrice di zinco dura due anni prima della sostituzione.
Piastre di zinco direttamente senza l'aggressivo pretrattamento richiesto per l'alluminio.e rivestimento in rame tutti aderiscono a Zamak 3 e Zamak 5 con chimica elettroplatazione standard, che produce superfici decorative di qualità speculare utilizzate in attrezzature per bagni, maniglie di porte, fibbie per cinture e rivestimenti interni per automobili.L'alluminio richiede un rivestimento intermedio di conversione chimica prima che il rivestimento aderisca, che aggiunge una fase di processo e aumenta i tassi di rigetto nelle linee di verniciatura.
La protezione da interferenze elettromagnetiche (EMI) è un vantaggio specifico dello zinco.La densità più elevata e la conduttività elettrica dello zinco lo rendono più efficace dell'alluminio nell'attenuare le radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza, il che lo rende il materiale preferito per gli alloggiamenti dei connettori, gli alloggiamenti di schermatura RF e il piccolo hardware elettronico in cui è richiesta la conformità EMI.
Come si sceglie la giusta lega di fusione a stampa per la propria applicazione?
Il quadro decisionale di seguito riporta le categorie di applicazioni reali alla lega corretta in base al requisito funzionale che determina la decisione.poi la temperatura, poi geometria, poi finitura, poi economia del volume.
| Tipo di applicazione | Requisito primario | Legatura corretta | Motivo |
|---|---|---|---|
| Alloggiamento strutturale per autoveicoli (maniglia della porta, supporto) | Basso peso, moderata resistenza | A380 alluminio | Peso di zinco penale inaccettabile a questa dimensione della parte e il peso del budget automobilistico |
| Alloggiamento della batteria del veicolo elettrico o copertura dell'estremità del motore | Basso peso, gestione termica | A380 alluminio | La densità e la conduttività termica favoriscono l'alluminio per i componenti di elettrificazione |
| Casco per dissipatore di calore o per inverter per illuminazione a LED | Dissipazione del calore, basso peso | A380 alluminio | Anodizzante per la resistenza alla corrosione e dissipatore di calore a bassa massa |
| Cinturino di chiusura o meccanismo a camme | Pareti sottili, tolleranza stretta, resistenza all'usura | Zamak 5 Zinco | Capacità di parete inferiore a 1 mm, tolleranza a fusione di 0,05 mm, durezza superiore per l'usura |
| Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 | Superficie di specchio, qualità del rivestimento | Zamak 3 Zinco | Cromatura diretta su zinco, senza pretrattamento, superficie speculare da stampo lucido |
| Alloggiamento per connettori ad alto volume (500.000 unità/anno o più) | Basso costo per pezzo, geometria complessa | Zamak 3 Zinco | 10 volte la durata della matrice rispetto all'alluminio, velocità di ciclo della camera calda, capacità di parete sottile per i connettori |
| Cassa elettronica di consumo (di medie dimensioni, verniciata) | Peso, cosmetici, costo | A380 alluminio | Vantaggio di peso critico per elettronica portatile, vernice o finitura in polvere |
| Cassa di schermatura EMI per elettronica RF | Protezione elettromagnetica | Zamak 3 Zinco | Densità e conduttività più elevate forniscono una migliore attenuazione rispetto all'alluminio allo stesso spessore della parete |
| Fabbricazione a partire da materiali di cui al capitolo 85 | Rapporto resistenza/peso, peso | A380 alluminio | La penalità di peso di 2,4 volte dello zinco lo elimina dalle applicazioni aerospaziali critiche per il peso |
| Apparecchiature decorative ad alto volume (fascia della cintura, cerniera) | Qualità della superficie, dettaglio, costo | Zamak 3 Zinco | Dettaglio di parete sottile, rivestimento diretto, lunga durata della matrice riduce i costi ad alto volume |
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Guida e fonti relative alla tecnologia di Elite Mold
Guida correlata: guida completa del selettore del processo di fabbricazione, opzioni di finitura delle superfici di colata a stampa, servizi di colata a stampa.
Referenze autorizzate: North American Die Casting Association (NADCA), ASTM International standard di leghe di fusione a stampa.
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Domande frequenti
Perché la fusione a stiro di zinco è meno costosa dell'alluminio per piccole parti ad alto volume?
Il vantaggio in termini di costi del zinco per piccole parti ad alto volume deriva da tre fattori di composizione.000La produzione di zinco è molto più elevata rispetto a quella dell'alluminio, con un valore di circa 15 000 colpi prima della sostituzione, rispetto a 100 000-300 000 colpi per l'alluminio.000 costi di sostituzioneUn matrice di alluminio equivalente richiede la sostituzione ogni 2 o 7 mesi, moltiplicando il costo annuale degli attrezzi.la fusione in camera calda di zinco è dal 30 al 50 per cento più veloce per ciclo rispetto alla fusione in camera fredda di alluminio, aumentando la potenza della macchina all'ora e riducendo il costo del tempo della macchina per pezzo.la qualità superiore della superficie di zinco e la capacità di rivestimento diretto riducono o eliminano le fasi di finitura richieste all'alluminioLa combinazione di una durata più lunga, di un tempo di ciclo più breve e di un minor numero di operazioni secondarie rende lo zinco costantemente più economico dell'alluminio per piccole parti a volumi di produzione superiori a 50.000 unità all'anno.
Le fusioni a stampa di zinco possono essere utilizzate in ambienti ad alta temperatura?
Le leghe di zinco mantengono le loro proprietà meccaniche abbastanza bene a temperatura ambiente e in ambienti di servizio miti, ma hanno significativi limiti al di sopra dei 100 gradi Celsius.La resistenza al sollevamento delle leghe Zamak diminuisce significativamente al di sopra dei 70-80 gradi Celsius sotto carico prolungatoApplicazioni automobilistiche sotto il cofano, componenti adiacenti alle fonti di calore,e parti che subiscono cicli termici tra temperature ambientali e temperature elevate devono essere valutate attentamente rispetto ai dati pubblicati sulle proprietà a temperatura elevata per il grado specifico Zamak. Zamak 5 offre una migliore resistenza al sollevamento rispetto a Zamak 3 a temperature elevate a causa del suo maggiore contenuto di rame.:mantiene proprietà strutturali utili fino a 200 gradi Celsius ed è specificamente progettato per applicazioni a temperatura elevata, come le carcasse del motore, le casse della trasmissione,e gli involucri degli inverter in cui lo zinco si deforma sotto carico nel tempo.
Qual è la differenza tra le leghe di zinco Zamak 3 e Zamak 5?
Zamak 3 e Zamak 5 sono entrambe leghe di zinco-alluminio-magnesio della famiglia Zamak, e differiscono principalmente per il contenuto di rame.mentre Zamak 5 contiene circa 0L'aggiunta di rame aumenta la resistenza alla trazione di Zamak 5 ′ da 215 a 250 MPa a 270 a 310 MPa, aumenta la durezza di Brinell da 82 HB a 91 HB,e migliora la resistenza all'usura e alla resistenza al sollevamento a temperature elevateIl compromesso è la ridotta duttilità: l'allungamento di Zamak 5 scende al 7% da Zamak 3 ′s 10%, rendendolo leggermente più fragile sotto impatto.Zamak 3 è il default globale per la maggior parte delle applicazioni commerciali di fusione a stiro di zinco in cui la finitura superficiale e la casturabilità sono le principali preoccupazioni. Zamak 5 è specificato quando il pezzo subisce carichi meccanici più elevati, contatto con l'usura o temperature di servizio superiori a 70 gradi Celsius.Zamak 7 è una terza opzione che riduce il contenuto di magnesio per migliorare la duttilità e il flusso per le caratteristiche di parete sottile più fini, utilizzato principalmente in hardware piccoli e complessi in cui la precisione dimensionale allo spessore minimo della parete è il requisito critico.
Le fusioni in alluminio possono essere cromate come lo zinco?
Il cromaggio delle fusioni a stiro in alluminio è possibile, ma è significativamente più complesso e costoso rispetto al zincaggio.L'alluminio forma naturalmente uno strato di ossido stabile che impedisce alla chimica di galvanoplastica standard di aderirePrima della verniciatura, l'alluminio deve essere gravato chimicamente per rimuovere lo strato di ossido, quindi trattato con zincato per depositare uno strato sottile di zinco che collega la superficie dell'alluminio alla chimica della verniciatura,poi il rame è battuto prima di applicare lo strato finale di cromo o nichelQuesta sequenza di pretrattamento in più passaggi aggiunge passaggi di processo, costi chimici e rischio di rigetto rispetto alla verniciatura diretta dello zinco.Per applicazioni che richiedono superfici decorative cromate su componenti fusi a stampaLe fusioni a stampo in alluminio sono più comunemente finite con anodizzazione, rivestimento in polvere, verniciatura o colpo di esplosione.processi che lavorano direttamente con la superficie dell'alluminio senza un ampio pretrattamento.
Qual è lo spessore minimo della parete che ogni lega di fusione a stiro può raggiungere?
Lo spessore minimo della parete nella fusione a stiro è controllato dalla fluidità della lega alla temperatura di fusione e dalla capacità di pressione della macchina.con un'intensità di calore non superiore a 50 W, si ottengono spessori minimi di parete da 0,8 a 1,0 mm su piccole parti con un'apertura e una ventilazione adeguatamente progettati.parti molto dettagliate come i connettori in miniaturaL'alluminio A380, versato in macchine a camera fredda a temperature più elevate con fluidità inferiore, raggiunge spessori minimi di parete da 2,3 a 2.5 mm in modo affidabileLe pareti inferiori a 2 mm nella colata a stiro in alluminio richiedono un'attenta progettazione dei cancelli, velocità di iniezione più elevate e un controllo rigoroso del processo per evitare chiusure a freddo e riempimento incompleto.La differenza di 5 volte nello spessore minimo della parete tra zinco e alluminio è spesso il fattore decisivo per le piccole parti in cui la geometria richiede sezioni sottili che l'alluminio non può riempire in modo affidabile.
In che modo la porosità differisce tra la colata a stiro in alluminio e quella in zinco e influisce essa sulle prestazioni strutturali?
La porosità è un problema sia nella fusione a stiro in alluminio che in zinco, ma differisce per gravità e origine.La colata a stiro in alluminio è più sensibile alla porosità del gas perché l'alluminio assorbe l'idrogeno dall'umidità nell'atmosfera e dai lubrificanti alla sua temperatura di lavorazione più elevataLa porosità dell'idrogeno crea piccoli vuoti sferici distribuiti attraverso la sezione trasversale della fusione che riducono la resistenza alla stanchezza e possono causare difetti cosmetici della superficie dopo la lavorazione o l'anodizzazione.Fusione a stiro a vuoto, ventilazione ottimizzata e degassaggio della fusione riducono ma non eliminano la porosità dell'alluminio.produce livelli di porosità più bassi nella produzione standard in camera caldaIl risultato è che le fusioni a stiro di zinco sono generalmente più coerenti dal punto di vista strutturale e più adatte alle applicazioni che richiedono tenuta alla pressione.Per applicazioni strutturali in cui la porosità potrebbe creare un punto di guastoPer le grandi parti strutturali in alluminio, in cui la porosità è un problema, il zinc è un vantaggio reale.le varianti del processo di fusione a striscio e a vuoto possono ridurre la porosità a livelli accettabili.
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