Два инженера из одной компании цитируют одну и ту же деталь. Один указывает алюминий А380. В другом указан Zamak 3. В котировках указана разница в стоимости 40 процентов, разница в весе 60 процентов и разница в ожидаемом сроке службы матрицы в 10 раз. Ни один инженер не прав в принципе. Оба приняли решение о выборе материала, не проведя полного сравнения, и один из них обнаружит ошибку после того, как кубик будет вырезан.
Литье алюминия под давлением и литье цинка под давлением являются двумя наиболее широко используемыми процессами литья под давлением в мировом производстве. У них один и тот же фундаментальный процесс: расплавленный металл нагнетается под давлением в полость штампа из закаленной стали. Помимо этого, они существенно различаются по каждому свойству, имеющему значение для инженера-технолога: плотности, соотношению прочности к весу, температуре плавления, типу процесса литья, минимальной толщине стенок, сроку службы матрицы, коррозионной стойкости, качеству поверхности и экономичности каждой детали.
В этом руководстве алюминий A380 сравнивается с цинковыми сплавами Zamak 3 и Zamak 5 по всем параметрам, которые определяют выбор материала. К концу у вас будут данные, позволяющие сделать правильный выбор, прежде чем будет утвержден бюджет на инструменты.
| Быстрый ответЛитье алюминия под давлением (наиболее распространенный сплав A380) позволяет получать легкие, теплопроводящие детали с высоким соотношением прочности к весу. Он использует процесс холодной камеры из-за температуры плавления алюминия 660 градусов по Цельсию и подходит для автомобильной, аэрокосмической, электронной и электромобилей, где вес имеет решающее значение. Литье цинка под давлением (наиболее распространенными сплавами являются Zamak 3 и Zamak 5) позволяет получить более плотные и тяжелые детали с более высокой точностью размеров при литье, более длительным сроком службы матрицы (до 10 раз выше алюминия), более низкой температурой плавления (385 градусов по Цельсию) и превосходным качеством покрытия. Он использует процесс горячей камеры и подходит для небольшого, сложного, крупногабаритного оборудования, разъемов и декоративных компонентов. Выбирайте алюминий, когда вес и температура имеют значение. Выбирайте цинк, когда важны тонкость стенок, качество покрытия, срок службы штампа и точность размеров мелких деталей. |
В чем фундаментальная разница между литьем под давлением алюминия и цинка?
Самая важная разница между литьем под давлением алюминия и цинка не является свойством сплава. Это процесс литья, который требуется для каждого материала, и эта разница в процессе приводит к последующим различиям во времени цикла, сроке службы матрицы, толщине стенки детали и общей стоимости программы.
Литье алюминия под давлением: процесс в холодной камере
Алюминий имеет температуру плавления около 660 градусов по Цельсию. При этой температуре механизм впрыска быстро выйдет из строя, если он будет оставаться в контакте с расплавленным металлом во время каждого цикла, как и работают машины с горячей камерой. Поэтому при изготовлении алюминия используется процесс холодной камеры, при котором расплавленный металл заливается в отдельную дробовую камеру для каждого цикла перед впрыском в матрицу. Процесс в холодной камере добавляет этап к каждому циклу, увеличивает время цикла на 20–30 процентов по сравнению с процессом в горячей камере и подвергает дробовую гильзу тепловому удару при каждом цикле. Результатом является более длительное время цикла и более высокий износ оборудования, чем у цинка, но механические свойства и преимущество алюминия в весе оправдывают эти затраты для тех применений, где они необходимы.
Литье цинка под давлением: процесс в горячей камере
Сплавы цинка плавятся при температуре от 385 до 420 градусов по Цельсию в зависимости от конкретной марки Zamak, и эта температура достаточно низкая, чтобы механизм впрыска постоянно находился в ванне с расплавленным металлом. Машина с горячей камерой поддерживает металл в расплавленном состоянии в корпусе машины и впрыскивает его непосредственно из этого резервуара в матрицу при каждом цикле. Литье в горячей камере исключает этап разливки, сокращает время цикла на 30–50 процентов быстрее, чем в холодной камере для деталей эквивалентного размера, уменьшает тепловой удар в системе впрыска и обеспечивает меньшую пористость, поскольку давление впрыска применяется более равномерно. Более низкая температура процесса также значительно продлевает срок службы штампа: цинковые штампы обычно производят от 500 000 до 1 000 000 выстрелов перед заменой по сравнению со 100 000–300 000 выстрелов для алюминиевых штампов эквивалентной сложности.
Опубликованные сравнения из источников в отрасли литья под давлением подтверждают, что штампы из цинкового сплава обычно служат в 10 раз дольше, чем алюминиевые штампы для той же геометрии детали, что является преимуществом в стоимости, которое значительно возрастает в крупносерийных программах.[1].
Как алюминий A380 и цинк Zamak 3 и Zamak 5 сравниваются по механическим свойствам?
В таблице ниже сравниваются три наиболее широко используемых сплава для литья под давлением: A380 (преобладающий алюминиевый сплав для литья под давлением в Северной Америке и Европе), Zamak 3 (стандартный цинковый сплав для большинства коммерческих применений) и Zamak 5 (высокопрочный цинковый сплав, используемый, когда требуется большая твердость и износостойкость). Все значения представляют собой состояние отливки, если не указано иное.
| Свойство | А380 Алюминий | Замак 3 Цинк | Замак 5 Цинк |
|---|---|---|---|
| Предел прочности | 325 МПа | от 215 до 250 МПа | от 270 до 310 МПа |
| Предел текучести | 160 МПа | от 140 до 170 МПа | 210 МПа |
| Плотность | 2,71 г/см3 | 6,60 г/см3 | 6,60 г/см3 |
| Точка плавления | От 540 до 660 градусов Цельсия | От 381 до 387 градусов Цельсия | От 380 до 386 градусов Цельсия |
| Теплопроводность | 96 Вт/м·К | 113 Вт/м·К | 109 Вт/м·К |
| Твердость по Бринеллю | 80 хб. | 82 ГБ | 91 хб. |
| Удлинение при разрыве | 3,5 процента | 10 процентов | 7 процентов |
| Минимальная толщина стенки | от 2,3 до 2,5 мм | от 0,8 до 1,0 мм | от 0,8 до 1,0 мм |
| Умри жизнь (типичные кадры) | от 100 000 до 300 000 | от 500 000 до 1 000 000+ | от 500 000 до 1 000 000+ |
| Процесс кастинга | Холодная камера | Горячая камера | Горячая камера |
| Размерный допуск в литом исполнении | от 0,1 мм до 0,2 мм | от 0,05 мм до 0,1 мм | от 0,05 мм до 0,1 мм |
| Коррозионная стойкость | Хорошее (анодирование или покраска) | Хорошее (стабильный оксидный слой) | Хорошее (стабильный оксидный слой) |
| Качество покрытия | Умеренная (требуется предварительное лечение) | Отлично (прямо тарелки) | Отлично (прямо тарелки) |
| Относительная стоимость сырья | 1,0x (базовый уровень) | от 0,7x до 0,85x | от 0,75x до 0,90x |
Разница в плотности между A380 (2,71 г/см3) и Zamak 3 (6,60 г/см3) является единственным наиболее решающим свойством при выборе материала для большинства применений. Цинк в 2,4 раза плотнее алюминия. Цинковая деталь весом 100 грамм весит 41,5 грамма из алюминия с аналогичной геометрией. Для любого приложения, где стоимость доставки, экономия топлива транспортного средства или вес конструкции имеют значение, преимущество алюминия в весе является решением программного уровня, которое перевешивает большинство других соображений.[2].
Где побеждает алюминий, а где побеждает цинк?
Ни один из сплавов не является универсальным. Каждый из них решительно выигрывает в определенных категориях приложений, и эти категории определяются измеримыми требованиями к деталям, а не общими предпочтениями.
Где алюминий A380 является очевидным выбором
Алюминий выигрывает во всех случаях, когда вес детали влияет на функциональный или экономический результат. Конструктивные компоненты автомобилей, корпуса аккумуляторов электромобилей и торцевые крышки двигателей, корпуса для аэрокосмической отрасли, корпуса крупной бытовой электроники и корпуса промышленного оборудования — все они требуют алюминия, поскольку снижение веса цинка в 2,4 раза неприемлемо при данном размере и количестве деталей.
Управление температурным режимом — второе преимущество алюминия. Теплопроводность A380 96 Вт/м·К в сочетании с его низкой плотностью делает его стандартным материалом для радиаторов, корпусов светодиодных светильников, корпусов инверторов и любых компонентов, которые должны передавать тепло от внутреннего источника в окружающую среду. Более высокая теплопроводность цинка (113 Вт/м·К) не компенсирует увеличение веса в 2,4 раза в тепловых приложениях, где масса радиатора должна быть минимизирована.
Алюминий также анодируется. Анодирование типа II и типа III создает твердый слой оксида алюминия непосредственно на поверхности, обеспечивая защиту от коррозии, износостойкость и цвет за одну операцию. Цинк не подлежит анодированию. Он может быть покрыт порошковой краской или покрыт порошковой краской, но он не образует твердого оксидного слоя, который образуется при анодировании на алюминии. Для применений, требующих анодированной косметической отделки, единственным вариантом литья под давлением является алюминий.
Где цинк Замак 3 и Замак 5 являются очевидным выбором
Цинк выигрывает при изготовлении небольших, сложных и объемных деталей, где главными требованиями являются тонкие стенки, сложная внутренняя геометрия и жесткие допуски при литье. Zamak 3 достигает минимальной толщины стенок от 0,8 до 1,0 мм при литье в горячей камере по сравнению с минимумом алюминия от 2,3 до 2,5 мм. Для небольших аппаратных компонентов, разъемов, цилиндров замков, петель и декоративной фурнитуры, геометрия которых требует тонких стенок и мелких деталей, возможности цинкового литья не могут сравниться с алюминием.
Срок службы штампа является наиболее значительным экономическим преимуществом цинка при высоких объемах производства. Цинковая матрица, производящая 800 000 выстрелов без замены, по сравнению с алюминиевой матрицей, производящей 150 000 выстрелов, означает, что стоимость оснастки на деталь для цинка в 5–10 раз ниже в программе устойчивого производства. Для потребительского оборудования, выпускаемого 500 000 единиц в год, цинковая матрица работает два года до замены. Эквивалентный алюминиевый штамп требует замены каждые четыре-пять месяцев.
Цинковые пластины напрямую, без агрессивной предварительной обработки, необходимой для алюминия. Хромирование, никелирование и меднение - все они приклеиваются к Zamak 3 и Zamak 5 с помощью стандартной гальванической химии, создавая декоративные поверхности зеркального качества, используемые в оборудовании для ванных комнат, дверных ручках, пряжках ремней и внутренней отделке автомобилей. Алюминий требует промежуточного химического конверсионного покрытия, прежде чем гальваническое покрытие приклеится, что увеличивает производственный этап и увеличивает процент брака на гальванических линиях.
Экранирование от электромагнитных помех (ЭМИ) является особым преимуществом цинка. Более высокая плотность и электропроводность цинка делают его более эффективным, чем алюминий, для ослабления высокочастотного электромагнитного излучения, что делает его предпочтительным материалом для корпусов разъемов, экранирующих корпусов и небольшого электронного оборудования, где требуется соответствие требованиям EMI.
Как выбрать правильный сплав для литья под давлением для вашего применения?
Приведенная ниже схема принятия решений сопоставляет реальные категории приложений с правильным сплавом на основе функциональных требований, которые определяют решение. Проработайте иерархию приоритетов: сначала вес, затем температура, затем геометрия, затем отделка, затем объемная экономика.
| Тип приложения | Основное требование | Правильный сплав | Причина |
|---|---|---|---|
| Автомобильный конструктивный корпус (дверная ручка, кронштейн) | Малый вес, умеренная прочность | А380 Алюминий | Увеличение веса цинка неприемлемо при данном размере детали и весовом балансе автомобиля. |
| Корпус аккумуляторной батареи электромобиля или торцевая крышка двигателя | Малый вес, терморегулирование | А380 Алюминий | Плотность и теплопроводность способствуют использованию алюминия в компонентах электрификации. |
| Радиатор светодиодного освещения или корпус инвертора | Теплоотдача, малый вес | А380 Алюминий | Алюминий анодируется для обеспечения коррозионной стойкости и рассеивания тепла при небольшой массе. |
| Маленький цилиндр замка или кулачковый механизм | Тонкие стенки, жесткий допуск, износостойкость | Замак 5 Цинк | Толщина стенки менее 1 мм, допуск литья 0,05 мм, превосходная износостойкость |
| Хромированная сантехника (смеситель, ручка) | Зеркальная поверхность, качество покрытия | Замак 3 Цинк | Прямое хромирование по цинку, без предварительной обработки, зеркальная поверхность от полированного штампа. |
| Корпуса разъемов большого объема (более 500 000 шт. в год) | Низкая стоимость детали, сложная геометрия | Замак 3 Цинк | Срок службы матрицы в 10 раз выше, чем у алюминия, скорость цикла в горячей камере, возможность использования тонких стенок разъемов |
| Корпус для бытовой электроники (среднего размера, окрашенный) | Вес, косметика, стоимость | А380 Алюминий | Преимущество в весе имеет решающее значение для портативной электроники, жизнеспособность лакокрасочного или порошкового покрытия. |
| Экранирующий корпус от электромагнитных помех для радиочастотной электроники | Электромагнитное экранирование | Замак 3 Цинк | Более высокая плотность и проводимость обеспечивают лучшее затухание, чем у алюминия, при той же толщине стенки. |
| Аэрокосмический кронштейн или структурный фитинг | Соотношение прочности и веса, вес | А380 Алюминий | Уменьшение веса цинка в 2,4 раза исключает его применение в аэрокосмической отрасли, где важен вес. |
| Декоративная фурнитура при большом объеме (пряжка ремня, молния) | Качество поверхности, детализация, стоимость | Замак 3 Цинк | Тончайшие тонкостенные детали, прямое покрытие, длительный срок службы матрицы снижают затраты при больших объемах производства. |
| Не уверены, должна ли ваша деталь быть литой из алюминия или цинка?Загрузите файл STEP или IGES в Elite Mold Tech и получите бесплатную рекомендацию по материалу в течение 12 часов. Наша команда инженеров оценивает геометрию вашей детали, требования к толщине стенок, ограничения по весу, характеристики качества поверхности и годовой объем, чтобы определить, какой из алюминия A380, Zamak 3 или цинка Zamak 5 обеспечивает наилучшее сочетание производительности и общей стоимости программы. Все загрузки безопасны, а защита NDA доступна по запросу.Посетите сайт Elitemoldtech.com, чтобы изучить возможности литья под давлением и загрузить файл САПР. |
Сопутствующие руководства и источники по технологиям Elite Mold
Сопутствующие руководства: полное руководство по выбору производственного процесса, варианты обработки поверхности литья под давлением, услуги литья под давлением.
Авторитетные ссылки: Североамериканская ассоциация литья под давлением (NADCA), международные стандарты сплавов для литья под давлением ASTM.
Получите обзор DFM от Elite Mold Tech
Готовы перейти от чертежа к детали? Загрузите свой файл САПР в Elite Mold Tech и получите оценку DFM в течение 12 часов с отзывами о допусках, материалах и стоимости от нашей команды инженеров, прежде чем приступить к работе с оснасткой.
Часто задаваемые вопросы
Почему литье под давлением цинка дешевле, чем литье алюминия для изготовления мелких деталей в больших объемах?
Экономическое преимущество цинка при изготовлении небольших деталей большого объема обусловлено тремя факторами компаундирования. Во-первых, срок службы цинковой матрицы: цинковая матрица производит от 500 000 до 1 000 000 выстрелов до замены по сравнению со 100 000–300 000 выстрелов для алюминия. При производстве 500 000 единиц в год цинковая матрица прослужит два полных года, прежде чем возникнут затраты на замену в размере от 15 000 до 40 000 долларов США. Эквивалентная алюминиевая матрица требует замены каждые 2–7 месяцев, что многократно увеличивает годовую стоимость оснастки. Во-вторых, время цикла: литье цинка в горячей камере за цикл происходит на 30–50 процентов быстрее, чем литье алюминия в холодной камере, что увеличивает производительность машины в час и снижает затраты машинного времени на деталь. В-третьих, вторичные операции: превосходное качество поверхности цинка при литье и возможность прямого нанесения покрытия сокращают или исключают этапы отделочной обработки, необходимые для алюминия. Сочетание более длительного срока службы матрицы, более короткого времени цикла и меньшего количества вторичных операций делает цинк более экономичным, чем алюминий, для изготовления мелких деталей при объемах производства более 50 000 единиц в год.
Можно ли использовать отливки из цинка под давлением в условиях высоких температур?
Сплавы цинка достаточно хорошо сохраняют свои механические свойства при комнатной температуре и в мягких условиях эксплуатации, но имеют существенные ограничения при температуре выше 100 градусов Цельсия. Сопротивление ползучести сплавов Zamak значительно снижается при температуре выше 70–80 градусов Цельсия при длительной нагрузке. Применения под капотом автомобиля, компоненты, прилегающие к источникам тепла, а также детали, которые подвергаются циклическим изменениям температуры окружающей среды и повышенных температур, следует тщательно оценивать по опубликованным данным о свойствах при повышенных температурах для конкретной марки Zamak. Zamak 5 обеспечивает лучшее сопротивление ползучести, чем Zamak 3, при повышенных температурах из-за более высокого содержания меди. Для длительной эксплуатации при температуре выше 100 градусов Цельсия алюминий A380 является подходящим материалом: он сохраняет полезные структурные свойства до 200 градусов Цельсия и специально разработан для применений, работающих при повышенных температурах, таких как корпуса двигателей, коробки передач и корпуса инверторов, где цинк со временем деформируется под нагрузкой.
СОТРАНИВАЙСЯ С НАМИ в любое время
86--15019487110
No2 Баоши-роуд, село Цзяоитанг, район Танксиа, Донггуан, Гуандун, Китай
СОТРАНИВАЙСЯ С НАМИ в любое время