Cinkas ar aliuminio liejimas: svarbiausias automobilių pramonės sprendimas

TRUMPAI

Pasirinkimas tarp cinko ir aliuminio lydinių automobilių liejimui formose reikalauja svarbios kompromisų. Cinko lydiniai užtikrina didesnę stiprumą, kietumą ir tikslumą sudėtingoms detalėms, kartu su žymiai ilgesniu įrankių tarnavimo laiku, todėl yra ekonomiškesnis sprendimas didelės apimties gamybai. Priešingai, aliuminio lydiniai siūlo puikų stiprumo ir svorio santykį, geresnį atsparumą korozijai ir aukštesnę našumą aukštoje temperatūroje, todėl yra idealus pasirinkimas lengvosioms konstrukcinėms detalėms ir dalims, veikiamoms sunkiomis variklių skyriuje esančiomis sąlygomis.

Pagrindiniai skirtumai iškart matomi: palyginimo lentelė

Inžinieriams ir dizaineriams automobilių sektoriuje aukšto lygio medžiagų savybių apžvalga yra būtina greitiems, informuotiems sprendimams priimti. Ši lentelė apibendrina pagrindinius cinko ir aliuminio lydinių skirtumus die lijevojimo kontekste, suteikiant aiškų orientyrą pradinei medžiagos paraiškai.

Mechaninių savybių išsamus apžvalga: stiprumas, kietumas ir ilgaamžiškumas

Vertinant cinko ir aliuminio lydinius, „stiprumo“ terminas reikalauja subtilaus supratimo. Nors viena medžiaga absoliučiais dydžiais gali būti stipresnė, kita gali būti pranašesnė tam tikroms taikymo sąlygoms, ypač svarbiai automobilių pramonei, kur sveriamas svoris. Cinko lydiniai, tokie kaip priklausantys Zamak serijai, paprastai yra kietesni, stipresni ir duktesni už standartinius aliuminio lydinius. Šis būdingas atsparumas daro cinką puikiu kandidatu komponentams, kuriems tenka didelės apkrovos ir įtampa, pvz., saugos diržų ritėms, pavaroms ir kitiems vidiniams aukštos apkrovos elementams.

Tačiau išsiskirianti aliuminio lydinių, tokių kaip A380, savybė yra išskirtinis stiprumo ir svorio santykis. Aliuminio tankis maždaug tris kartus mažesnis už cinko, o tai reiškia, kad jis suteikia didesnį konstrukcinį stiprumą vienetiniam svoriui. Ši savybė yra itin svarbi šiuolaikiniame automobilių dizaine, kai pagrindinis tikslas – sumažinti transporto priemonės masę siekiant pagerinti kuro naudingumo koeficientą ir valdymą. Dėl šios priežasties aliuminis yra pagrindinis medžiaga didelėms konstrukcinėms detalėms, tokioms kaip pavarų dėžių korpusams, variklių blokams ir rėmams. Kompromisas aiškus: tam tikro dydžio detalei cinkas paprastai būna stipresnis; tam tikro svorio detalei aliuminis suteikia didesnį stiprumą.

Kiekvieno medžiagos ilgaamžiškumas priklauso ir nuo jo mechaniškų savybių. Aukštesnis cinko tankis ir kietumas padeda jam atspariai smūgiams ir nusidėvėjimui, todėl jis tinka funkcinėms dalims, kurios naudojamos pakartotinai. Aluminiumas, nors ir minkštas, gali būti lydinamas ir šilumos apdorojamas, kad pagerintų jo mechanines savybes. Jo gebėjimas išlaikyti stiprumą aukštose temperatūrose dar labiau sustiprina jo ilgaamžiškumą sudėtingose aplinkoje, apie ką išsamiau kalbėsime vėliau.

Gaminimo ir gamybos analizė: įrankių naudojimas, tikslumas ir ciklo laikas

Cinko ir aliuminio liejimo įmušimo gamybos proceso skirtumai yra dideli ir turi didelių ekonominių pasekmių. Pagrindinis šių skirtumų veiksnys yra tirpimo temperatūra. Dėl mažos, maždaug 385°C, tankumo cinko liejimo taško, jis gali būti išliejamas naudojant karštojo kameros procesas . Šiame būde injekcinis mechanizmas panardinamas į lydalį, leidžiant greitesnius ir efektyvesnius injekcijos ciklus. Dėl to gamybos laikas yra žymiai trumpesnis lyginant su aliuminiu.

Žymiai aukštesnė aliuminio lydymosi temperatūra – apie 570 °C – reikalauja naudoti šaltojo kameros procesą . Šioje technikoje iš atskiro krosnies šliužu į „šaltą“ stūmoklio cilindrą įpilamas lydytas aliuminis, prieš jį injuojant į formą. Šis papildomas žingsnis žymiai sulėtina ciklo trukmę. Aukštesnė temperatūra taip pat sukelia didelę terminę apkrovą plieninėms formoms. Dėl to aliuminiui skirta liejimo forma gali išlaikyti tik 100 000–150 000 įliejimų, tuo tarpu cinkui skirta forma gali viršyti milijoną įliejimų, o kartais net pasiekti du milijonus. Dešimtkartinis įrankių tarnavimo laiko padidėjimas labai sumažina ilgalaikę vieno gaminio savikainą didelės apimties automobilių komponentams.

Šis pratęstas įrankių tarnavimo laikas daro, kad cinko liejimas forma būtų išskirtinai ekonomiškas didelėms mažų, sudėtingos formos detalių serijoms. Be to, dėl puikios cinko tekštumos jis gali labai tiksliai užpildyti sudėtingas formos kavitetas, leidžiant gaminti dalis su plonesnėmis sienelėmis (iki 0,5 mm) ir tikslesniais toleransais nei aliuminis. Toks tikslumas dažnai sumažina arba visiškai pašalina poreikį antriniams apdirbimo procesams, dar labiau mažindamas sąnaudas. Nors liejimas forma užtikrina tikslumą sudėtingoms formoms, detalėms, reikalaujančioms maksimalaus stiprumo ir atsparumo nuovargiui, automobilių gamyboje taip pat yra svarbūs kiti procesai, pvz., karštasis kalimas. Pavyzdžiui, aukštos kokybės kalintų detalių specialistai, tokie kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , parodo pramonės įvairias medžiagų apdorojimo prieigas, kurios remiasi tvirtomis detalėmis, sertifikuotomis pagal IATF16949.

Fizinės savybės ir aplinkosauginiai rodikliai: svoris, korozijos ir šilumos atsparumas

Be mechaninės stiprybės, cinko ir aliuminio fizinės savybės nulemia jų tinkamumą skirtingoms automobilių aplinkoms. Svarbiausias skirtumas yra svoris. Dėl mažos aliuminio tankio (2,7 g/cm³) jis tampa esminiu privalumu automobilių pramonėje, siekiant palengvinti konstrukcijas, pagerinti kuro ekonomiškumą ir gerinti transporto priemonės dinamiką. Cinkas, būdamas beveik tris kartus tankesnis (6,7 g/cm³), yra mažiau tinkamas didelėms detalėms, kur svoris yra pagrindinis veiksnys.

Kita sritis, kurioje aliuminis puikiai pasirodo, yra atsparumas korozijai. Aliuminis natūraliai sudaro inertinį, savęs taisantį oksido sluoksnį ant paviršiaus, kuris apsaugo nuo oksidacijos. Dėl to jis yra labai patvarus detalėms, kurios yra veikiamos aplinkos arba agresyvių skysčių, pvz., variklio skyriaus komponentams ar išorinėms apdailos detalėms. Nors cinkas taip pat yra atsparus korozijai, jo apsauginis sluoksnis yra mažiau tvirtas ir laikui bėgant gali suirti, todėl jis labiau tinka vidaus ar apsaugotoms aplikacijoms, nebent būtų padengtas apsaugine danga.

Galiausiai, šiluminės charakteristikos yra svarbus veiksnys automobilių dalių atveju, ypač tų, kurios yra šalia variklio ar išmetimo sistemų. Dėl aukšto lydymosi taško aliuminis yra akivaizdus pasirinkimas aukštos temperatūros taikymui, nors cinko lydiniai pasižymi puikiu šilumos laidumu. Jie gali efektyviai sklaidyti šilumą, todėl dažnai naudojami kaip šilumos mainikliai, variklio komponentai ir elektroninių modulių korpusai. Cinko lydiniai dėl žemesnio lydymosi taško nerekomenduojami naudoti aplinkose, kur ilgą laiką išlieka aukšta temperatūra, nes jie gali prarasti matmeninę stabilumą ir stiprumą.