Cinks vai alumīnija liešana: būtisks lēmums automašīnu ražošanā

TL;DR

Izvēle starp cinka un alumīnija sakausējumiem automašīnu die casting procesam ietver būtisku kompromisu. Cinka sakausējumi nodrošina lielisku stiprību, cietību un precizitāti sarežģītiem komponentiem, kā arī daudz ilgāku rīku kalpošanas laiku, tādējādi būdot izdevīgi augsta apjoma ražošanai. Savukārt alumīnija sakausējumi piedāvā lielisku stiprības attiecību pret svaru, labāku korozijas izturību un uzlabotu darbību augstās temperatūrās, tādēļ tie ir ideāla izvēle vieglajiem strukturālajiem komponentiem un detaļām, kas pakļautas agresīviem apstākļiem zem motora pārsega.

Galvenās atšķirības vienā skatienā: Salīdzinājuma tabula

Inženieriem un dizaineriem automaģistrālē svarīga ir materiālu īpašību vispārīga pārskatīšana, lai ātri pieņemtu informētus lēmumus. Šī tabula apkopo galvenās atšķirības starp cinka un alumīnija sakausējumiem die štancēšanas kontekstā, nodrošinot skaidru atskaites punktu sākotnējai materiālu izvēlei.

Mehānisko īpašību detalizēts izklāsts: izturība, cietība un izturīgums

Izmērījot cinka un alumīnija sakausējumus, termins "izturība" prasa niansētu izpratni. Kaut arī viens materiāls var būt absolūtos izteikumos izturīgāks, otrs var būt piemērotāks konkrētai lietošanai, jo īpaši svara jutīgā automašīnu rūpniecībā. Cinka sakausējumi, piemēram, tie, kas pieder Zamak sērijai, parasti ir cietāki, izturīgāki un plastiskāki nekā standarta alumīnija sakausējumi. Šīs iedzimtās izturības dēļ cinks ir lielisks kandidāts komponentiem, kuriem jāiztur ievērojams trieciens un slodze, piemēram, drošības jostu veltņiem, zobratu mehānismiem un citām augstas slodzes iekštelpu daļām.

Tomēr izcilību alumīnija sakausējumiem, piemēram, A380, nodrošina izcils izturības attiecība pret svaru. Alumīnija blīvums ir aptuveni trešdaļa no cinka blīvuma, kas nozīmē, ka tas nodrošina lielāku strukturālo izturību uz vienu svara vienību. Šī īpašība ir ļoti svarīga mūsdienu automobiļu konstruēšanā, kur samazināt transportlīdzekļa masu ir galvenais mērķis degvielas efektivitātes un vadāmības uzlabošanai. Tāpēc alumīnijs ir iecienītākais materiāls lieliem strukturāliem komponentiem, piemēram, transmisijas korpusiem, dzinēju blokiem un šasiju rāmjiem. Kompromiss ir skaidrs: detaļai ar noteiktu izmēru parasti lielāka izturība būs no cinka; detaļai ar noteiktu svaru lielāku izturību nodrošinās alumīnijs.

Katra materiāla izturība ir saistīta ar tā specifiskajām mehāniskajām īpašībām. Cinka lielākā blīvums un cietība veicina tā labāko triecienuizturību un nodilumizturību, kas padara to par piemērotu materiālu funkcionāliem komponentiem, kuri tiek intensīvi izmantoti. Alumīnijs, lai gan ir mīkstāks, var tikt sakausēts un termiski apstrādāts, lai uzlabotu tā mehāniskās īpašības. Tā spēja saglabāt izturību paaugstinātās temperatūrās vēl vairāk veicina tā izturību grūtos ekspluatācijas apstākļos — šo jautājumu vēlāk aplūkosim detaļāk.

Ražošanas un produkcijas analīze: Instrumenti, precizitāte un cikla ilgums

Ražošanas procesa atšķirības starp cinka un alumīnija dieļiešanu ir būtiskas un ievērojami ietekmē ekonomiku. Šo atšķirību galvenais iemesls ir kušanas temperatūra. Cinka zemā kušanas temperatūra — aptuveni 385 °C — ļauj to liešanai izmantot karstās kameras procesu . Šajā metodē injicēšanas mehānisms atrodas iegremdēts kausētā metālā, kas ļauj ātrāk un efektīvāk veikt injicēšanas ciklus. Salīdzinājumā ar alumīniju tas rezultātā ļoti saīsina ražošanas laiku.

Alumīnija daudz augstākais kušanas punkts — aptuveni 570 °C — prasa izmantot aukstās istabas procesu . Šajā tehnoloģijā kausēto alumīniju no atsevišķas krāsns ielej „aukstā” dozēšanas cilindrā, pirms to injicē kalupī. Šis papildu solis ievērojami palēnina cikla laiku. Augstāka temperatūra arī rada milzīgu termisko slodzi tērauda kalupos. Rezultātā alumīnija die štancēšanas kalups var izturēt tikai 100 000 līdz 150 000 iedragājumu, savukārt cinka kalps var pārsniegt vienu miljonu iedragājumu, bet reizēm pat divus miljonus. Šis desmitkārt lielākais kalupa kalpošanas ilgums ievērojami samazina ilgtermiņa izmaksas uz katru detaļu augsta apjoma automašīnu komponentiem.

Šis pagarinātais rīku kalpotājs padara cinka lejšļoxēšanu īpaši izdevīgu lielražošanai ar maziem, sarežģītiem detaļām. Turklāt cinka izcila plūsumspēja ļauj tam precīzi aizpildīt sarežģītas veidņu dobumus, ļaujot izgatavot detaļas ar tievākām sienām (līdz 0,5 mm) un stingrākām tolerancēm salīdzinājumā ar alumīniju. Šī precizitāte bieži samazina vai pilnībā novērš nepieciešamību pēcpārstrādes apstrādei, vēl vairāk samazinot izmaksas. Lai gan lejšļoxēšana nodrošina precizitāti sarežģītām formām, komponentiem, kuriem nepieciešama maksimāla izturība un izturība pret nogurumu, automašīnu ražošanā ir tikpat svarīgi arī citi procesi, piemēram, karstā kalšana. Piemēram, speciālisti augstas veiktspējas kaltajās detaļās, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , demonstrē dažādas materiālu apstrādes vajadzības rūpniecībā, koncentrējoties uz izturīgām detaļām, kuras atbilst IATF16949 sertifikācijai.

Fizikālās īpašības un vides veiktspēja: svars, korozijas un termiskās izturības

Papildus mehāniskajai izturībai, cinka un alumīnija fizikālās īpašības nosaka to piemērotību dažādām automašīnu vides prasībām. Nozīmīgākais atšķirības faktors ir svars. Alumīnija zemā blīvuma (2,7 g/cm³) dēļ tas ir būtisks ieguvums automašīnu rūpniecībā, kur tiecas vieglākam konstrukcijām, lai uzlabotu degvielas ekonomiju un transportlīdzekļa dinamiku. Cinks, kura blīvums ir gandrīz trīs reizes lielāks (6,7 g/cm³), ir mazāk piemērots lieliem komponentiem, kuros svars ir galvenais apsvērums.

Korozijas izturība ir vēl viena joma, kurā alumīnijs izceļas. Alumīnijs dabiski veido pasīvu, pašatjaunojošos oksīda slāni savas virsmas augšpusē, kas to aizsargā no oksidēšanās. Tas padara to ļoti izturīgu daļām, kas pakļautas ārējiem apstākļiem vai agresīviem šķidrumiem, piemēram, motora nodalījuma komponentiem vai ārējai apdarei. Lai gan arī cinks ir korozijas izturīgs, tā aizsargkārta ir mazāk izturīga un ilgākā laikā var sabrukt, tādēļ to labāk izmantot iekštelpās vai aizsargātās vietās, ja vien tam nav uzklāta papildu aizsargslānis.

Visbeidzot, termiskā veiktspēja ir svarīgs aspekts automašīnu daļām, īpaši tām, kas atrodas tuvu dzinējam vai izplūdes sistēmai. Alumīnija augstā kušanas temperatūra padara to par acīmredzamu izvēli augstās temperatūras lietojumiem, lai gan cinka sakausējumiem piemīt izcila siltumvadītspēja. Tā efektīvi izkliedē siltumu, tādēļ to bieži izmanto kā siltuma izkliedētājus, dzinēja komponentes un elektronisko moduļu korpusus. Cinka sakausējumi ar zemāku kušanas temperatūru nav ieteicami ilgstošā augstas temperatūras ietekmē, jo tie var zaudēt dimensiju stabilitāti un izturību.