Đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô và những lợi thế
Đúc kẽm là phương pháp phổ biến để chế tạo các bộ phận trong lĩnh vực xây dựng và công nghiệp, nhưng ứng dụng phổ biến nhất của nó là trong ngành ô tô. Trên thực tế, ô tô có các bộ phận khác nhau có thể được chế tạo thông qua quá trình đúc kẽm. Việc sử dụng khuôn đúc kẽm chiếm gần 28% trong ngành công nghiệp ô tô, tiếp theo là lĩnh vực xây dựng và phần cứng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đúc khuôn kẽm đối với các bộ phận ô tô, tìm hiểu chi tiết về quy trình đúc khuôn buồng nóng, đồng thời cung cấp một loạt các ví dụ và so sánh để giúp các bạn hiểu rõ hơn.
Xem thêm bài viết: Đúc kẽm so với đúc nhôm: Sự khác biệt của chúng là gì
1. Tổng quan ngắn gọn về đúc kẽm
Đúc kẽm là một quy trình sản xuất phổ biến với độ chính xác cao, nhẹ và tiết kiệm chi phí.
Quá trình này bao gồm một khuôn với một khoang có hình dạng hình học của bộ phận mong muốn. Một cơ chế điều áp bơm kim loại nóng chảy vào khoang này và duy trì nó ở áp suất cao cho đến khi nó nguội đi. Vào cuối chu kỳ làm mát, kim loại đã ở dạng cuối cùng, hình dạng gần như hoàn chỉnh.
Áp suất cao trong suốt quá trình giúp cho các bộ phận đúc chắc chắn và tạo ra bề mặt hoàn thiện tốt. Do đó, hợp kim kẽm trong ngành công nghiệp ô tô rất tiện dụng bởi có những phẩm chất thuận lợi này.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tiếp tục với danh sách các ưu điểm của hợp kim kẽm.
2. Tại sao chọn đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô
Có một số lý do tại sao các công ty thích khuôn đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô. Dưới đây, chúng ta hãy cùng khám phá từng lý do một cách chi tiết.
Độ bền và độ cứng cao
Các thành phần đúc kẽm là lý tưởng cho ngành công nghiệp ô tô do độ bền và độ cứng đáng kinh ngạc của chúng. Những phẩm chất này rất thuận lợi cho việc sản xuất xe do những hạn chế chặt chẽ từ các yếu tố như hiệu suất đường, tốc độ, an toàn của người dùng, v.v.
Các hợp kim kẽm đúc có độ bền để chịu tải trọng động và nhiệt cao mà ô tô phải chịu. Độ cứng của chúng cho phép chúng chịu được tải trọng tác động và hao mòn bề mặt.
Tính dẫn điện
Lĩnh vực ô tô đang nhanh chóng chuyển đổi sang các công nghệ tự động hóa và hỗ trợ AI. Do đó, nhiều bộ phận đúc khuôn cho các sản phẩm ô tô hiện có các thiết bị điện tử được sử dụng trong đó. Ví dụ, gương chiếu hậu của nhiều ô tô hiện hiển thị màn hình camera và thông tin quan trọng như thang đo khoảng cách.
Do đó, tính dẫn điện tốt là một tiêu chuẩn rất được mong muốn đối với các mạch điện chứa linh kiện ô tô. Khuôn đúc kẽm trong các ứng dụng ô tô đang ngày càng trở nên phổ biến do tính chất dẫn điện của kẽm.
Chi phí thấp
Trong số các kim loại khác như nhôm, đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô là một quá trình tương đối rẻ hơn.
Kẽm có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nên tan chảy nhanh, tiết kiệm chi phí năng lượng. Phương pháp đúc khuôn áp suất cao của nó nhanh hơn các quy trình thay thế. Do đó, năng suất cao hơn trực tiếp dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn.
Hơn nữa, chi phí dụng cụ cho đúc khuôn kẽm thấp hơn khoảng 50% so với đúc nhôm. Khuôn đúc kẽm cũng có tuổi thọ cao hơn. Kết quả là, tổng chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể.
Đáp ứng hình học phức tạp
Hợp kim kẽm trong ngành công nghiệp ô tô thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp. Tính chất cơ học của kẽm giúp nó phù hợp với các bộ phận có thành mỏng, bề mặt cong, các chi tiết thanh mảnh, mặt cắt ngang mỏng, v.v.. Máy móc thiết bị hiện đại có thể tạo ra các thành kẽm đúc mỏng đến 0,5 mm.
Kẽm có tính lưu động cao ở dạng nóng chảy. Do đó, nó có thể dễ dàng lấp đầy những khoảng trống khó tiếp cận trong khuôn. Hơn nữa, áp suất cao trong khuôn đúc cũng giúp làm giảm độ xốp trong sản phẩm cuối cùng. Vì có ít lỗ rỗng hơn nên giúp sản phẩm đúc kẽm trở nên bền chắc.
Dung sai kích thước cao
Đúc khuôn kẽm là một quá trình tạo ra sản phẩm có hình dạng và kích thước gần như thành phẩm (near-net shape), có độ lặp lại +/- 0,001 inch đối với biên dạng hình học nhỏ. Nói chung, nó đánh bại các kim loại cạnh tranh như nhôm và magie nhờ khả năng tương thích với nhiệt độ thấp, áp suất cao.
Hơn nữa, tính lưu động cao hơn của kẽm là một lý do khác mang tới khả năng đáp ứng kích thước vượt trội của nó. Kẽm nóng chảy lấp đầy hoàn toàn khoang khuôn và do đó, có khả năng duy trì hình dạng tốt hơn trong quá trình co nhiệt.
Chất lượng bề mặt tốt
Ngoài những lợi ích đã nói ở trên, còn là sự đảm bảo về chất lượng bề mặt ưu việt của khuôn đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô.
Tính lưu động của kẽm cho phép nó lấp đầy hoàn toàn khoang khuôn, không để lại khoảng trống giữa các bề mặt khuôn và kim loại nóng chảy, cho phép nó bắt trọn được đầy đủ kết cấu bề mặt một cách chi tiết. Hơn nữa, nó cũng không bị bám dính bởi bề mặt khuôn. Kết quả là bề mặt ít bị rỗ hơn, làm tăng độ mịn của nó lên rất nhiều.
Hơn nữa, một lý do phổ biến cho độ nhám bề mặt cao trong các bộ phận đúc là độ xốp. Độ xốp do đúc có thể nhìn thấy trên bề mặt và làm cho nó trở nên thô ráp. Vì khuôn đúc kẽm có độ xốp thấp nên nó tạo ra bề mặt nhẵn, không có lỗ rỗng.
Ngoài ra, hợp kim kẽm cũng tương thích với nhiều quy trình xử lý bề mặt như mạ crôm và sơn. Các phương pháp hậu xử lý như vậy cải thiện hơn nữa chất lượng bề mặt của các thành phần kẽm.
Chống ăn mòn
Ô tô phải thường xuyên tiếp xúc với độ ẩm. Chúng ta lái xe dưới trời mưa, gần bãi biển, vào những ngày ẩm ướt và thường xuyên rửa xe. Việc sơn chống ăn mòn cho các chi tiết của ô tô là cần thiết để đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho ô tô.
Các thành phần đúc kẽm có khả năng chống ăn mòn và hoạt động đặc biệt trong môi trường ẩm ướt như vậy. Trong hầu hết các trường hợp, các bộ phận kẽm hoạt động tốt tương tự các bộ phận nhôm về khả năng bảo vệ chống ăn mòn.
Thân thiện với môi trường
Như chúng ta đã thảo luận ở trên, khuôn đúc kẽm tiêu thụ ít năng lượng hơn, mất ít thời gian chế tạo hơn và hiệu quả hơn. Tất cả những yếu tố này làm cho nó trở thành một quy trình sản xuất thân thiện với môi trường.
Ngoài ra, các bộ phận bằng kẽm có thể tái chế và thường được thu hồi để tái sử dụng sau khi xe hết tuổi thọ.
3. Linh kiện ô tô đúc kẽm
Vừa rồi là rất nhiều những ưu điểm của khuôn đúc kẽm, khiến nó trở thành một lựa chọn rất tối ưu cho các linh kiện ô tô. Bây giờ, chúng ta hãy xem một số ví dụ về khuôn đúc kẽm trong các ứng dụng ô tô.
- Các thành phần bảo đảm an toàn cho người dùng và phương tiện: Các bánh răng và ròng rọc trong bộ dây đai an toàn của ô tô thường là các bộ phận đúc bằng kẽm. Chúng bền và có độ cứng cũng như độ bền cơ học phù hợp để chịu tải va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn. Hơn nữa, vỏ cho khóa cửa cũng được làm từ kẽm đúc do độ bền của chúng.
- Vỏ bọc: Vỏ bọc túi khí, cũng như vỏ bọc chứa các bộ phận điện như cảm biến và công tắc. Chất lượng bề mặt và tính dẫn điện của kẽm khiến cho nó phù hợp với các ứng dụng này.
- Gương chiếu hậu: Đúc kẽm là một lựa chọn phổ biến để sản xuất thân gương chiếu hậu với các bộ phận điện.
- Cửa sổ trời, cần gạt nước kính chắn gió: Các bộ phận này cần có khả năng chống ăn mòn do tiếp xúc thường xuyên với nước. Khuôn đúc kẽm là một lựa chọn lý tưởng để sản xuất các bộ phận này.
- Các bộ phận khung gầm, giá đỡ và bộ phận truyền động: Khuôn đúc kẽm luôn là lựa chọn số một để sản xuất các bộ phận chịu lực này. Nó có khả năng chịu lực và độ cứng cần thiết để chịu tải trọng cao trên các bộ phận này.
Như đã nói, ngành công nghiệp ô tô là ứng dụng phổ biến nhất của đúc khuôn kẽm: bằng cách sử dụng kẽm và hợp kim của nó, có thể sản xuất các bộ phận có khả năng đạt chất lượng thẩm mỹ cao, với dung sai hình học chặt chẽ.
Kẽm trở thành một trong những kim loại quan trọng nhất trong ngành công nghiệp phụ tùng ô tô, đặc biệt đối với các sản phẩm như vỏ khóa cửa, chốt, bánh răng rút và ròng rọc trong hệ thống dây đai an toàn, mà còn đối với trục cam và các bộ phận cảm biến. Bằng cách sử dụng kim loại này và các hợp kim của nó, có thể đạt được độ bền, độ dẻo và tính dễ uốn mà các vật liệu khác không thể có được.
Hơn nữa, kẽm có thể là sự lựa chọn đúng đắn để có được các thành phần thẩm mỹ chất lượng cao, với dung sai nghiêm ngặt mà các vật liệu khác không thể đạt được, và để có được các đường dập nổi và rãnh cho các bộ phận cơ khí hoặc bánh răng. Hợp kim kẽm cũng được sử dụng cho mục đích mạ vì nhiều lợi ích của nó, chẳng hạn như tăng cường đặc tính chống ăn mòn của kẽm vốn đã rất ấn tượng.
Dưới đây, bạn có thể tìm thấy danh sách các ví dụ về những gì có thể sản xuất bằng mạ kẽm :
- Bộ phận thẩm mỹ nội thất.
- Bộ phận cửa sổ trời.
- Bộ phận cơ khí.
- Động cơ và các bộ phận khác bên dưới mui xe.
- Hệ thống lái trợ lực.
- Các bộ phận và hệ thống phanh.
- Các thành phần và hệ thống điều hòa không khí.
- Phần cứng khung gầm.
- Các bộ phận trong hệ thống dây đai an toàn.
- Hệ thống nhiên liệu.
4. Đúc khuôn buồng nóng – Sản xuất phụ tùng ô tô bằng kẽm
Đúc khuôn buồng nóng là kỹ thuật thích hợp nhất để đúc khuôn kẽm trong ngành công nghiệp ô tô. Đây là quy trình đúc khuôn áp suất cao, năng suất cao (HDPE), tận dụng điểm nóng chảy thấp của hợp kim kẽm (khoảng 440oC) khi so sánh với hợp kim nhôm (660oC).
Do đó, có thể đặt lò ở rất gần thiết lập khuôn đúc mà không làm hỏng nó. Phương pháp đúc khuôn buồng nóng bao gồm khuôn và lò nung trong một thiết lập kết hợp.
Ban đầu, hợp kim kẽm nóng lên và tan chảy trong lò. Sau khi quá trình nóng chảy hoàn tất, một xi lanh thủy lực bơm kẽm nóng chảy vào khoang khuôn ở áp suất cao, nơi kẽm nguội đi để đạt được hình dạng cuối cùng.
Quá trình này hiệu quả hơn nhiều so với quá trình đúc khuôn buồng lạnh tốn nhiều thời gian và tài nguyên, trong đó lò nung không được lắp sẵn và kim loại nóng chảy được chuyển thủ công hoặc tự động vào khuôn. Hơn nữa, cần phải nung nóng kim loại trên điểm nóng chảy của nó trong khuôn đúc buồng lạnh để duy trì trạng thái nóng chảy của nó trong quá trình chuyển sang khuôn.
5. Kẽm so với các vật liệu khác
Mỗi hợp kim có những đặc điểm riêng về tính chất cơ lý: những yếu tố này là cơ bản để xác định tuổi thọ, độ bền và chức năng của sản phẩm. Độ phức tạp của sản phẩm, độ dày của thành và độ chính xác cần thiết sẽ ảnh hưởng đến khả năng đúc của sản phẩm: những yếu tố này nên được coi là những điểm chính để tổ chức sản xuất khuôn đúc tốt hơn.
Có nhiều phương pháp đúc khuôn khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng thiết kế và lựa chọn kim loại: buồng nóng hoặc buồng lạnh chỉ là hai trong số đó. Đúc khuôn buồng nóng lý tưởng cho kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, ví dụ như kẽm hoặc magiê, trong khi quy trình buồng lạnh được sử dụng cho các hợp kim như nhôm, có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
Hợp kim kẽm cạnh tranh với các vật liệu khác trong ngành đúc khuôn. Nhôm, gang, đồng thau, thép và magie, cùng với kẽm là những kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong các sản phẩm đúc khuôn. Chọn hợp kim phù hợp là một việc không đơn giản: người đúc khuôn phải phân tích ứng dụng, mật độ vật liệu, độ bền kéo, độ bền chảy, nhiệt độ nóng chảy và độ đàn hồi để đạt được kết quả tốt hơn với tất cả các yêu cầu về chức năng và thẩm mỹ.
Hợp kim kẽm và nhôm
Một trong những điểm khác biệt chính giữa hợp kim nhôm và kẽm là nhiệt độ nóng chảy của kẽm thấp và cần áp suất thấp hơn trong quá trình đúc khuôn. Vì những lý do này, hợp kim kẽm là loại dễ đúc nhất. Có nhiệt độ nóng chảy thấp cho phép các công cụ đúc khuôn kẽm có tuổi bền lâu hơn và vì khuôn đắt tiền nên sử dụng chúng trong thời gian dài hơn là một cách tiếp cận hiệu quả về chi phí đối với khối lượng sản xuất lớn.
Hơn nữa, kẽm có thể được đúc bằng quy trình buồng nóng, ít tốn kém hơn so với quy trình buồng lạnh; bằng cách sử dụng buồng nóng, có thể tăng tốc độ sản xuất. Mặt khác, các hợp kim nhôm thường được đúc bằng quy trình buồng lạnh, kém năng suất hơn so với quy trình buồng nóng được sử dụng cho kẽm.
Ngoài ra, kẽm phù hợp hơn cho các vật đúc có dạng hình học phức tạp và cần rất ít công việc gia công hoặc hoàn thiện sau khi đẩy bộ phận ra khỏi khuôn: áp suất thấp và điểm nóng chảy thấp làm giảm sốc nhiệt trong quá trình đúc, mang lại bề mặt nhẵn hơn cho bộ phận. Hơn nữa, khả năng tạo hình và khả năng gia công của kẽm vượt trội mang lại lợi thế về chi phí trong các hoạt động hoàn thiện và lắp ráp.
Có một nhược điểm khác đối với khuôn đúc nhôm: nó có xu hướng tạo ra tia lửa sau khi va chạm với sắt hoặc thép. Điều này không cho phép sử dụng nó trong môi trường rủi ro, nơi có thể dễ gây cháy nổ. Ngược lại, kẽm là vật liệu không phát ra tia lửa điện và do đó nó không có nguy cơ này và nó phù hợp ngay cả với những môi trường đó.
Nói chung, kẽm có độ chính xác tốt hơn, góc thoát khuôn nhỏ hơn, đáp ứng các lỗ nhỏ hơn và dài hơn, tuổi thọ công cụ dài hơn, tiết diện thành mỏng hơn, độ bền kéo vượt trội, khả năng gia công tốt hơn, khả năng tạo hình tốt hơn, chi phí đúc thấp hơn, kiểm soát áp suất vượt trội, nhiều tùy chọn hoàn thiện hơn và kẽm là vật liệu không phát ra tia lửa khi so sánh với nhôm.
Hợp kim kẽm và gang
Kẽm, so với gang, có chi phí đúc thấp hơn, độ chính xác cao hơn và tính dẫn nhiệt và điện cao hơn. Tuy nhiên, rất khó để so sánh gang với hợp kim kẽm vì có rất nhiều loại vật liệu gang đúc, mỗi loại có các tính chất khác nhau nên khó để so sánh chính xác một cách chung chung.
Hợp kim kẽm so với đồng thau
Hợp kim kẽm có chi phí xử lý thấp hơn, chi phí vật liệu thấp hơn, phế liệu xử lý ít hơn và dung sai tương đương hoặc vượt trội có thể đạt được so với đồng thau. Như trước đây, thuật ngữ đồng thau liên quan đến nhiều loại vật liệu đúc, với nhiều tính chất cơ học khác nhau và không thể xác định từng loại.
Hợp kim kẽm so với thép
So với thép gia công, kẽm có chi phí xử lý thấp hơn, khả năng chống ăn mòn vượt trội và có thể đạt được dung sai tương đương hoặc vượt trội.
Hợp kim kẽm và magiê
Một trong những điểm khác biệt chính giữa hợp kim magiê và kẽm là hợp kim kẽm cần áp suất và nhiệt độ thấp hơn để đúc. Không giống như magiê, cần được xử lý đặc biệt để chống ăn mòn và hoàn thiện, hợp kim kẽm có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và bề mặt đẹp hơn ngay sau khi được đẩy ra khỏi khuôn.
Magie có mật độ rất thấp và cũng giống như kẽm, hợp kim magie có thể được đúc khuôn bằng buồng nóng: vì lý do này, chúng có thời gian chu kỳ nhanh hơn nhôm. Tuy nhiên, tính chất của kẽm vượt trội hơn so với magie ở mọi khía cạnh.
Kẽm, khi so sánh với magiê, có chi phí xử lý thấp hơn, góc thoát khuôn nhỏ hơn, độ chính xác tốt hơn, độ cứng vượt trội, độ bền kéo vượt trội, khả năng chống ăn mòn tốt hơn, khả năng tạo hình vượt trội, tuổi thọ dụng cụ dài hơn, nhiều lựa chọn hoàn thiện hơn và nó là vật liệu không phát ra tia lửa.
6. Phụ tùng ô tô kẽm so với phụ tùng ô tô nhôm
Đúc nhôm tạo ra sự cạnh tranh mạnh mẽ với các bộ phận phụ tùng đúc kẽm trên ô tô. Trong phần này, chúng ta sẽ so sánh ngắn gọn các phụ tùng ô tô được làm từ hai vật liệu này.
Chúng ta đã biết thế mạnh của kẽm đúc trong ngành công nghiệp ô tô. Các bộ phận chế tạo bằng kẽm tương thích với quá trình đúc khuôn buồng nóng do nhiệt độ nóng chảy thấp, độ bền và độ cứng cao, bề mặt mịn và độ dẫn điện tốt. Hơn nữa, phụ tùng ô tô bằng kẽm còn có tính dẫn nhiệt và chống ăn mòn cao.
Phụ tùng ô tô bằng nhôm tương thích với nhiệt độ vận hành cao hơn bởi nó có điểm nóng chảy cao hơn. Chúng nhẹ hơn so với kẽm nếu so cùng một kiểu sản phẩm. Phụ tùng ô tô bằng nhôm cũng không yêu cầu quá nhiều trong quá trình hoàn thiện sản phẩm sau đúc. Tuy nhiên thì các bộ phận bằng nhôm gặp bất lợi về chi phí sản xuất và tuổi thọ công cụ, và xét về các tính chất cơ học chúng cũng không tốt bằng kẽm.
Nhìn chung, phụ tùng ô tô bằng kẽm và nhôm đều có điểm mạnh và điểm yếu. Các kỹ sư và doanh nhân đồng ý rằng kẽm là loại vật liệu tốt hơn để lựa chọn cho các ứng dụng đúc khuôn vì nó có nhiều lợi ích hơn. Tuy nhiên, nhôm cũng phổ biến rộng rãi do khối lượng thấp và đặc tính nhiệt.
7. Kết luận
Tóm lại, chúng tôi hy vọng rằng đây là một bài viết cung cấp những thông tin hữu ích cho bạn. Đúc kẽm trong ngành công nghiệp ô tô thường bị bỏ qua, nhưng trên thực tế, đây là một ngành công nghiệp khổng lồ với nhiều ứng dụng.
Trong cuộc thảo luận này, chúng tôi đã đề cập đến những lợi ích và ứng dụng của đúc khuôn kẽm, giải thích quy trình đúc khuôn buồng nóng, đồng thời so sánh các bộ phận phụ tùng ô tô bằng kẽm và nhôm.
Cuối cùng, chúng tôi cung cấp các công cụ gia công và dụng cụ đo lường trong ngành cơ khí chính xác. Chúng tôi cũng cung cấp giải pháp scan 3D cho các ứng dụng đo lường kiểm tra, thiết kế khuôn đúc. Vui lòng liên hệ với công ty Tinh Hà chúng tôi để được hỗ trợ và tư vấn nhiều hơn về các sản phẩm này.
