La fundición a presión de zinc es un método de producción flexible que implica la inyección de materia fundida de aleación de zinc en un molde especialmente diseñado con alta presión para crear piezas complejas y de alta precisión. Este método es especialmente adecuado para piezas de precisión porque el zinc tiene una gran fluidez, un punto de fusión bajo y se puede mecanizar con tolerancias estrictas sin mucho procesamiento posterior.
Fundición a presión de zamak se utiliza en sectores como la automoción, la electrónica, los bienes de consumo y los dispositivos médicos para piezas como conectores, engranajes, carcasas y mecanismos complejos que requieren tolerancias dimensionales y longevidad.
La mayoría de las aleaciones de zinc se procesan con máquinas de cámara caliente, que permiten tiempos de ciclo rápidos y una calidad constante. Las piezas precisas se benefician de la capacidad del zinc para producir paredes finas, geometrías complejas y piezas con forma de red, lo que reduce el desperdicio de material y el tiempo de montaje.
No obstante, se consiguen altos índices de éxito cuando se siguen unas reglas de diseño específicas y se tienen en cuenta las propiedades de los materiales, la forma y los parámetros de procesamiento. Estas reglas ayudan a reducir los defectos, mejorar la fabricabilidad y aumentar la precisión.
Este artículo identifica las principales directrices respaldadas por normas industriales establecidas por organizaciones para ayudar a los ingenieros a diseñar piezas de precisión de fundición inyectada de zinc.
Ventajas de la fundición inyectada de zinc de piezas de precisión
El uso de fundición inyectada de zinc ofrece varias ventajas, lo que lo convierte en uno de los mejores materiales para aplicaciones de precisión.
- En primer lugar, ofrece la mejor precisión dimensional con tolerancias tan cercanas como cero coma ciento veinticinco (0,025 mm) o -0,001 pulgadas (0,025 mm) posibles en diseños optimizados.
- Esta precisión se debe a la baja contracción y alta fluidez del zinc, de tal forma que el metal fundido puede verterse en una cavidad de molde compleja y rellenarse sin salir del molde para solidificarse.
- En segundo lugar, el zinc permite la fundición de paredes finas, con un espesor mínimo de 0,025 pulgadas (0,635 mm) en miniatura y, por lo general, de 0,040 pulgadas (1,016 mm) para mejorar los acabados superficiales.
- De este modo se ahorra peso y costes de material, pero es lo bastante resistente como para utilizarse en piezas de precisión ligeras, como carcasas electrónicas y sensores de automoción.
- En tercer lugar, el proceso favorece las geometrías intrincadas, así como los rebajes, las roscas y las características integradas, que a menudo no necesitan volver a mecanizarse.
- La ductilidad y resistencia al impacto del zinc garantizan que las piezas no estén sometidas a tensiones mecánicas, y su moldeabilidad también reduce la porosidad y los defectos superficiales.
- Además, los componentes de zinc pueden chaparse, pintarse o acabarse fácilmente para protegerlos de la corrosión y darles un aspecto presentable.
- Zinc tiene un punto de fusión más bajo (alrededor de 380-390 °C con aleaciones de Zamak) que otros metales, como el aluminio o el magnesio. De este modo se reduce el desgaste de las matrices, se prolonga la vida útil de las herramientas y se reducen los costes de producción de lotes de gran volumen.
- En el caso de piezas precisas, esto se traduce en una consistencia de alta calidad a lo largo de miles de ciclos. Las ventajas medioambientales incluyen la total reciclabilidad, que se alinea con las prácticas de fabricación respetuosas con el medio ambiente.
Material de selección: Aleaciones de Zinc
Seleccionar la aleación de zinc correcta es importante para las piezas de precisión porque afecta a las propiedades mecánicas, la colabilidad y las tolerancias. El sitio Fundición a presión de zamak (2, 3, 5, 7) y la serie ZA (8, 12, 27) tienen composiciones y propiedades de rendimiento específicas.
- El más popular es Zamak 3, que ofrece una combinación de resistencia, ductilidad y estabilidad dimensional.
- El zamak 5 tiene mayor dureza y resistencia a la tracción, por lo que es el más adecuado para piezas sometidas a carga.
- ZA-8 ofrece una mayor resistencia a la fluencia y puede utilizarse en aplicaciones a temperaturas más elevadas.
- Mientras que la ZA-27 es más resistente, pero debe fundirse en cámaras frías debido a su alto contenido en aluminio.
En la tabla siguiente se resumen los tipos de aleación de zinc utilizados en la fabricación de piezas de precisión:
| Tipos de aleación de zinc | Resistencia a la tracción (ksi/MPa) | Alargamiento % | Dureza (BHN) | Densidad g/cm³ | Límite elástico (MPa) | Punto de fusión °C |
| Zamak 2 | 52/359 | 7 | 100 | 6.6 | 283 | 379-390 |
| Zamak 3 | 41/283 | 10 | 82 | 6.6 | 269 | 381-387 |
| Zamak 5 | 48/328 | 7 | 91 | 6.6 | 283-269 | 380-386 |
| Zamak 7 | 41/283 | 13 | 80 | 6.6 | 310-331 | 381-387 |
| ZA 8 | 54/372 | 6-10 | 100-106 | 6.3 | 359-379 | 375-404 |
| ZA-12 | 59/400 | 4-7 | 95-105 | 6.03 | 145 | 377-432 |
| ZA-27 | 62/426 | 2.0-3.5 | 116-122 | 5.3 | N/A | 372-484 |
Estas propiedades pueden utilizarse para garantizar que las aleaciones de zinc cumplan las especificaciones de precisión y que las piezas complejas tengan una alta puntuación de fluidez (1-2 en una escala de 1-4; 1 mejor). Para ser más exactos, los fabricantes querrían elegir aleaciones como Zamak 3 o ZA-8 por su estabilidad y capacidad para soportar tolerancias estrechas.
Directrices clave de diseño
Bien fundición inyectada de zinc está diseñado para facilitar el flujo y la expulsión manteniendo la resistencia con un coste mínimo.
Espesor de pared
El grosor de la pared debe ser uniforme para evitar la porosidad y la distorsión. Para piezas de precisión, manténgalo dentro de +/-10% y utilice un grosor mínimo de 0,040 pulgadas (1 mm) para un buen acabado superficial, y tan fino como 0,020 pulgadas (0,5 mm) en modelos en miniatura.
Las proporciones entre secciones gruesas y finas deben mantenerse por debajo de 3:1 para minimizar la posibilidad de porosidad; preferiblemente, las proporciones entre diámetros de esferas inscritas no deben superar 6:1.
Espesar las paredes mejora el flujo pero aumenta el tiempo de ciclo y el consumo. A distancias alejadas de la lingoteta, el espesor mínimo cambia: por debajo de 0,5 mm en zonas de menos de 50 mm, hasta 2 mm a 200 mm.
Se pueden utilizar diferentes simulaciones para comprobar los diseños. En la fundición de zinc, especifique un mínimo de 0,025 pulgadas (0,635 mm) en ubicaciones seleccionadas, pero de 0,040 pulgadas (1,016 mm) en ubicaciones óptimas.
Ángulos de calado
Los ángulos de desmoldeo ayudan a expulsar las piezas y evitan daños en la matriz. Para el zinc, los ángulos de inclinación mínimos son 0,5 ° -1 en superficies exteriores, 1 ° -1 en superficies interiores y 0,1 ° -1 en orificios redondos. Las características cortas que utilizan piezas móviles (elementos del troquel) pueden imprimirse en cero, pero es más caro.
Para las costillas, se utiliza una conicidad de 5-10 cuando no es paralela a la contracción. Diferentes normas dan cálculos de calado: las tolerancias estándar son 50 (ángulo de calado de aproximadamente 1,9 grados a una profundidad de 1 pulgada) para paredes interiores y 100 para paredes exteriores. También existen tolerancias de precisión que permiten calados constantes de 60 y 120.
Filetes y radios
Siempre deben añadirse filetes y radios, ya que los bordes afilados provocan concentraciones de tensiones y erosión de la matriz. El radio mínimo del filete interior es de 0,016 pulgadas (0,4 mm) y el exterior de 0,031 pulgadas (0,8 mm). Los radios de mayor tamaño (hasta 0,063 pulgadas o 1,6 mm) mejoran la fluidez y la resistencia.
Deben utilizarse radios mínimos (0,060 pulgadas (1,5 mm) para resaltes y nervaduras). Los radios a alta tensión no deben ser inferiores a 1 mm; las normas sugieren ±0,08/±0,04 pulgadas (±2/±1 mm) en los filetes. Esto mejora la vida útil de la pieza y reduce el agrietamiento.
Costillas y Jefes
Las nervaduras mejoran el refuerzo sin añadir volumen. Cree costillas poco profundas y redondeadas (relación altura/espesor no superior a 3:1) y sepárelas uniformemente para que no se deformen. Adhiera las nervaduras a las paredes con filetes para evitar porosidad en la intersección.
La altura de los resaltes utilizados para montar o roscar debe ser igual a su diámetro, y cuando el diámetro es grande, deben tener nervaduras. Mantenga una distancia de 6,5 mm (0,25 pulgadas) entre los resaltes. Las tolerancias de las alturas críticas pueden estar contenidas en las nervaduras, como en los diseños de precisión de ±0,001 pulgadas (±0,025 mm) de las nervaduras.
Taladros y roscas
Los orificios practicados en el núcleo lo aligeran y permiten elementos como roscas. Las profundidades máximas son de unos 3 mm de diámetro, 9 mm ciegos o 24 mm pasantes; hasta 12 mm de diámetro con aberturas mayores. Al menos 6 mm de diámetro, relación L/D no superior a 4:1 en agujeros pequeños.
Consideraciones sobre la línea de separación
Lo mejor es colocar la línea de separación en la sección más grande posible para producir la menor cantidad de rebabas y permitir un recorte fácil. Deben evitarse las líneas verticales o complicadas; lo mejor son los ángulos rectos del plano del troquel. Las tolerancias en las líneas de apertura son la suma de las lineales, por área proyectada.
| Superficie prevista | Tolerancia (+in) |
| Hasta el 10 | +0.0045 |
| 11-20 | +0.005 |
| 21-50 | +0.006 |
| 51-100 | +0.009 |
Tolerancias de las piezas de precisión
Fundición a presión de cinc tiene tolerancias de precisión aún mayores que las estándar, y a veces 65% de esos controles especiales son necesarios. Tolerancias lineales: la precisión de la primera pulgada es de ±0,002 pulgadas, la extra es de ±0,001.
| Dimensiones (mm) | Tolerancia (mm) |
| 0-25 | 0.10 |
| 26-32 | 0.12 |
| 33-40 | 0.14 |
| 41-50 | 0.16 |
Las tolerancias geométricas consisten en la desalineación (0,1 mm TIR misma mitad), la planitud (0,005 pulgadas 3 pulgadas y menos, precisión) y la angularidad. Desplazamiento de la línea de partición: +0,004 pulgadas a la línea de separación dentro de 50 en 2.
Evitar defectos comunes
Los espesores mal seleccionados o las compuertas mal colocadas provocan porosidad; redúzcala con paredes uniformes y lingotes optimizados para CAE. El enfriamiento no uniforme causa distorsión, que se evita en superficies coronadas y nervaduras. Los calados y filetes adecuados eliminan defectos superficiales como los cierres fríos. Consulte a los matriceros sobre simulaciones.
Acabados y operaciones secundarias
El zinc es mecanizable y se puede postprocesar fácilmente; sin embargo, está diseñado para minimizar el postprocesado. Añada 0,010-0,030 pulg. de material de mecanizado. Los acabados son chapado (cosmético), pintura o anodizado. Las clases superiores son 32 Ra obtenidas en bruto.
Aplicaciones de la fundición inyectada de zinc
Las piezas moldeadas a presión de zinc han sido muy populares en las industrias debido a su flexibilidad y trabajo de alta calidad.
Industria del automóvil
Los componentes de fundición a presión de zinc predominan en los vehículos, como las carcasas de las cerraduras de las puertas, los componentes de los cinturones de seguridad, los sistemas de frenos, los componentes de la dirección, las carcasas de los sensores y los embellecedores decorativos. Tienen una gran resistencia a los impactos y durabilidad en comparación con otros materiales.
Telecomunicaciones y electrónica
El zinc se utiliza en electrónica en conectores, carcasas, disipadores térmicos y componentes de apantallamiento EMI/RFI. Su conductividad y su capacidad para fabricar componentes finos y de paredes delgadas permiten fabricar componentes a pequeña escala para ordenadores, smartphones y equipos de red. todas las industrias electrónicas utilizan productos fabricados mediante fundición a presión de zinc.
Bienes de consumo y ferretería
Suele utilizarse en cerraduras, grifos, manillas, accesorios de fontanería, juguetes y herrajes de construcción. El acabado del zinc es muy atractivo y requiere un mínimo acabado secundario. Otros usos incluyen equipos médicos, engranajes de maquinaria industrial y soportes.
Inconvenientes de la fundición a presión de zinc
La fundición a presión de zinc ofrece numerosas ventajas; sin embargo, también tiene ciertas limitaciones que los fabricantes deben tener en cuenta antes de adoptar este método.
Limitaciones de tamaño
La fundición a presión de zinc puede utilizarse sobre todo para piezas pequeñas y medianas. Los componentes grandes son difíciles de producir debido a las limitaciones de las máquinas de fundición a presión y al tamaño de los moldes. En secciones más grandes, los procesos de producción alternativos pueden ser más factibles y menos costosos.
Coste inicial elevado
El proceso requiere herramientas precisas y moldes especiales. Por eso, la fundición a presión de zinc no es ideal para la producción de bajo volumen. Pero es rentable para la producción a gran escala.
Problemas de conductividad térmica
Las aleaciones de zinc son muy conductoras térmicamente, por lo que es difícil controlar el calor durante el proceso de fundición. Debido a una mala gestión térmica, pueden producirse defectos, por lo que es necesario un buen diseño del molde y un sistema de refrigeración.
Conclusión
Fundición a presión de cinc ha surgido como un proceso de fabricación eficaz para crear componentes de alta precisión con formas complejas y tolerancias estrechas. Las características especiales del material, que incluyen una gran fluidez, un punto de fusión bajo, una gran estabilidad dimensional y una buena resistencia mecánica, hacen que la fundición a presión de zinc sea idónea para industrias en las que la precisión, la longevidad y la finura de la superficie son de gran importancia.
La aplicación de principios de diseño adecuados, como la igualdad de grosor de las paredes, un ángulo de desmoldeo suficiente, filetes redondeados, nervaduras y resaltes optimizados y la posición de la línea de apertura, puede ayudar en gran medida a los fabricantes a eliminar defectos como la porosidad, la distorsión y las rebabas.
Esto puede mejorarse aún más seleccionando cuidadosamente una aleación de zinc, como por ejemplo Zamak 3, Zamak 5, o ZA-8, que mejor se adapte a las propiedades mecánicas y a los requisitos de la aplicación.
Las tolerancias que se consiguen con la fundición a presión de zinc son tolerancias de precisión que tienden a reducir el mecanizado secundario, lo que se traduce en ciclos de producción más rápidos y un menor gasto total. El zinc también tiene una excelente capacidad de acabado, lo que permite chapar, pintar o revestir fácilmente las piezas, mejorando su resistencia a la corrosión y su aspecto.
En conjunto, la fundición a presión de zinc combina todos estos factores (precisión, resistencia, eficacia, rentabilidad). Con métodos de diseño adecuados y fundidores a presión cualificados, puede proporcionar piezas consistentes y de alta calidad para los sectores de automoción, electrónica, bienes de consumo, equipos médicos e industrias internas.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se utiliza el zinc en la fundición de precisión?
El zinc es un material de baja contracción, alta fluidez, tolerancias estrechas y buen acabado superficial, adecuado para piezas de precisión.
¿Cuál es el espesor mínimo de las paredes de la fundición inyectada de cinc?
Se suelen utilizar componentes en miniatura de 0,020 pulgadas (0,5 mm), aunque también se recomiendan los de 0,040 pulgadas (1,0 mm).
¿Cuál es la mejor aleación de zinc para piezas de alta precisión?
El más utilizado es el Zamak 3, que presenta estabilidad dimensional e iguales propiedades mecánicas.
¿Los componentes de fundición inyectada de cinc son aplicables a roscas y detalles finos?
Sí, el zinc acepta fácilmente agujeros con núcleo, roscas, rebajes y diseños complejos con poco mecanizado.
¿Es rentable fabricar grandes cantidades de piezas de fundición a presión de zinc?
Sí, es muy rentable gracias a la rapidez de los ciclos, la larga vida útil de las matrices, la reducción del tratamiento posterior y la posibilidad de reciclado.
