Diretrizes de projeto de fundição sob pressão de zinco para peças de precisão

A fundição de zinco é um método de produção flexível que envolve a injeção de matéria fundida de liga de zinco em um molde especialmente projetado com alta pressão para criar peças complexas e de alta precisão. Essa abordagem é especialmente adequada para peças de precisão, pois o zinco tem alta fluidez, baixo ponto de fusão e pode ser usinado com tolerâncias estreitas sem muito pós-processamento.

Fundição sob pressão de Zamak é usado em setores como automotivo, eletrônico, bens de consumo e dispositivos médicos para peças, incluindo conectores, engrenagens, carcaças e mecanismos complexos que exigem tolerâncias dimensionais e longevidade.

A maioria das ligas de zinco é processada com máquinas de câmara quente, que permitem tempos de ciclo rápidos e qualidade estável. Peças precisas se beneficiam da capacidade do zinco de produzir paredes finas, geometrias complexas e peças com formato de rede, reduzindo o desperdício de material e o tempo de montagem.

No entanto, altas taxas de sucesso são alcançadas quando regras específicas de projeto são seguidas e as propriedades do material, a forma, o formato e os parâmetros de processamento são considerados. Essas regras ajudam a reduzir defeitos, melhorar a capacidade de fabricação e aumentar a precisão.

Este artigo identifica as principais diretrizes apoiadas pelos padrões do setor definidos por organizações para ajudar os engenheiros a projetar peças de precisão fundidas em zinco.

Vantagens da fundição sob pressão de zinco para peças de precisão

O uso de fundição sob pressão de zinco oferece vários benefícios, o que o torna um dos melhores materiais para aplicações de precisão.

• Primeiro, ele oferece a melhor precisão dimensional com tolerâncias tão próximas quanto zero ponto cento e vinte e cinco (0,025 mm) ou -0,001 polegadas (0,025 mm) possíveis em projetos otimizados.
• Essa precisão se deve ao baixo encolhimento e à alta fluidez do zinco, de modo que o metal fundido pode ser derramado em uma cavidade de molde complexa e preenchido sem sair do molde para solidificar.
• Em segundo lugar, o zinco permite a fundição de paredes finas, com espessura mínima de 0,025 polegada (0,635 mm) em miniatura e, em geral, 0,040 polegada (1,016 mm) para melhorar o acabamento da superfície.
• Isso economiza peso e custos de material, mas é forte o suficiente para ser usado em peças de precisão leves, como gabinetes eletrônicos e sensores automotivos.
• Em terceiro lugar, o processo favorece geometrias complexas, bem como rebaixos, roscas e recursos integrados, que geralmente não precisam ser usinados novamente.
• A ductilidade e a resistência ao impacto do zinco garantem que as peças não sejam submetidas a tensões mecânicas, e sua capacidade de fundição também reduz a porosidade e os defeitos de superfície.
• Além disso, os componentes de zinco podem ser facilmente revestidos, pintados ou receber acabamento para protegê-los contra a corrosão e deixá-los apresentáveis.
• Zinco tem um ponto de fusão mais baixo (cerca de 380-390 °C com ligas de Zamak) do que outros metais, como o alumínio ou o magnésio. Dessa forma, reduz o desgaste da matriz, permitindo maior vida útil da ferramenta e menores custos de produção para lotes de alto volume.
• No caso de peças precisas, isso se traduz em consistência de alta qualidade ao longo de milhares de ciclos. As vantagens ambientais incluem a possibilidade de reciclagem total, que se alinha às práticas de fabricação ecologicamente corretas.

Material de seleção: Ligas de zinco

A seleção da liga de zinco correta é importante para peças de precisão porque afeta as propriedades mecânicas, a capacidade de fundição e as tolerâncias. A Zamak fundido sob pressão (2, 3, 5, 7) e a série ZA (8, 12, 27) têm composições e propriedades de desempenho específicas.

• O mais popular é Zamak 3, que oferece uma combinação de resistência, ductilidade e estabilidade dimensional.
• O Zamak 5 tem maior dureza e resistência à tração, o que o torna mais adequado para peças sob carga.
• O ZA-8 oferece melhor resistência à fluência e pode ser usado em aplicações de temperaturas mais altas.
• Já o ZA-27 é mais resistente, mas deve ser fundido em câmaras frias devido ao seu alto teor de alumínio.

A tabela abaixo resume os tipos de liga de zinco usados na fabricação de peças de precisão:

Essas propriedades podem ser usadas para garantir que as ligas de zinco atendam às especificações de precisão e que as peças complexas tenham altos índices de fluidez (1-2 em uma escala de 1-4; 1 é o melhor). Para ser mais exato, os fabricantes gostariam de escolher ligas como Zamak 3 ou ZA-8 devido à sua estabilidade e capacidade de suportar tolerâncias rígidas.

Principais diretrizes de design

Bom fundição sob pressão de zinco foi projetado para facilitar o fluxo e a ejeção, mantendo a resistência a um custo mínimo.

Espessura da parede

A espessura da parede deve ser uniforme para evitar porosidade e distorção. Para peças de precisão, mantenha-a dentro de +/-10% e use uma espessura mínima de 1 mm (0,040 polegadas) para obter um bom acabamento de superfície, e até 0,020 polegadas (0,5 mm) em modelos em miniatura.

As proporções entre seções grossas e finas devem ser mantidas em menos de 3:1 para minimizar a chance de porosidade; de preferência, as proporções de diâmetro da esfera inscrita não devem exceder 6:1.

O espessamento das paredes melhora o fluxo, mas aumenta o tempo de ciclo e o consumo. Para distâncias distantes da entrada, a espessura mínima muda: abaixo de 0,5 mm em áreas menores que 50 mm, até 2 mm a 200 mm.

Diferentes simulações podem ser usadas para verificar os projetos. Na fundição de zinco, especifique um mínimo de 0,635 mm (0,025 pol.) em locais selecionados, mas 1,016 mm (0,040 pol.) em locais de fundição ideal.

Ângulos de inclinação

Os ângulos de inclinação ajudam a ejetar as peças e evitam danos à matriz. Para o zinco, as correntes de ar mínimas são de 0,5 ° -1 em superfícies externas, 1 ° -1 em superfícies internas e 0,1 ° -1 em furos redondos. Recursos curtos que usam peças móveis (elementos de matriz) podem ser impressos em zero, mas isso é mais caro.

Para as nervuras, um cone de 5 a 10 é usado quando não é paralelo ao encolhimento. Diferentes padrões fornecem cálculos de calado: as tolerâncias padrão são de 50 (ângulo de calado de aproximadamente 1,9 graus em uma profundidade de 1 polegada) para paredes internas e 100 para paredes externas. Há também tolerâncias de precisão que permitem 60 e 120 calados constantes.

Filés e raios

Os filetes e raios devem sempre ser adicionados, pois as bordas afiadas levam a concentrações de tensão e à erosão da matriz. O raio mínimo do filete interno é 0,016 polegada (0,4 mm) e o raio externo é 0,031 polegada (0,8 mm). Raios maiores (até 0,063 polegadas ou 1,6 mm) melhoram o fluxo e a resistência.

Devem ser usados raios mínimos (0,060 polegadas (1,5 mm) para saliências e nervuras). O raio em alta tensão não deve ser inferior a 1 mm; as normas sugerem ±0,08/±0,04 polegadas (±2/±1 mm) em filetes. Isso melhora a vida útil da peça e reduz as rachaduras.

Costelas e chefes

As nervuras aumentam o reforço sem aumentar o volume. Crie nervuras rasas e arredondadas (relação altura/espessura não superior a 3:1) e espace-as uniformemente para que não fiquem distorcidas. Faça a adesão das nervuras às paredes com filetes para evitar a porosidade na interseção.

A altura das saliências usadas para montar ou rosquear deve ser igual ao seu diâmetro e, quando o diâmetro for grande, elas devem ter nervuras. Mantenha uma distância de 0,25 polegada (6,5 mm) entre as saliências. As tolerâncias de alturas críticas podem ser contidas em nervuras, como nos projetos de precisão de nervuras de ±0,001 polegadas (±0,025 mm).

Furos e roscas com núcleo

Os furos feitos no núcleo o tornam mais leve e permitem elementos como roscas. As profundidades máximas são de cerca de 3 mm de diâmetro, 9 mm cegos ou 24 mm passantes; até 12 mm de diâmetro com aberturas maiores. Pelo menos 0,25 polegada (6 mm) de diâmetro, relação L/D não superior a 4:1 em furos pequenos.

Considerações sobre a linha de separação

É melhor colocar a linha de separação na maior seção possível para produzir a menor quantidade de flash e permitir um corte fácil. Linhas verticais ou complicadas devem ser evitadas; os ângulos retos do plano de movimento da matriz são os melhores. As tolerâncias nas linhas de partição são a soma das lineares, por área projetada.

Tolerâncias de peças de precisão

Fundição sob pressão de zinco tem tolerâncias de precisão ainda maiores do que o padrão e, às vezes, são necessários 65% desses controles especiais. Tolerâncias lineares: a precisão da primeira polegada é de ±0,002 polegadas, a extra é de ±0,001.

As tolerâncias geométricas consistem em desalinhamento (0,1 mm TIR na mesma metade), planicidade (0,005 polegadas 3 polegadas e menos, precisão) e angularidade. Deslocamento da linha de partição: +0,004 polegadas para a linha de partição dentro de 50 em 2.

Como evitar defeitos comuns

Espessuras mal selecionadas ou portas mal posicionadas causam porosidade; reduza-a com paredes uniformes e encaixes otimizados pelo CAE. O resfriamento não uniforme causa distorção, que é evitada em superfícies coroadas e nervuras. A calagem e os filetes adequados eliminam defeitos de superfície, como as juntas frias. Consulte os fundidores de matrizes sobre simulações.

Acabamentos e operações secundárias

O zinco é usinável e pode ser facilmente pós-processado; no entanto, ele foi projetado para minimizar o pós-processamento. Adicione 0,010-0,030 pol. de estoque para usinagem. Os acabamentos são chapeamento (cosmético), pintura ou anodização. As classes superiores são de 32 Ra obtidas como fundidas.

Aplicações das peças fundidas sob pressão de zinco

As peças fundidas de zinco são muito populares nas indústrias devido à sua flexibilidade e alta qualidade de trabalho.

Setor automotivo

Os componentes de fundição sob pressão de zinco são dominantes em veículos, incluindo carcaças de fechaduras de portas, componentes de cintos de segurança, sistemas de freio, componentes de direção, carcaças de sensores e acabamentos decorativos. Eles têm alta resistência a impactos e durabilidade em comparação com outros materiais.

Telecomunicações e eletrônica

O zinco é usado na eletrônica em conectores, carcaças, dissipadores de calor e componentes de blindagem EMI/RFI. Sua condutividade e capacidade de fabricar componentes finos e de paredes finas permitem a fabricação de componentes de pequena escala para computadores, smartphones e equipamentos de rede.

Bens de consumo e hardware

Geralmente usado em fechaduras, torneiras, maçanetas, acessórios de encanamento, brinquedos e ferragens de construção. O zinco pode ser acabado com acabamentos atraentes, exigindo um mínimo de acabamento secundário. Outros usos incluem equipamentos médicos, engrenagens de máquinas industriais e suportes.

Desvantagens da fundição sob pressão de zinco

A fundição sob pressão de zinco oferece inúmeras vantagens; no entanto, ela também tem certas limitações que os fabricantes devem considerar antes de adotar esse método.

Restrições de tamanho

A fundição sob pressão de zinco pode ser usada principalmente para peças de pequeno e médio porte. É difícil produzir componentes grandes devido às restrições das máquinas de fundição sob pressão e ao tamanho dos moldes. Em seções maiores, processos de produção alternativos podem ser mais viáveis e menos dispendiosos.

Alto custo inicial

São necessárias ferramentas precisas e moldes especiais no processo. Isso resulta em uma configuração inicial cara; portanto, a fundição de zinco não é ideal para produção de baixo volume. Mas é econômica para a produção em massa.

Problemas com a condutividade térmica

As ligas de zinco são altamente condutoras de calor e, portanto, é difícil controlar o calor durante o processo de fundição. Devido ao mau gerenciamento térmico, podem ocorrer defeitos e, portanto, é necessário um bom projeto de molde e um sistema de resfriamento.

Conclusão

Fundição sob pressão de zinco A fundição sob pressão de zinco surgiu como um processo de fabricação eficaz para a criação de componentes de alta precisão com formas complexas e tolerâncias estreitas. Suas características especiais de material, incluindo alta fluidez, baixo ponto de fusão, alta estabilidade dimensional e boa resistência mecânica, fazem com que a fundição de zinco seja adequada para setores em que a precisão, a longevidade e a finura da superfície são de grande importância.

O uso de princípios de projeto adequados, como espessura de parede igual, ângulo de inclinação suficiente, filetes arredondados, nervuras e saliências otimizadas e a posição da linha de partição, pode ajudar muito os fabricantes a eliminar defeitos como porosidade, distorção e flash.

Isso pode ser melhorado ainda mais com a seleção cuidadosa de uma liga de zinco, como Zamak 3, Zamak 5 ou ZA-8, que melhor se adapte às propriedades mecânicas e aos requisitos da aplicação.

As tolerâncias alcançadas com a fundição sob pressão de zinco são tolerâncias de precisão que tendem a reduzir a usinagem secundária, resultando em ciclos de produção mais rápidos e menor gasto total. O zinco também tem excelente capacidade de acabamento, permitindo que as peças sejam banhadas, pintadas ou revestidas facilmente, aumentando a resistência à corrosão e a aparência.

De modo geral, a fundição sob pressão de zinco combina todos esses fatores (precisão, resistência, eficiência, custo-benefício). Com métodos de projeto adequados e fundidores qualificados, ela pode fornecer peças consistentes e de alta qualidade para os setores automotivo, eletrônico, de bens de consumo, equipamentos médicos e indústrias internas.

Perguntas frequentes

Por que o zinco é usado na fundição sob pressão de zinco de precisão?

O zinco é um material com baixo encolhimento, alta fluidez, tolerância rígida e bom acabamento superficial, adequado para peças de precisão.

Qual é a espessura mínima da parede da fundição de zinco?

Componentes em miniatura medindo 0,020 polegadas (0,5 mm) são comumente usados, embora 0,040 polegadas (1,0 mm) também seja recomendado.

Qual é a melhor liga de zinco para usar em peças de alta precisão?

O mais usado é o Zamak 3, que tem estabilidade dimensional e propriedades mecânicas iguais.

Os componentes de zinco fundido sob pressão são aplicáveis a roscas e detalhes finos?

Sim, o zinco aceita prontamente furos, roscas, rebaixos e projetos complexos com pouca usinagem.

A fundição sob pressão de zinco pode ser econômica para produção em grandes quantidades?

Sim, é muito econômico devido ao rápido tempo de ciclo, à longa vida útil da matriz, à redução do pós-processamento e à possibilidade de reciclagem.