Mecanizado de zinc:selección de aleaciones y procesos para una producción óptima de piezas

El zinc (Símbolo:Zn) es un metal utilitario en la industria manufacturera debido a sus propiedades materiales favorables, como buena resistencia a la corrosión, rendimiento electroquímico y biocompatibilidad.

En este artículo, analizamos las cualidades del zinc y sus aleaciones como materiales de mecanizado CNC. También incluye las propiedades del zinc, diferentes tipos de aleaciones de zinc, varios procesos de mecanizado del zinc y un análisis en profundidad de la maquinabilidad de las aleaciones de zinc.

Propiedades y características del zinc

El zinc metálico, en su forma pura, es un elemento químico frágil, de color gris brillante y con aplicaciones industriales limitadas. Como metal puro, es útil para galvanizar otros metales como el hierro para mejorar la resistencia a la corrosión.

Las aleaciones de zinc, sin embargo, son increíblemente útiles y cuentan con una variedad de cualidades deseables que las colocan en un lugar destacado en la lista de materiales de mecanizado comunes. Las aleaciones de zinc tienen buena resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y alta ductilidad. Además, son respetuosos con el medio ambiente debido a su reciclabilidad. Además, el zinc es un metal económico y con abundante oferta.

Cada aleación de zinc ofrece una combinación específica de propiedades de materiales. En esta sección, analizaremos algunas aleaciones de zinc populares. Algunos de los principales elementos de aleación del zinc son el cobre, el estaño, el magnesio y el aluminio.

Zamak 3

La familia de aleaciones de zinc Zamak tiene los grados de aleaciones de zinc más comunes, siendo Zamak 3 el estándar entre ellos. Zamak 3 contiene un 96% de zinc de alta pureza y un 4% de aluminio. Además, ciertas variantes de Zamak 3 también pueden contener trazas de cobre, magnesio y hierro.

Ofrece una combinación de ductilidad, resistencia, acabado y estabilidad dimensional. Estas cualidades, aumentadas por su punto de fusión de 384oC, lo hacen altamente moldeable. Por lo tanto, podría decirse que la fundición es su uso industrial más popular.

Además, Zamak 3 también tiene la característica resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica de las aleaciones de zinc.

Zamak 5

Zamak 5 es otro grado de aleación de zinc del grupo Zamak. Su composición contiene ~1% de cobre además del 4% de aluminio, que es común entre todos los grados de Zamak.

Esta adición de cobre añade resistencia y dureza a la aleación de zinc. Sin embargo, estas propiedades se obtienen a expensas de una menor ductilidad y precisión dimensional. Sin embargo, en general, Zamak 5 es una excelente aleación de zinc con buena moldeabilidad y maquinabilidad.

ZA 8

ZA 8 es una aleación de zinc y aluminio con un contenido de aluminio del 8,4%. Sus principales cualidades incluyen alta resistencia y dureza, así como resistencia a la fluencia, que es una propiedad única entre los grados de aleaciones de zinc. Además, admite diversos procesos de acabado de superficies y, por lo tanto, es una opción común para fabricar artículos con fines decorativos.

Una de sus principales ventajas es su compatibilidad con los métodos de fundición a presión, incluida la fundición a presión en cámara caliente. Su fluidez permite fundir geometrías complejas con rasgos finos.

EZAC

EZAC es un innovador grado de aleación de zinc con contenido de aluminio y cobre. Tiene una resistencia, dureza y rendimiento de fluencia notables, a menudo citado como el mejor entre los grados de aleaciones de zinc comunes.

Es especialmente adecuado para aplicaciones de fundición a presión debido a su punto de fusión y fluidez. Su bajo punto de fusión significa que es compatible con la fundición a presión en cámara caliente, aumentando sus aplicaciones potenciales en varias industrias.

ZA 27

ZA 27 es otra aleación de zinc con alto contenido de aluminio, con alrededor de un 28% de aluminio y un 2,5% de cobre. Es liviano, fuerte, duro y tiene buenas propiedades de fluencia. Además, tiene un punto de fusión relativamente alto entre las aleaciones de zinc, lo que lo hace adecuado para la fundición a presión en cámara fría.

Tombak

Tombak es principalmente una aleación de latón con un contenido de zinc de entre el 5 y el 20 %. Es conocido por su bajo costo, maleabilidad y apariencia brillante. Dependiendo de la composición de otros elementos de aleación (estaño, cobre, plomo, etc.), puede tomar diferentes coloraciones.

Es una opción popular para fabricar productos de valor ornamental como medallas, piezas decorativas y botones debido a su apariencia dorada.

Maquinabilidad de aleaciones de zinc

Las aleaciones de zinc son generalmente fáciles de mecanizar y no causan muchos problemas. Sin embargo, como ocurre con cualquier material, exhiben comportamientos específicos que requieren ciertas consideraciones y ajustes por parte de los maquinistas para obtener los mejores resultados. A continuación se analizan algunos aspectos fundamentales de la maquinabilidad del zinc.

Comportamiento gomoso

El zinc se calienta rápidamente durante el mecanizado. El ablandamiento térmico que acompaña al aumento de temperatura puede provocar que el material se vuelva "gomoso". Esto significa que la aleación de zinc tiende a adherirse al filo de la herramienta, lo que aumenta el desgaste de la herramienta y deteriora el rendimiento de corte.

Bajo punto de fusión

Un problema similar relacionado con la temperatura es que el ablandamiento térmico a veces puede impedir que los maquinistas adopten un enfoque de mecanizado agresivo. Por ejemplo, es posible que no sean posibles avances muy altos debido a un corte excesivo del material.

Fragilidad

Aunque son inherentemente dúctiles, el comportamiento frágil de algunos grados de aleaciones con alto contenido de aluminio puede crear problemas de astillas.

Peligros de seguridad

Mientras que el mecanizado de zinc produce virutas cortas y manejables, el mecanizado fino o las aplicaciones de rectificado pueden producir polvo que no debe inhalarse. Por ello, se recomienda contar con una ventilación adecuada al realizar este tipo de operaciones.

Diferentes procesos de mecanizado de aleaciones de zinc

Las aleaciones de zinc son un material común en los talleres mecánicos. Son compatibles con una variedad de operaciones de mecanizado, algunas de las cuales se explican brevemente a continuación.

Fresado

El fresado es el proceso de mecanizado más reconocido para el mecanizado de zinc. Con capacidades avanzadas como el mecanizado CNC de 5 ejes, es un proceso de primera línea para fabricar formas prismáticas irregulares.

Girando

El torneado es útil para mecanizar objetos de forma cilíndrica en tornos. Los tornos modernos ofrecen capacidades multieje con alta precisión, incluidas operaciones de torneado y fresado. Tornear zinc, como ocurre con el fresado, es fácil, pero puede tener algunos problemas con el ablandamiento (gomoso) del material.

Perforación

La perforación es el proceso estándar de mecanizado de agujeros, utilizando brocas de varias relaciones de longitud a radio con estrías helicoidales. La perforación de aleaciones de zinc se realiza mejor con enfriamiento por inundación y brocas afiladas para minimizar la acumulación de calor en la zona de corte. De lo contrario, las aleaciones de zinc se pueden mecanizar con parámetros de corte generosos, lo que permite altas tasas de eliminación de material.

Fundición a presión

La fundición a presión es un proceso de fabricación muy eficiente y popular para producir componentes de zinc con formas complejas y tolerancias estrictas. A diferencia de los procesos de mecanizado tradicionales, la fundición a presión implica el uso de moldes o matrices para crear la pieza deseada.

Mecanizado por electroerosión (EDM)

La electroerosión no es una operación de mecanizado clásica, pero sigue siendo un método muy útil y habitual para producir piezas prismáticas en talleres mecánicos. La buena conductividad eléctrica del zinc lo convierte en un material compatible con la electroerosión.

Opciones de acabado superficial para piezas de zinc

Las aleaciones de zinc son compatibles con una variedad de métodos de acabado de superficies, que incluyen:

• Galvanoplastia :Las aleaciones de zinc admiten la galvanoplastia con materiales como níquel y cobalto para lograr acabados superficiales específicos, propiedades y una mayor resistencia a la corrosión.
• Recubrimiento de conversión de cromato :El recubrimiento de conversión de cromato mejora el aspecto estético y la resistencia a la corrosión de las aleaciones de zinc. Además, está disponible en diferentes colores.
• Recubrimiento en polvo :El recubrimiento en polvo le da un aspecto más áspero a la superficie y la hace resistente a acciones abrasivas como astillas y rayones.
• Anodizado :La anodización crea una fina capa protectora de óxidos en la superficie de la aleación de zinc, lo que mejora la resistencia a la corrosión.
• Pintura :Las aleaciones de zinc son compatibles con las pinturas, lo que permite a los usuarios obtener el color que deseen.

Consejos y trucos para mecanizar aleaciones de zinc

En los apartados anteriores establecimos que la maquinabilidad de las aleaciones de zinc es alta. No son tan difíciles de manipular como otros materiales como el mecanizado del titanio, por ejemplo. Sin embargo, también existen algunas soluciones expertas para optimizar los procesos de mecanizado de aleaciones de zinc.

Prefiere aleaciones de zinc mecanizables

Si bien esto es evidente, también es fácil pasarlo por alto. Cuando tenga que elegir entre varias aleaciones de zinc, elija la que sus maquinistas encuentren más fácil de manejar, como Zamak 3 o Zamak 5. Merecerá la pena en términos de precisión dimensional y ahorro de tiempo.

Herramientas de corte afiladas

Para abordar la gomosidad de las aleaciones de zinc y minimizar la progresión del desgaste de las herramientas, son preferibles herramientas de corte más afiladas. Aplican fuerzas de corte concentradas y minimizan el efecto de arado. Por lo tanto, se producen virutas cortas que salen despedidas en lugar de pegarse a la herramienta.

Sea generoso con el refrigerante

El ablandamiento térmico es un problema importante en el mecanizado de zinc. Por lo tanto, un amplio suministro de refrigerante ayuda a minimizar la fricción y mantener las temperaturas bajo control, lo que a su vez mejora el acabado de la superficie y la producción de viruta. Además, el refrigerante a base de agua debería ser su opción preferida.

Velocidades de corte de moderadas a altas

Si la aleación de zinc se calienta rápidamente, aumente ligeramente su velocidad de corte para reducir las temperaturas de corte. Esto reduce la duración del contacto herramienta-material y conduce a una mayor disipación de calor a través de las virutas.

Herramientas de carburo/HSS

Las aleaciones de zinc pueden provocar un desgaste excesivo de las herramientas o deformaciones térmicas. Por tanto, el carburo es una buena opción debido a su buena resistencia al desgaste y a su estabilidad térmica. Para trabajos más ligeros, el HSS también funciona bastante bien con grados de aleación de zinc.

Aplicaciones de las piezas de zinc

Ahora que entendemos los aspectos de maquinabilidad de las aleaciones de zinc, es hora de discutir algunas de las aplicaciones de las piezas mecanizadas de zinc. A continuación se proporciona una breve lista de piezas de aleación de zinc.

• Componentes de automoción :Las empresas de automoción utilizan aleaciones de zinc para fabricar componentes de bloques de motor, soportes, elementos decorativos, etc.
• Carcasas electrónicas :La buena conductividad eléctrica y térmica de las aleaciones de zinc las hace ideales para fabricar carcasas y disipadores de calor para dispositivos electrónicos.
• Instrumentos médicos :La biocompatibilidad de las aleaciones de zinc las convierte en un material favorable para algunos instrumentos médicos.
• Hardware :Las aleaciones de zinc son una opción popular para sujetadores como tornillos, tuercas y pernos para aplicaciones de bajo impacto como electrodomésticos y accesorios. Proporcionan amplias opciones de resistencia, resistencia a la corrosión y acabado superficial estético para dichas aplicaciones.
• Bienes de consumo :Las aleaciones de zinc también son una opción popular para artículos de consumo como cremalleras, bisagras y joyas debido a su bajo costo y apariencia ornamental.

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Conclusiones

Las aleaciones de zinc se encuentran sin duda entre los grupos de materiales más importantes de la industria del mecanizado, con una amplia gama de grados, procesos y aplicaciones. Sus cualidades beneficiosas, junto con su alta maquinabilidad, los hacen perfectos para entornos de talleres mecánicos.