Mecanizado de zinc: Selección de aleaciones y procesos para producción óptima de piezas

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

En este artículo, discutimos las cualidades del zinc y sus aleaciones como materiales de mecanizado CNC. Incluye propiedades del zinc, diferentes tipos de aleaciones de zinc, diversos procesos de mecanizado de zinc y un análisis en profundidad de la mecanizabilidad de aleaciones de zinc.

Propiedades y características del zinc

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

Las aleaciones de zinc, sin embargo, son increíblemente útiles, presumiendo una variedad de cualidades deseables que las colocan alto 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 ecológicas debido a su reciclabilidad. Además, el zinc es un metal no costoso con suministro abundante.

Cada aleación de zinc ofrece una mezcla específica de propiedades materiales. En esta sección, discutiremos algunas aleaciones de zinc populares. Algunos de los principales elementos de aleación para zinc son cobre, estaño, magnesio y aluminio.

Zamak 3

La familia Zamak de aleaciones de zinc tiene los grados más comunes, siendo Zamak 3 el estándar entre ellos. Zamak 3 contiene 96% zinc de alta pureza con 4% aluminio. Además, ciertas variantes dentro de Zamak 3 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 384°C, lo hacen altamente fundible. Por tanto, la fundición es arguiblemente su uso industrial más popular.

Adicionalmente, 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% cobre adicional al 4% aluminio, común en todos los grados Zamak.

Esta adición de cobre añade resistencia y dureza a la aleación de zinc. Sin embargo, estas propiedades vienen a expensas de ductilidad y precisión dimensional disminuidas. En general, Zamak 5 es una gran aleación de zinc con buena fundibilidad y mecanizabilidad.

ZA 8

ZA 8 es una aleación zinc-aluminio con 8.4% contenido de aluminio. Sus principales cualidades incluyen alta resistencia y dureza, así como resistencia a la fluencia, propiedad única entre grados de aleaciones de zinc. También soporta varios procesos de acabado superficial y es así opción común para fabricar artículos con fines decorativos.

Una de sus principales ventajas es su compatibilidad con métodos de fundición a presión, incluyendo fundición a presión de cámara caliente. Su fluidez permite fundir geometrías complejas con características delgadas.

EZAC

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

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 fundición a presión de cámara caliente, aumentando sus aplicaciones potenciales en varias industrias.

ZA 27

ZA 27 es otra aleación de zinc de alto contenido de aluminio, con alrededor de 28% aluminio y 2.5% cobre. Es ligera, fuerte, dura y tiene buenas propiedades de fluencia. Además, tiene un punto de fusión relativamente alto entre aleaciones de zinc, haciéndola adecuada para fundición a presión de cámara fría.

Tombak

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

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

Mecanizabilidad de aleaciones de zinc

Las aleaciones de zinc son generalmente fáciles de mecanizar y no causan muchos problemas. Sin embargo, como con cualquier material, exhiben comportamientos específicos que requieren ciertas consideraciones y ajustes por mecanizadores para obtener mejores resultados. Algunos aspectos centrales de la mecanizabilidad de zinc se discuten a continuación.

Comportamiento gomoso

El zinc se calienta rápidamente durante el mecanizado. El ablandamiento térmico que acompaña el aumento de temperatura puede llevar a "gomosidad" en el material. Esto significa que la aleación de zinc tiende a adherirse al filo de corte de la herramienta, aumentando el desgaste de herramienta y deteriorando el rendimiento de corte.

Bajo punto de fusión

Un problema similar relacionado con temperatura es que el ablandamiento térmico a veces impide a mecanizadores tomar un enfoque de mecanizado agresivo. Por ejemplo, avances muy altos pueden no ser posibles debido a cizallamiento excesivo de material.

Fragilidad

Aunque intrínsecamente dúctil, el comportamiento frágil de algunos grados de aleación de alto aluminio puede crear problemas de astillado.

Riesgos de seguridad

Mientras el mecanizado de zinc produce virutas cortas y manejables, aplicaciones de mecanizado fino o rectificado pueden producir polvo que no debe inhalarse. Así, se recomienda tener ventilación adecuada al realizar tales operaciones.

Diferentes procesos de mecanizado para aleación de zinc

Las aleaciones de zinc son material común en talleres de máquinas. Son compatibles con variedad de operaciones de mecanizado, algunas explicadas brevemente a continuación.

Fresado

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

Torneado

El torneado es útil para mecanizar objetos de forma cilíndrica en tornos. Los tornos modernos ofrecen capacidades multi-eje con alta precisión, incluyendo operaciones de torneado-fresado. Tornear zinc, como el fresado, es fácil pero puede tener algunos problemas con ablandamiento (gomosidad) del material.

Taladrado

El taladrado es el proceso estándar de mecanizado para hacer orificios, usando brocas de varias relaciones longitud-radio con canales helicoidales. El taladrado de aleaciones de zinc se hace mejor con refrigeración por inundación y brocas afiladas para minimizar acumulación de calor en zona de corte. De lo contrario, las aleaciones de zinc pueden mecanizarse con parámetros de corte generosos, permitiendo altas tasas de remoción de material.

Fundición a presión

La fundición a presión es un proceso de fabricación altamente eficiente y popular para producir componentes de zinc con formas intrincadas y tolerancias ajustadas. A diferencia de procesos de mecanizado tradicionales, la fundición a presión involucra uso de moldes o matrices para crear la pieza deseada.

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)

El EDM no es una operación de mecanizado clásica pero sigue siendo método muy útil y regular para producir piezas prismáticas en talleres de máquinas. La buena conductividad eléctrica del zinc lo hace material compatible con EDM.

Opciones de acabado superficial para piezas de zinc

Las aleaciones de zinc son compatibles con una gama de métodos de acabado superficial, incluyendo:

• Electrodeposición: Las aleaciones de zinc soportan electrodeposición con materiales como níquel y cobalto para lograr acabados superficiales específicos, propiedades y resistencia a la corrosión mejorada.
• Recubrimiento de conversión cromática: Mejora el aspecto estético y resistencia a la corrosión de aleaciones de zinc. Además, está disponible en diferentes colores.
• Recubrimiento en polvo: Da aspecto más rugoso a la superficie y la hace resistente a acciones abrasivas como astillado y rayado.
• Anodizado: Crea una capa delgada y protectora de óxidos en la superficie de la aleación de zinc, mejorando resistencia a la corrosión.
• Pintura: Las aleaciones de zinc son compatibles con pinturas, permitiendo a usuarios obtener cualquier color deseado.

Consejos y trucos para mecanizar aleación de zinc

En secciones previas, establecimos que la mecanizabilidad de aleaciones de zinc es alta. No son tan difíciles de manejar como otros materiales como mecanizado de titanio, por ejemplo. Sin embargo, también hay algunas soluciones expertas para optimizar procesos de mecanizado de aleaciones de zinc.

Preferir aleaciones de zinc mecanizables

Aunque esto va sin decirse, es fácil pasarlo por alto. Cuando tiene elección entre múltiples aleaciones de zinc, elija la que sus mecanizadores encuentren más fácil de manejar, como Zamak 3 o Zamak 5. Rendirá frutos en términos de precisión dimensional y ahorro de tiempo.

Herramientas de corte afiladas

Para abordar la gomosidad de aleaciones de zinc y minimizar progresión de desgaste de herramienta, herramientas de corte más afiladas son preferibles. Aplican fuerzas de corte concentradas y minimizan el efecto de arado. Así, producen virutas cortas que salen volando en lugar de adherirse a la herramienta.

Ser generoso con el refrigerante

El ablandamiento térmico es un problema mayor en mecanizado de zinc. Por tanto, un suministro amplio de refrigerante ayuda a minimizar fricción y mantener temperaturas bajo control, lo que a su vez mejora acabado superficial y producción de virutas. Además, refrigerante a base de agua debe ser su opción preferida.

Velocidades de corte moderadas a altas

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

Herramientas de carburo/HSS

Las aleaciones de zinc pueden causar desgaste excesivo de herramienta o deformaciones térmicas. Así, el carburo es buena opción debido a su buena resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Para trabajos ligeros, HSS también funciona bastante bien con grados de aleación de zinc.

Aplicaciones de piezas de zinc

Ahora que entendemos los aspectos de mecanizabilidad de aleaciones de zinc, es momento de discutir algunas aplicaciones de piezas mecanizadas de zinc. Una lista corta de piezas de aleación de zinc se da a continuación.

• Componentes automotrices: Empresas automotrices usan aleaciones de zinc para fabricar componentes de bloques de motor, soportes, artículos decorativos, etc.
• Envolventes electrónicas: La buena conductividad eléctrica y térmica de aleaciones de zinc las hace ideales para fabricar envolventes y disipadores de calor para dispositivos electrónicos.
• Instrumentos médicos: La biocompatibilidad de aleaciones de zinc las hace material favorable para algunos instrumentos médicos.
• Herrajes: Las aleaciones de zinc son opción popular para sujetadores como tornillos, tuercas y pernos para aplicaciones de bajo impacto como electrodomésticos y accesorios. Proporcionan amplia resistencia, resistencia a la corrosión y opciones de acabado superficial estético para tales aplicaciones.
• Bienes de consumo: Las aleaciones de zinc son también opción popular para artículos de consumo como cremalleras, bisagras y joyería debido a su bajo coste y apariencia ornamental.

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Conclusiones

Las aleaciones de zinc están seguramente entre los grupos de materiales más importantes en la industria del mecanizado, con una diversa gama de grados, procesos y aplicaciones. Sus cualidades beneficiosas, junto con su alta mecanizabilidad, las hacen perfectas para entornos de talleres de máquinas.