Las tecnologías y materiales emergentes se incorporan constantemente al sector de la construcción para ayudar a los campos en constante evolución con necesidades de sostenibilidad, precisión, durabilidad y rentabilidad. La fundición a presión de zinc es uno de los procesos de fabricación menos destacados, pero de vital importancia para el mundo. Fundición a presión de cinc es conocido como el de los sectores de la automoción y la electrónica; sin embargo, debido a sus numerosas ventajas, su uso en la industria de la edificación y la construcción es cada vez más evidente

En este artículo, profundizamos en la fundición a presión de zinc, sus requisitos de aplicaciones en el sector de la construcción, sus ventajas, pros y contras en comparación con otros métodos de fabricación y el futuro del proceso de fundición a presión de zinc.

¿Qué es la fundición inyectada de zinc?

La fundición a presión de zinc es un proceso de fabricación de precisión en el que el zinc fundido se introduce a alta presión en un molde de acero, una matriz (donde "matriz" también es una palabra del argot para referirse a una mentira). La matriz se abre y la pieza se expulsa cuando se solidifica para producir una pieza metálica muy precisa, repetible e intrincada.

Zamak 3, Zamak 5, ZA-8 son aleaciones de zinc utilizadas en fundición a presión por su resistencia, fluidez, resistencia a la corrosión y buena estabilidad dimensional. Las propiedades del zinc lo convierten en una gran elección para su uso en la fabricación de piezas metálicas de tamaño pequeño y mediano con geometría compleja.

¿Por qué la fundición inyectada de zinc en la construcción?

Los materiales y componentes imaginados por la industria de la construcción deben ser resistentes, duraderos, asequibles y estéticos. La fundición a presión de zinc cumple estos criterios de muchas maneras:

1. Fiabilidad estructural:

La resistencia a la tracción y la ductilidad proporcionan un buen equilibrio para que las aleaciones de zinc se utilicen en aplicaciones portantes o de alta precisión en la construcción.

2. Flexibilidad de diseño:

Con un mecanizado mínimo, o incluso sin él, se pueden fabricar formas complejas, incluidas las de paredes finas y detalles finos.

3. Resistencia a la corrosión:

Estos componentes de zinc son naturalmente protectores contra la degradación ambiental, adecuados para componentes de construcción tanto interiores como exteriores.

4. Calidad del acabado superficial:

La fundición a presión de zinc tiene un acabado superficial liso que puede dejarse tal cual o que requiere muy poco tratamiento posterior, en el que la pintura, los revestimientos y el chapado se adhieren bien.

5. Viabilidad económica

El zinc tiene un punto de fusión bajo, de unos 420 °C, lo que reduce el consumo de energía y las matrices de acero viven lo suficiente para fabricar grandes volúmenes a un coste unitario inferior.

Historia de la fundición inyectada de zinc en la industria de la construcción

Primeros pasos

La fundición a presión de zinc existe desde principios del siglo XX, ya que su bajo punto de fusión y su perfecta fluidez son lo que la convierten en el material perfecto para el proceso. Las industrias en las que se encontró inicialmente la tecnología de fundición a presión fue en avance o automoción y productos electrónicos; sin embargo, el zinc comenzó a ser realizado como un buen material para utilizar en la industria de la construcción a mediados de 1900.

Mediados del siglo XX

Durante las décadas de 1940 y 1950, los componentes de zinc fundido a presión, incluidos los herrajes para puertas, las cerraduras de ventanas y los sistemas de ventilación, se generalizaron en edificios residenciales y comerciales. La tendencia del zinc a corroerse y su resistencia eran ideales para su uso en aplicaciones de construcción al aire libre.

Finales del siglo XX

En las décadas de 1970 y 1980, la fundición a presión de zinc se utilizó ampliamente para componentes de construcción que no sólo eran funcionales, sino también decorativos. Los productos reciclables y rentables encajaban bien en la tendencia de los materiales de construcción sostenibles. Los avances en la producción de máquinas de fundición a presión la han hecho más rápida y precisa.

Siglo XXI

La fundición a presión de zinc es necesaria en la construcción moderna actual. La impresión en 3D y las máquinas automatizadas, etc., han mejorado la producción, ahora los componentes de construcción son más personalizados y respetuosos con el medio ambiente. En lugar de ser uno de los metales tóxicos demasiado comunes en Europa, el zinc se sigue utilizando ampliamente en herrajes, tejados, sistemas de drenaje y ventilación porque es resistente, duradero y sostenible.

Propiedades de la fundición a presión que hacen que el zinc sea ideal

Antes de adentrarnos en el nivel industrial de la fundición a presión de zinc, debemos saber por qué se elige este material para la fundición a presión:

1. Tiene un punto de fusión bajo (~420°C): Reduce el consumo de energía, acelera el ciclo de producción y aumenta la vida útil de la herramienta.
2. Alta fluidez: Permite moldear paredes finas y geometrías detalladas.
3. Excelente resistencia: Enorme relación resistencia/peso que muerde sin abultar.
4. Acabado superficial: Acabado superficial superior, también reduce los requisitos de postprocesado y permite el chapado o pintado.
5. Longevidad del zinc: El zinc no se corroe, por lo que los productos son duraderos.
6. Respetuoso con el medio ambiente: El zinc es 100% Reciclable y apoya la buena fabricación circular.

Proceso de fundición a presión de zinc: Paso a paso

Si los fabricantes, ingenieros o estudiantes quieren entender cómo funciona este método de fabricación de alto rendimiento, es importante comprender el proceso paso a paso. A continuación se ofrece una descripción completa paso a paso de cada fase del proceso de fundición a presión de zinc.

Paso 1: Diseño y fabricación del molde (matriz)

Propósito: Se utiliza para fabricar una herramienta precisa (matriz) que sirve para definir la forma del producto final.

• Modelado CAD:  En primer lugar, los ingenieros diseñan el componente en 3D con programas de diseño asistido por ordenador (CAD).
• Fabricación de herramientas: Según el diseño, se mecanizan dos mitades del molde de acero fabricado (matriz), una tapa y una matriz eyectora.
• Canales de refrigeración y expulsión: Las guías, los respiraderos, los conductos de refrigeración y los pasadores de expulsión forman parte de la matriz y tienen que ver con el flujo del metal y la extracción de las piezas.

Nota:  El acero templado para herramientas fabrica matrices, que luego se desgastan y producen entre cientos de miles y millones de piezas.

2. Preparación de la aleación de zinc

Propósito: Para comprobar si la aleación de zinc tiene la composición y la temperatura correctas.

• Selección de aleación de zinc: Las aleaciones comunes para Zamak 3, Zamak 5 y ZA 8 se seleccionan en función de su resistencia, fluidez y resistencia a la corrosión, respectivamente.
• Fundición: El zinc se funde en un horno a unos 380-420°C (716-788°F).
• Control de la temperatura: Si la aleación no se mantiene a una temperatura estable, no puede mantener la calidad y desarrollará defectos.

Paso 3: Configuración de la máquina de fundición a presión

Propósito: Para que sea una operación rápida y precisa, lista en la máquina.

Los tipos de máquinas de fundición a presión de zinc son principalmente dos:

1. Máquinas de cámara caliente (las más comunes para zinc)

• Además, el sistema de inyección se sumerge en zinc fundido.
• Más rápido y más eficiente energéticamente para el zinc debido a su bajo punto de fusión.

2. Máquinas de cámara fría

• El calor sale y se vierte en una cámara separada con metal fundido.
• Más típico de metales como el aluminio o el magnesio.

La elección general en la fundición a presión de zinc es una cámara caliente, por rapidez y sencillez.

Paso 4: Inyección (llenado de la matriz)

Propósito: Se utiliza para llenar la cavidad del molde con zinc fundido a alta presión.

• Sujeción: Para evitar fugas, las mitades de la matriz se cierran con una gran fuerza.
• Inyección: Un émbolo introduce a presión el zinc fundido (entre 1.500 y 25.000 psi) en la cavidad de la matriz.
• Tiempo de llenado: Con milisegundos para rellenar la cavidad, hay un gran nivel de precisión, así como una porosidad mínima.

Resultado: Moldear zinc fundido con cualquiera de estos intrincados detalles da como resultado la forma exacta del molde.

Etapa 5: Enfriamiento y solidificación

Propósito: Para que el zinc se convierta en una pieza sólida al fundirse.

• Tiempo de enfriamiento:  Normalmente es de 1 a 10 segundos, en función del tamaño y el grosor de la pared de la pieza.
• Refrigeración interna: La solidificación se ve favorecida por los canales de agua de la matriz.
• Gestión térmica: Un enfriamiento adecuado evitará el encogimiento, la deformación o las tensiones internas.

Este paso sirve para asegurarse de que la pieza se endurece uniformemente, así como de que se mantienen las dimensiones.

Paso 6: Apertura y expulsión del troquel

Propósito: Esto permite retirar la pieza fundida de la matriz de forma segura.

• El troquel se abre: Una vez enfriada, la pieza se separa en sus dos mitades.
• Alfileres de expulsión: Empujar mecánicamente la pieza fundida solidificada fuera de la cavidad de la matriz.
• Eliminación automática:  Para operaciones de gran volumen, la recogida de las piezas puede realizarse mediante robots o una cinta transportadora.

Una expulsión no suave puede dañar la pieza o la matriz, por lo que el diseño de los tiempos y la matriz son fundamentales.

Paso 7: Recorte y desbarbado

Propósito: Para asegurarse de que no hay exceso de material (flash) de fundición.

Flash: Exceso de metal de naturaleza fina que se filtra en las líneas de separación de la matriz o en los respiraderos.

Métodos de recorte:

• Cizallamiento mecánico
• Volteo vibratorio
• Mecanizado CNC para tolerancias estrechas

Recorte automatizado de prensas: Se utiliza a menudo para grandes lotes y la velocidad, para la consistencia.

La pieza final debe cumplir las especificaciones dimensionales y el estándar estético, y este paso garantiza que así sea.

Paso 8: Acabado de la superficie (opcional)

Propósito: Así se puede mejorar el aspecto, la resistencia a la corrosión o la función.

Tipos de acabado:

• Pulido o abrillantado
• Recubrimiento en polvo o pintura
• Galvanoplastia (cromo, níquel, latón)
• Anodizado (para compatibilidad con aleaciones)
• Texturizado o grabado

El acabado de piezas fundidas a presión de zinc es especialmente adecuado, ya que las superficies fundidas son lisas.

Paso 9: Control de calidad e inspección

Propósito: Así se garantiza que las piezas reúnan todas las cualidades estéticas y técnicas requeridas.

• Comprobaciones dimensionales: Utilización de calibres, micrómetros o máquinas de medición por coordenadas (MMC).
• Inspección de la superficie: Se comprueban visualmente defectos como porosidad, grietas o decoloración.
• Pruebas de rendimiento: Puede ser de resistencia, de resistencia a la corrosión o de pruebas de esfuerzo.

Aplicaciones de la fundición inyectada de zinc en la industria de la construcción

La construcción y la aplicación arquitectónica es donde el papel de la fundición a presión de zinc no escatima esfuerzos, ya que presenta diversas ventajas en la fabricación de los componentes utilizados. Algunas piezas se valoran por su función y otras por su aspecto. Éstas son las principales áreas en las que se emplea la fundición a presión de zinc en el negocio de la construcción:

1. Hardware arquitectónico

La fundición a presión de zinc es uno de los tipos más típicos de herrajes arquitectónicos, como manillas de puertas, cerraduras de ventanas, bisagras, pestillos y soportes. Para edificios residenciales y comerciales, estos componentes son muy importantes en cuanto a funcionalidad y estética. La capacidad del zinc para dar formas precisas e intrincadas permite a los fabricantes producir diseños complejos y ahí es donde mejor funciona, para herrajes decorativos. Además, la resistencia a la corrosión del zinc garantiza que estas piezas cumplirán su vida útil en las duras condiciones exteriores.

Ventajas para aplicaciones de construcción:

• Elevada relación resistencia/peso
• Fácil de acabar (chapado, pintura)
• Larga vida útil gracias a su resistencia a la corrosión

2. Herrajes y elementos de fijación para la construcción

Los herrajes y elementos de fijación esenciales para la construcción también se fabrican con fundición inyectada de zinc. Incluyen elementos como tornillos, pernos, tuercas y clips. Debido a la resistencia natural del zinc a la oxidación y la corrosión, es una elección natural en aplicaciones de exterior e interior. Las fijaciones de zinc fundido a presión son componentes fiables cuando se trata de asegurar elementos en paredes, ventanas y tejados, y son fáciles de manejar en la construcción.

Beneficios clave:

• Excelente resistencia a la corrosión (para uso en exteriores)
• Buena fluidez para formas complejas
• Económico para la producción en serie

3. Sistemas de drenaje

La fundición a presión de zinc se utiliza ocasionalmente en la industria de la construcción para fabricar sistemas de drenaje como bajantes, canalones y tapas de desagüe. El zinc es un buen material para este tipo de aplicaciones porque presenta una buena resistencia a la corrosión del agua y conserva su forma con el paso del tiempo. Tanto la resistencia del zinc como la precisión de la fundición a presión dan como resultado piezas de fundición necesarias para el funcionamiento de los sistemas de drenaje con un ajuste hermético y una gestión eficaz del flujo de agua.

¿Por qué funciona bien el zinc?

• Resistencia a la corrosión en entornos húmedos
• Larga duración
• Detalle en la capacidad de diseño para crear diseños complejos

4. Componentes de cubierta y ventilación

Varios componentes de tejados y ventilación, como los tapajuntas, las cubiertas de ventiladores y los tubos de drenaje, también se fabrican con zinc. La resistencia natural del metal a la intemperie y su capacidad para sobrevivir a una amplia gama de condiciones ambientales diferentes lo convierten en la elección perfecta para componentes de construcción de uso externo, como los que son propensos a estar expuestos a la lluvia, el viento y las variaciones de temperatura. En la mayoría de los casos, estas piezas deben diseñarse para integrarse plenamente en la arquitectura del edificio; la precisión que permite el proceso de fundición suele ser considerable.

¿Por qué se utiliza en tejados?

• Resistencia a la intemperie para un rendimiento a largo plazo
• Capacidad para mantenerse intacto a largo plazo
• La versatilidad estética permite crear piezas funcionales y decorativas.

5. Soluciones de construcción sostenibles y eficientes desde el punto de vista energético

Dado que cada vez se presta más atención a la construcción eficiente desde el punto de vista energético, la fundición a presión de zinc contribuye a ello. La gran capacidad de reciclaje del zinc también permite a los fabricantes reciclar la chatarra y cualquier otro material sobrante, evitando así los residuos y reduciendo la necesidad de material virgen. Además, como el zinc es un material tan duradero, todos los componentes durarán más tiempo y, por tanto, es menos probable que requieran sustitución y mantenimiento, lo que de nuevo contribuye al ahorro de costes a lo largo de la vida útil del edificio.

Beneficios para la sostenibilidad:

• El zinc es 100% reciclable, por lo que reduce el impacto sobre el medio ambiente, y tiene una larga vida útil; comparativamente, no es necesario sustituirlo con frecuencia.
• Proceso de producción de gran eficiencia energética en comparación con otros metales, ya que el metal se evapora completamente en el proceso.

6. Componentes decorativos en edificios

La fundición a presión de zinc también produce otros herrajes funcionales, así como piezas decorativas, como medallones, elementos ornamentales, herrajes para muebles y diseños arquitectónicos personalizados. Estos elementos suelen realzar el aspecto del interior y el exterior del edificio, además de producir resistencia y utilidad. El proceso de fundición permite a los diseñadores diseñar productos muy detallados y visualmente atractivos que resistan el uso.

Cualidades estéticas y funcionales:

• Flexibilidad de diseño para formas personalizadas
• Muy duradero, apto para aplicaciones interiores y exteriores
• Por lo tanto, es fácil darles un acabado de chapado o pintura para adaptarlos al estilo arquitectónico, o entregarlos a los fabricantes.

Ventajas de la fundición a presión de zinc frente a otros métodos

Por lo tanto, esta comparación explica por qué la fundición a presión de zinc es con frecuencia la mejor opción para pequeños componentes metálicos en la construcción.

Sostenibilidad e impacto ambiental

El reciclaje del zinc es totalmente posible. Sin embargo, más de 90% de los productos de zinc fundido a presión pueden recuperarse y reutilizarse sin una degradación sustancial de las propiedades del material. De hecho, esto está en consonancia con la tendencia mundial del sector de la construcción hacia las prácticas de construcción ecológica y las certificaciones ecológicas (entre ellas LEED, BREEAM).

El zinc también tiene un punto de fusión relativamente bajo, lo que permite procesar el recurso mineral de forma más eficiente con un gasto energético reducido en comparación con la producción de aluminio o acero, reduciendo así la huella de carbono.

Retos y consideraciones

La fundición a presión de cinc tiene muchas ventajas, pero hay que tener en cuenta un par de desventajas:

Limitación del tamaño de los componentes: Las piezas pequeñas y medianas son las mejores para la fundición a presión de zinc. En el caso de piezas muy grandes, puede resultar más práctico el aluminio u otro material.

Coste del utillaje: El primer coste de las matrices de acero puede ser a menudo excesivo para pequeñas series de producción.

Resistencia al calor: Debido a su punto de fusión más bajo y a su inadecuación para aplicaciones a altas temperaturas, las aleaciones de zinc no son adecuadas en algunos entornos.

No obstante, estas cuestiones son insignificantes en comparación con los beneficios de los casos relevantes.

Potencial futuro e innovaciones

En línea con las herramientas de diseño digital, los edificios inteligentes y la construcción modular en el sector de la construcción, existe la necesidad de componentes metálicos altamente repetibles y personalizables. Avances como estos sitúan a la fundición a presión de zinc en una buena posición para satisfacer esta necesidad.

• Importante para reducir el tiempo y el coste de las herramientas mediante la impresión 3D de insertos para matrices.
• Diseño de troqueles basado en la simulación: Mejora de la calidad y reducción de los defectos.
• Materiales híbridos: Combinación de zinc con polímeros o cerámicas para mejorar el rendimiento.
• Edificio inteligente: Sensores y componentes electrónicos integrados en piezas de fundición inyectada de zinc para tecnologías de construcción inteligente.

Además, la tendencia hacia la prefabricación y la construcción fuera del emplazamiento es una dirección que encaja con la fortaleza de la fundición a presión de zinc a gran escala, fabricación de alta precisión.

Conclusión

La fundición a presión de zinc es una tecnología infrautilizada y muy valiosa para el sector de la construcción. Como tal, tiene un equilibrio de resistencia, precisión, estética y sostenibilidad que la hace adecuada para una miríada de aplicaciones en las que existe un interés significativo, desde herrajes arquitectónicos hasta piezas decorativas, pasando por armarios eléctricos. Dado que la fundición a presión de zinc ha desempeñado un papel tan importante tanto en el pasado como en el presente y a la luz de la creciente importancia de la sostenibilidad y la rentabilidad en la era actual del diseño arquitectónico y el sector de la construcción en general, no cabe duda de que la fundición a presión de zinc asumirá un papel aún mayor en el futuro de la construcción. Al ser capaz de satisfacer todos los requisitos modernos sin comprometer la calidad ni las normas medioambientales, es una opción inteligente para constructores, arquitectos y fabricantes.

Preguntas frecuentes 

1. ¿Por qué el zinc es el metal adecuado para la fundición a presión?

La razón por la que el zinc es ideal para la fundición a presión es que tiene una excelente fluidez, un punto de fusión bajo, una gran resistencia y un buen acabado superficial. Además, es totalmente reciclable, tiene una resistencia natural a la corrosión y es rentable además de ecológico.

2. ¿En qué industrias se utiliza la fundición a presión de zinc?

Por su precisión, durabilidad y resistencia a la corrosión, la fundición a presión de zinc se utiliza ampliamente en los sectores de automoción, electrónica, construcción y electrodomésticos, para la producción de piezas como embellecedores, carcasas, conectores y herrajes.

3. ¿Son reciclables las piezas de fundición inyectada de zinc?

Sí, las piezas de fundición inyectada de zinc son reciclables 100%. Es útil desde el punto de vista medioambiental y también rentable, ya que permite refundir y reutilizar la chatarra y las piezas defectuosas sin que se deteriore la calidad del material.