En la industria de la automoción, lo que se necesita son piezas que no pesen mucho, que puedan soportar condiciones duras, que sean muy precisas y que sigan siendo asequibles. La fundición a presión de zinc garantiza estas ventajas. En particular, la fundición a presión de zinc para automoción se ha convertido en el proceso de fabricación preferido para producir piezas complejas de gran volumen con una excelente precisión dimensional y calidad superficial. La utilización de este método admite muchas aplicaciones en tiradores de puertas, piezas de dirección y carcasas electrónicas que se utilizan hoy en día en los vehículos.

La fuerza de la fundición a presión de zinc de piezas de automoción reside en el uso de aleaciones de Zamak, una familia de materiales a base de zinc conocidos por su moldeabilidad, solidez y resistencia al desgaste y la corrosión. Por eso estas piezas tienen un aspecto complejo y cumplen normas de calidad y automoción tan estrictas. Además, los procesos de fundición a presión de zinc para automoción permiten una producción de alta velocidad, con tiempos de ciclo a menudo inferiores a 30 segundos y una vida útil de los moldes superior a un millón de ciclos. Gracias a ello, los costes se mantienen bajos y cada pieza cumple la calidad esperada, algo vital para los proveedores de automoción.

En los últimos años, el impulso hacia los vehículos ligeros y los vehículos eléctricos ha aumentado aún más la demanda de soluciones de fundición a presión de zamak para automóviles, gracias a su capacidad para integrar múltiples funciones en una sola pieza sin dejar de ser reciclable y eficiente.

Historia de la fundición a presión de zinc para automóviles

La fundición a presión de zinc comenzó hace más de un siglo, a principios del siglo XX. Al principio, las aleaciones de zinc se empleaban en imprenta y para bienes de consumo, pero se introdujeron en los automóviles en la década de 1930. Como los vehículos se convirtieron en máquinas más detalladas, también necesitaban piezas metálicas más ligeras y resistentes.

El campo de la fundición cambió radicalmente cuando se introdujeron las aleaciones de Zamak, hechas de zinc con otros elementos. Zamak significa zinc, aluminio, magnesio y cobre en alemán. Estas aleaciones ofrecían unas características de fundición superiores y se impusieron rápidamente en la fundición a presión de zinc para automoción.

En los años 50 y 60, muchas piezas de vehículos -desde tiradores de puertas hasta carcasas de carburadores- se fabricaban en serie con técnicas de fundición de zinc para automoción. Gracias a la mejora de las máquinas de fundición a presión y de la tecnología de moldes, su papel fue aún mayor.

¿Qué es la fundición inyectada de zinc?

En la fundición a presión de zinc, la aleación de zinc fundido se introduce a presión a través de una boquilla en un molde de fundición hermético. Miles o a veces millones de pequeñas piezas estrictamente iguales son posibles gracias al uso de acero para herramientas formado en moldes. En la fundición a presión de zamak para automóviles, las principales ventajas residen en el bajo punto de fusión de la aleación (aproximadamente 380 °C), su excelente fluidez y su elevada relación resistencia-peso. 
La mayoría de las veces, el proceso ve personas:

• Las presiones dentro de la inyección oscilan entre 30 y 150 megapascales (es decir, entre 300 y 1500 bares).
• Se mejora la eficiencia con tiempos de ciclo de 10 a 30 segundos para cada pieza procesada.
• Las tolerancias son posibles con un margen máximo de ±0,02 milímetros.
• Algunas piezas OAL están diseñadas con sólo 0,5 mm de grosor de pared

¿Por qué es importante el zinc para las piezas de los vehículos?

El uso de fundición inyectada de zinc en piezas de automoción se debe al equilibrio de ventajas mecánicas y económicas que ofrece el zinc:

• Las aleaciones de zinc Zamak 3 y Zamak 5 tienen resistencias a la tracción de 280-400 MPa y pueden extenderse hasta 10%.
• La resistencia del zinc hace que las bicicletas fabricadas con este material pesen menos, a pesar de ser bastante más compactas que las de aluminio.
• El zinc no se oxida fácilmente; forma una cubierta de óxido que lo protege de forma natural.
• Se pueden utilizar el cromado y el recubrimiento en polvo para los acabados porque el zinc los acepta bien.
• Las herramientas de fundición a presión de zinc duran mucho más que las de fundición de aluminio.

Usa Zamak como foco de atención

En la mayoría de las operaciones de fundición a presión de zinc para automoción, las aleaciones de Zamak dominan la selección de materiales. A continuación se ofrece un rápido resumen de los tipos más habituales.

En la fundición a presión de zamak para automóviles, el zamak 3 es el más utilizado debido a su equilibrio entre rendimiento y colabilidad.

El proceso de fundición a presión en el diseño de productos de automoción

El proceso de fundición a presión consta de diferentes etapas vitales.

1. Preparación del molde

Las matrices se calientan antes de la inyección a unos 200°C y luego se rocían con un lubricante especializado para facilitar la separación.

2. Inyección

La aleación de Zn (Zamak fundido) se introduce en un molde a una velocidad de entre 0,5 y 4 metros por segundo con presiones de 500-1500 bares.

3. Solidificación

El zinc se solidifica casi inmediatamente en la matriz, por lo que el conformado y la expulsión suelen realizarse en menos de 5 segundos.

4. En este paso, hablamos de expulsión y recorte

Poco después, el meteorito es expulsado por los pernos eyectores. Se elimina cualquier información adicional, como el flash.

5. Tratamiento posterior

Mediante mecanizado CNC, desbarbado por vibración o chapado, se consiguen las especificaciones requeridas.

Cada paso se optimiza para garantizar la repetibilidad, especialmente crítica en la fundición a presión de zinc de piezas de automoción.

Aspectos importantes y datos técnicos

Veamos las especificaciones técnicas que suelen verse en la fundición a presión de zinc para automoción:

La conductividad térmica superior del zinc (aprox. 120 W/m-K) permite un enfriamiento rápido, lo que posibilita un alto rendimiento, ideal para la producción en serie en la fundición a presión de zinc para automoción.

Usos de la fundición inyectada de zinc para automoción

Gracias a su fiabilidad, consistencia y economía, la fundición a presión de zinc es importante en la industria del automóvil. El método es compatible con muchos aspectos de los diferentes sistemas de los vehículos. A continuación se indican las principales áreas en las que se aplica con más frecuencia la fundición a presión de zinc para automoción.

1. Componentes interiores del automóvil

Encontrará cinc en muchas zonas del interior que requieren un diseño detallado y firmeza. Las formas también se encuentran en las hebillas de los cinturones de seguridad, en los mandos del salpicadero, en la palanca de ventilación y en la carcasa del encendido. El excepcional acabado y la precisión logrados mediante la fundición a presión de zinc para automoción ayudan a cumplir las normas tanto visuales como de seguridad en el interior del habitáculo.

2. Piezas exteriores de automóviles

Gracias a su resistencia a la corrosión y a su capacidad de chapado, el zinc puede utilizarse en estructuras exteriores. Las manillas de las puertas, los emblemas, los soportes de los retrovisores y las piezas de los limpiaparabrisas se fabrican con frecuencia utilizando fundición inyectada de zinc para piezas de automoción. Incluso en condiciones duras, estos componentes deben conservar su diseño durante su vida útil.

3. Mecánica del automóvil y piezas de vehículos

Las zonas bajo el capó de su vehículo están calientes, aceitosas y llenas de vibraciones. El zinc es muy adecuado para asientos, revestimientos de bombas de aceite y solenoides, y componentes dentro de las transmisiones. Las soluciones de fundición a presión de zinc para automoción ofrecen una gran resistencia y estabilidad dimensional, esenciales para estas exigentes aplicaciones.

4. Carcasas digitales y de sensores

Los vehículos actuales se diseñan con una gran dependencia de sensores y sistemas de control. La conductividad térmica y el blindaje frente a EMI (interferencias electromagnéticas) del zinc hacen que sea ideal para su uso en conectores de baterías, cubiertas de unidades de control y carcasas de sensores. Estos factores hacen que la fundición a presión de auto zamak sea un método clave para producir carcasas electrónicas precisas y protectoras.

5. Embellecedores decorativos

Como las aleaciones de zinc tienen un aspecto magnífico, a los diseñadores les gusta utilizarlas para placas de identificación, logotipos y piezas cromadas. Es casi imposible encontrar un equipo tan capaz de producir líneas y superficies tan suaves y precisas como éste. Aunque sólo se trata de piezas pequeñas, estas opciones pueden afectar tanto a la imagen de una marca como a la opinión de los usuarios sobre un vehículo.

Ventajas de la fundición inyectada de zinc para automoción

• Gran precisión en la fabricación de componentes en forma de red difíciles de moldear con otros métodos.
• Los materiales no se astillan ni desgastan con facilidad.
• Económico - La chatarra es baja y el molde de metal de Amazon tarda más en desgastarse.
• Acabado de la superficie - A diferencia del rectificado, se puede utilizar el cromado, la pintura y el recubrimiento en polvo.
• Las operaciones con aluminio suelen llevar más tiempo que las realizadas con termoplásticos ligeros.

Esto hace que la fundición a presión de auto zamak sea el método preferido frente al aluminio o el magnesio en piezas de tamaño pequeño a mediano.

Problemas y gestión de la calidad

A pesar de las ventajas, en la fundición a presión de zinc hay que hacer frente a algunos grandes problemas.

• La porosidad puede deberse a que queda aire atrapado o a que el objeto se encoge.
• Vibración de la herramienta - Aunque más lenta, después de cierto uso, las herramientas pierden precisión.
• La destilación de crudo provoca el agrietamiento térmico, que crea tensiones en las matrices.

Los métodos de control de calidad son:

• Pruebas de rayos X para detectar problemas internos
• Comprueba las mediciones con una máquina de medición por coordenadas (MMC).
• Las grietas pronunciadas en la superficie suelen hacer que el tinte se filtre en ellas.
• Es posible detectar cambios de peso de ±2%.

Estos métodos garantizan la fiabilidad en la fundición a presión de zinc de piezas de automoción.

Cosas sobre el medio ambiente y el reciclaje

• Podemos reciclar fácilmente el zinc. La inmensa mayoría del zinc que se moldea mediante fundición a presión en el sector del automóvil se recicla y reutiliza.
• Los defectuosos, los corredores y los destellos se funden de nuevo y luego se filtran. Además:
• Al fundirse, el zinc sólo necesita menos energía que el aluminio, porque su punto de fusión es mucho más bajo (419,5°C frente a 660°C).
• Al elegir productos fabricados con zinc reciclado, es menos probable que estos productos 60% contribuyan al calentamiento global.

La fundición a presión de zinc sostenible para automoción se alinea bien con los objetivos de la economía circular en la fabricación de vehículos modernos.

Se esperan avances en la fundición inyectada de zinc para automoción

El diseño de un vehículo eléctrico incluye cajas de baterías, sistemas de refrigeración y armarios eléctricos.

• Los sensores integrados son una parte valiosa del diseño de fundición.
• Trabajo con piezas de zinc y material ElastoMerc
• Diseño de amalgama: Piezas de fundición fabricadas para ser multifunción y reducir el montaje

El futuro de la fundición a presión de zinc en la automoción pasa por la innovación en materiales, la automatización y los sistemas de control de calidad basados en IA.

Comparación del zinc y el aluminio en la fundición a presión de automóviles

Aunque aluminio es ampliamente seleccionado para los bastidores de los principales vehículos, se prefiere el zinc por sus formas finas e intrincadas, la composición de sus paredes delgadas y las temperaturas de fusión más bajas en otras piezas.

Esta es la razón por la que la fundición a presión de zinc para automoción sigue siendo la opción preferida para piezas como emblemas, palancas de cambio, carcasas y elementos de fijación, donde la precisión, el acabado y la vida útil de las herramientas son fundamentales.

Diseño de herramientas para fundición inyectada de zinc

El éxito de un proceso de fundición a presión depende en gran medida de un buen utillaje. Diseñar las matrices adecuadas reduce los problemas, prolonga la vida útil y mejora la productividad.

Principales aspectos que hay que tener en cuenta al diseñar

• Una forma de eliminar el aire durante la inyección.
• Equipo ligero de control térmico eléctrico (líneas de refrigeración) para ajustar la temperatura del molde
• Las compuertas se construyen para la transferencia rápida de piezas finas
• Se utiliza para piezas con más de una forma

Los materiales H13 o SKD61 de las matrices de zinc están endurecidos para soportar temperaturas de unos 400-450°C y presiones de hasta 1500 bar.

Una matriz típica para fundición a presión de zamak para automóviles puede costar entre $8.000 y $25.000, pero puede producir más de un millón de piezas con poca degradación.

Fallos y problemas en la fundición inyectada de zinc

Incluso con automatización y control de calidad, pueden producirse defectos en los procesos de fundición a presión de zinc para automoción. Comprender estos factores mejora su funcionamiento.

Las máquinas de fundición a presión modernas incluyen sensores en tiempo real para la presión de disparo, la temperatura y el tiempo de llenado de la cavidad, lo que permite la detección temprana de posibles problemas en la fundición a presión de zinc de piezas de automoción.

El uso de la automatización en la fundición inyectada de zinc para automoción

Hoy en día, la automatización está integrada en casi todas las fases de la fundición a presión de zinc para automoción:

• Los pulverizadores robotizados proporcionan lubricantes para matrices a los metales recubiertos.
• Los cucharones de la línea vierten zinc líquido por sí solos.
• El tiempo de disparo y la presión se controlan colocando el material bajo presión mediante controladores lógicos programables (PLC).
• Los brazos robotizados transportan las piezas fundidas a estaciones de recorte accionadas por correas.
• Estos procesos garantizan que la temperatura de la zona de trabajo se mantenga constante, protegen a los presentes y evitan muchos errores.
• La duración típica de un ciclo celular automatizado oscila entre 18 y 25 segundos por pieza.
• En este sistema, una pieza tarda entre 30 y 40 segundos en manipularse manualmente.
• La automatización permite mayores volúmenes de piezas, algo fundamental cuando se producen componentes como casquillos de bastidor de asiento o palancas de control de cambio en líneas de fundición inyectada de zinc para automoción.

Caso práctico: Fundición inyectada de zinc para carcasa de columna de dirección

Un ejemplo práctico de fundición inyectada de zinc de piezas de automoción es la carcasa de la columna de dirección que se encuentra en las berlinas de tamaño medio.

• Este material está incorporado: Zamak 5
• El invento mide 180 mm por 70 mm por 40 mm.
• El grosor de la pared termoformada es de 1,5 milímetros.
• Este producto pesa 0,92 kg.
• La presión de inyección utilizada fue de 1200 bar.
• La duración del ciclo se mide en 21 segundos
• Cada año, la empresa produce 1,2 millones de unidades.

La pequeña diferencia admisible (±0,03 mm) en el diseño exigió que la pieza se fabricara mediante fundición en coquilla al vacío para reducir la porosidad. Este efecto anticorrosivo se consiguió porque las piezas se acabaron con un revestimiento de cromo. La estructura superó todas las pruebas de vibración, niebla salina (tras 240 horas) y más de 100.000 golpes en carretera.

¿Cómo funciona la fundición inyectada de zinc en los vehículos eléctricos?

El auge de los vehículos eléctricos está modificando la demanda en el sector de la fundición a presión de zinc para automoción:

Las piezas habituales en EV Zinc incluyen:

• Carcasas para sensores
• El sistema incluye herramientas para controlar la batería.
• Se suministra junto con los componentes de la central eléctrica
• Se utilizan estructuras de disipación térmica para las unidades de control.

Es muy importante para la electrónica de los vehículos eléctricos que el zinc pueda disipar rápidamente el calor. Estos materiales también sirven para defender los componentes electrónicos importantes de las interferencias. Estas características hacen que los componentes de automoción de fundición a presión de zinc sean una parte vital de la movilidad electrificada.

Conclusión

Automoción fundición inyectada de zinc sigue siendo uno de los métodos más eficaces para producir componentes de vehículos de gran volumen y precisión. El uso óptimo de zamak, los equipos más avanzados y un tiempo de ciclo adecuado permiten que las piezas de zinc conserven su elevada posición en la industria del automóvil. Ya se trate de piezas de automoción, fundición a presión de zinc para controles interiores, fundición a presión de zinc para automoción para cerramientos mecánicos o fundición a presión de zamak para automoción para embellecedores exteriores, este proceso impulsa tanto el rendimiento como la eficacia. Sus raíces en la historia y su futuro, impulsado por las innovaciones, mantienen a la fundición a presión de zinc en el centro de la industria del automóvil.

Preguntas frecuentes 

1. ¿Qué aplicaciones tiene la fundición inyectada de zinc para automoción?

El proceso de producción de polvo metálico es el más habitual para manillas de puertas, mecanismos de cinturones de seguridad, carcasas de engranajes y cajas electrónicas. La fabricación con este proceso es útil en la producción a gran escala de vehículos diésel, de gasolina y eléctricos.

2. ¿Por qué algunas piezas de automóvil utilizan zinc en lugar de aluminio?

La fundición de zinc facilita el proceso, las piezas más finas son más resistentes y sus herramientas durarán más. Como puede ofrecer acabados superficiales resistentes y especificaciones más estrictas, es la mejor opción para artículos de automoción con muchos componentes pequeños.

3. ¿Qué aleaciones de Zamak se utilizan en la fundición a presión de Zamak para automoción?

Las aleaciones de zamak se componen de zinc, además de aluminio, magnesio y cobre. Estas aleaciones están hechas para la fundición a presión y proporcionan una buena resistencia, no se oxidan fácilmente y mantienen la consistencia del tamaño.

4. ¿Qué resistencia tienen las piezas de fundición inyectada de cinc para automóviles?

El zinc es conocido por fabricar piezas duras, con gran resistencia a la tracción, resistentes a la corrosión y que no se rompen con los golpes. Estos condensadores soportan entornos de trabajo duros, con vibraciones, calor y humedad.