El zinc es un metal polivalente y de gran importancia que desempeña funciones importantes en una amplia gama de aplicaciones industriales, comerciales y biológicas. El zinc se utiliza en la industria, la construcción y los revestimientos protectores por su gran resistencia a la corrosión y su aspecto plateado azulado. Una de sus propiedades más valiosas es su capacidad para formar aleaciones muy resistentes, especialmente con aluminio, cobre y magnesio, y mejora enormemente su resistencia y durabilidad. En lo que respecta a procesos de fabricación como la fundición a presión, estas características hacen que el zinc sea extremadamente adecuado. El zinc también se conoce como un material especial en el contexto de la industria del automóvil porque no hay otro material con tales propiedades mecánicas y al mismo tiempo con tantas ventajas de fabricación. Puede utilizarse para crear formas muy complejas y detalladas con poco trabajo de máquina, lo que las hace perfectas para componentes de vehículos tanto decorativos como funcionales. Además de su bajo punto de fusión, que hace que se utilice menos energía durante la producción, de acuerdo con los objetivos globales de sostenibilidad. La importancia del zinc aumenta a medida que evoluciona la tecnología automovilística. En la actualidad, la mayoría de las piezas de los sistemas de los aviones pueden fabricarse con él, ya que admite la producción de grandes volúmenes con una excelente consistencia de las piezas, lo que lo convierte en un material fundamental, no sólo para los diseños actuales de los sistemas, sino también para sus nuevos diseños para el futuro.
¿Qué es la fundición inyectada de zinc?
La fundición a presión de zinc es un proceso de fabricación de precisión que consiste en inyectar aleación de zinc fundida en una matriz a medida (también conocida como molde) a alta presión y presión para formar piezas metálicas. Normalmente se utiliza para la producción de componentes complejos y detallados con tolerancias estrechas, acabados superficiales finos y propiedades mecánicas elevadas.
La fundición a presión de zinc tiene excelentes propiedades mecánicas y combina al mismo tiempo una gran precisión. Permite fabricar piezas intrincadas, de tolerancias estrechas y acabados superficiales lisos, y es útil para los requisitos del diseño actual de vehículos.
¿Por qué el zinc? Propiedades clave del material
Por varias propiedades únicas, se prefiere el zinc en el proceso de fundición a presión.
Alta resistencia y ductilidad
Como es más resistente que muchos otros metales que se funden a presión, en aplicaciones de paredes finas se utilizan aleaciones de zinc.
Excelente precisión dimensional
La fundición a presión de zinc es una pieza que mantiene sus formas y tamaños con gran consistencia, lo que ayuda a prescindir del postprocesado.
Resistencia superior a la corrosión
El zinc es naturalmente resistente a la corrosión particular a los revestimientos adicionales. Es crucial para las piezas utilizadas en vehículos en presencia desafortunada de las condiciones de la carretera y el clima.
Alta fluidez
El zinc fundido fluye con mucha facilidad, y estas piezas con características pequeñas y paredes finas se fundieron con éxito.
Herramientas rentables
La fundición de zinc se beneficia de matrices de larga duración en comparación con el aluminio o el magnesio; por lo tanto, hay más ventajas económicas en el zinc si se desea una gran tirada de producción.
Reciclabilidad
La transición de la industria automovilística hacia una mayor sostenibilidad también significa que el zinc es un material responsable con el medio ambiente que es 100% reciclable sin pérdida de propiedades.
Proceso de fabricación: Visión general paso a paso
1. Diseño y utillaje:
Los ingenieros utilizan programas informáticos CAD para diseñar los componentes. A continuación, se fabrica una matriz de acero de alta precisión con un elevado número de cavidades para construir varias piezas en un solo ciclo.
2. Fundición de la aleación de zinc:
A unos 420 °C (788 °F) se funde el zinc, a una temperatura inferior a la del aluminio y con un coste energético considerablemente menor.
3. Inyección:
Normalmente, el zinc fundido se inyecta en la matriz a una presión de entre 1.500 y 25.000 psi, lo suficientemente alta como para garantizar que el molde se llene rápida y uniformemente.
4. Enfriamiento y solidificación:
Cuando la aleación de zinc entra en la matriz, se enfría rápidamente y se solidifica (cuestión de segundos).
5. Expulsión:
A continuación, los pasadores eyectores expulsan la pieza recién formada de la matriz.
6. Recorte y acabado:
La pieza puede someterse a un acabado adicional, como desbarbado, pulido, pintura o revestimiento, y se elimina el material sobrante (rebaba).
7. Control de calidad:
Algunos componentes se inspeccionan para comprobar su precisión dimensional, defectos superficiales e integridad mecánica, como suele hacerse con sistemas automatizados o escáneres 3D.
Aleaciones de zinc más utilizadas en automoción
En la industria del automóvil, la selección de la aleación de zinc adecuada es importante porque sus propiedades desempeñan un papel importante en el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad. Los fabricantes pueden adaptar los materiales a aplicaciones específicas en función del equilibrio entre resistencia, ductilidad, fluidez y resistencia a la corrosión que ofrecen las distintas aleaciones en distintas medidas. A continuación se indican las aleaciones de zinc más utilizadas en la fundición a presión de automóviles.
1. Aleaciones Zamak (aleaciones de zinc-aluminio)
El principal elemento de aleación en una familia de aleaciones de zinc conocidas como zamak es el aluminio a unos 4%. El nombre procede de los nombres alemanes de los metales utilizados: Zink, Aluminio, Magnesio y Kopper (cobre).
Zamak 3:
- Es la aleación de zinc más utilizada para la fundición a presión.
- Ofrece una excelente estabilidad dimensional, buen acabado superficial y capacidad de fundición.
- Estas superficies son habituales en componentes interiores como tiradores de puertas, pomos y embellecedores.
Zamak 5:
- Es ligeramente más cobrizo que el Zamak 3 y ofrece mayor resistencia y dureza.
- Apropiado para aplicaciones de tensión mecánica como soportes estructurales.
Zamak 2:
- La más fuerte y dura de las aleaciones de Zamak.
- Se utiliza en sistemas de cierre o carcasas de engranajes donde la resistencia al desgaste es crítica.
2. Aleaciones ZA (Zinc-Aluminio)
Las aleaciones ZA (ZA-8, ZA-12, ZA-27) tienen mayor contenido de Al que el Zamak, por lo que presentan mayor resistencia y resistencia al desgaste. Suelen utilizarse en fundición por gravedad, aunque en algunos casos también en fundición a presión.
ZA-8:
- Contiene aluminio 8%.
- Ofrece una buena resistencia y propiedades de colada moderadas.
- Adecuado para componentes estructurales de vehículos ligeros.
ZA-12 y ZA-27:
- Difícil de fundir, pero de mayor resistencia.
- Se utiliza en aplicaciones o piezas semiestructurales, donde está sometido a fricción.
3. ACuZinc5
Se trata de una aleación especial de zinc, cobre y aluminio destinada a obtener las características de capacidad de fundición del Zamak y la resistencia de las aleaciones ZA.
- Resistencia extremadamente alta y resistencia superior al desgaste.
- Se aplica en carcasas de engranajes, actuadores y conexiones mecánicas de sistemas de automoción.
- El material de cambio es ideal para sustituir el bronce mecanizado y el acero en aplicaciones en las que se necesita durabilidad.
4. EZAC (Zinc-Aluminio-Cobre Mejorado)
EZAC es una aleación relativamente nueva, de gran resistencia y resistencia a la fluencia hasta temperaturas elevadas.
- Adecuado para piezas que deben mantener su forma y resistencia incluso bajo carga, por ejemplo, componentes de montaje o motores.
- Ofrece el doble de resistencia que el Zamak 3, pero requiere un utillaje más avanzado.
5. Aleaciones de zinc-níquel
La chapa de zinc-níquel es menos común que la fundición a presión de zinc para estas zonas, pero se utiliza con frecuencia para mejorar la resistencia a la corrosión (especialmente a la sal y la humedad) de las piezas situadas bajo el capó o el tren de rodaje.
- Elegir la aleación adecuada
- La selección de la aleación de zinc depende de varios factores
- Requisitos mecánicos (resistencia a la tracción, resistencia al impacto)
- Necesidades de acabado superficial
- Coste y volumen de producción
- Exposición al estrés medioambiental (calor, corrosión)
Por esta razón, los ingenieros suelen trabajar con científicos y proveedores de materiales para elegir una aleación que se adapte a la tarea tanto como lo permita el coste, cumpliendo tanto las limitaciones de rendimiento como las de coste.
Papel de la fundición inyectada de zinc en la industria del automóvil
La fundición a presión de zinc tiene gran importancia en la fabricación de automóviles debido a su alta precisión, gran resistencia y fabricación económica de componentes de tamaño pequeño y mediano. Este proceso permite fabricar piezas complejas de gran precisión en muy poco tiempo y es excelente para aplicaciones de automoción de gran volumen.
Se obtienen excelentes propiedades mecánicas de las aleaciones de zinc, como durabilidad, resistencia a la corrosión y estabilidad dimensional. Éstas son las que hacen del zinc la mejor elección para manillas de puertas, soportes, cerraduras, emblemas, etc., como pieza de automóvil. También facilita el chapado o la pintura, ya que tiene un acabado superficial liso.
Aunque el zinc es más pesado que el aluminio o el magnesio, puede ser competitivo para aplicaciones en las que el peso no es la máxima prioridad en términos de resistencia y detalle. Debido a su bajo punto de fusión, requiere menos energía y tiene una larga vida útil. El zinc también es 100% reciclable, lo que contribuye a acelerar la promoción de la sostenibilidad por parte de la industria del automóvil.
La fundición a presión de zinc sigue ofreciendo soluciones fiables y de alta calidad para aplicaciones exigentes de automoción a medida que evolucionan los diseños de los vehículos.
Propiedades físicas y químicas del zinc
Propiedades físicas del zinc
1. Apariencia:
El metal termoeléctrico de color plateado azulado o grisáceo tiene un lustre metálico brillante cuando está recién pulido.
2. Densidad:
Como a temperatura ambiente el zinc tiene una densidad de unos 7,14 g/cm³, es moderadamente pesado en comparación con otros metales.
3. Punto de fusión:
Sin embargo, a una temperatura relativamente baja de 419,5°C (787°F), el zinc es adecuado para procesos térmicos, como la fundición a presión, en los que se desea un bajo consumo de energía.
4. Punto de ebullición:
El zinc hierve a 907°C (1665°F).
5. Dureza:
El zinc tiene una dureza aproximada de 2,5 en la escala de Mohs, por lo que no es demasiado duro comparado con el acero, pero tampoco demasiado blando como el estaño o el plomo puros.
7. Conductividad eléctrica:
Sin embargo, mientras que el cobre y la plata son muy buenos conductores de la electricidad, el zinc no lo es tanto. Por eso se utiliza a menudo en pilas y galvanoplastia.
8. Conductividad térmica:
La moderada conductividad térmica del zinc lo hace útil para gestionar el calor, pero es menos eficaz que el aluminio.
9. Maleabilidad y ductilidad:
El zinc es quebradizo, por lo que puede romperse fácilmente a temperatura ambiente. Sin embargo, es maleable cuando se calienta a unos 100-150°C (212-302°F), se le puede dar forma fácilmente.
10. Estructura cristalina:
Además, los compuestos binarios de zinc cristalizan en una estructura hexagonal compacta (hcp) que afecta a las propiedades mecánicas, especialmente a la fragilidad a bajas temperaturas.
Propiedades químicas del zinc
1. Reactividad con el aire:
En contacto con el aire, el zinc forma una fina capa de óxido de zinc (ZnO) en la superficie. El zinc en la cara superior impide una corrosión más profunda y, por tanto, es muy resistente a la oxidación atmosférica.
2. Reactividad con ácidos:
Los ácidos diluidos, como el ácido clorhídrico (HCl), pueden reaccionar fácilmente con el zinc para desprender gas hidrógeno (H₂). Por lo tanto, esta propiedad hace que el zinc sea útil en la galvanización y en los ánodos de sacrificio para la protección contra la corrosión.
3. Naturaleza anfótera:
El zinc es anfótero y puede reaccionar tanto con ácidos como con bases potentes. Por ejemplo, reacciona con el hidróxido sódico (NaOH) para dar zincato sódico.
4. Formación de aleaciones:
El zinc se alea fácilmente con varios metales, incluido el cobre, para producir latón, aluminio, magnesio y muchos otros metales.
5. Estados de oxidación:
El estado de oxidación +2 (Zn²⁺) del zinc es el más común. Este estado de oxidación se combina con compuestos de zinc como el óxido de zinc (ZnO) y el sulfato de zinc (ZnSO₄).
6. Resistencia al agua:
El agua pura no reacciona con el zinc a temperatura ambiente, pero a temperaturas más altas, el zinc puede reaccionar con ella, formando lentamente gas hidrógeno y óxido de zinc.
7. Actividad galvánica:
El material del ánodo, el zinc, es muy eficaz porque pierde electrones con facilidad en las células galvánicas (pilas).
Zinc frente a otros materiales en aplicaciones de automoción
A diferencia del aluminio, el magnesio, el plástico o el acero, la fundición a presión de zinc presenta varias ventajas. El zinc brilla por su rendimiento y coste clave en el diseño de automóviles, y aunque cada material puede tener su lugar en el diseño de automóviles, el zinc es especialmente eficaz en esos parámetros.
Zinc vs Aluminio:
En una forma que suele seleccionarse por su ligereza, el aluminio es demasiado débil y blando en espesores bajos en comparación con el zinc. Además, el zinc proporciona una mayor estabilidad dimensional y las geometrías complejas adicionales no requieren un mecanizado exhaustivo. Las herramientas para este tipo de fundición también suelen durar más tiempo, por lo que los costes de producción a largo plazo son menores.
Zinc vs Magnesio:
El zinc es más ligero que el magnesio, pero es más caro cuando se compra sin revestimiento especial. Sin embargo, las aleaciones de zinc ofrecen una excelente resistencia a la corrosión y no requieren tratamientos superficiales adicionales para hacerlas resistentes en la mayoría de los entornos. Además, la fundición de zinc proporciona una mayor precisión y acabado.
Zinc frente a plástico:
Sin embargo, el plástico es ligero y barato, pero comparativamente más débil, no resiste muy bien las temperaturas y es menos duradero que el metal. Los componentes de zinc que soportan el desgaste, los impactos o la carga son una alternativa sólida cuando la integridad estructural, la vida útil y la resistencia a los daños por impacto o desgaste son importantes, en particular cuando hay movimiento o carga.
Zinc vs Acero:
El acero es un buen material, resistente y muy utilizado en aplicaciones estructurales, pero es mucho más pesado y, en muchos casos, más costoso de moldear. La fundición a presión de zinc, al producir piezas de forma casi neta con un procesamiento posterior mínimo, es muy adecuada en los casos en los que se van a producir componentes de tamaño pequeño y mediano.
En general, el zinc ofrece un buen equilibrio entre resistencia mecánica, coste, conformabilidad y acabado superficial, por lo que es un material excelente para piezas de automoción independientemente de su función.
Tabla resumen de las principales propiedades del zinc
| Propiedad | Valor/Comportamiento |
| Apariencia | Plata azulado metálico |
| Densidad | 7,14 g/cm³ |
| Punto de fusión | 419,5°C (787°F) |
| Punto de ebullición | 907°C (1665°F) |
| Dureza (escala de Mohs) | 2.5 |
| Conductividad eléctrica | Bien |
| Estructura cristalina | Hexagonal Close-Packed (hcp) |
| Estado de oxidación común | +2 |
| Reactividad | Reacciona con ácidos y bases |
| Resistencia a la corrosión | Alto (forma óxido protector) |
Aplicaciones de la fundición inyectada de zinc en la fabricación de automóviles
La fundición inyectada de cinc permite procesar una amplia gama de componentes para vehículos. Algunos de los más comunes son los siguientes
1. Componentes interiores:
- Tiradores de puerta
- Cinturón de seguridad
- Palancas de control del salpicadero
- Mandos e interruptores HVAC
Los componentes de estas piezas son de alta precisión, la sensación táctil tiene que ser buena y el ajuste tiene que tener un gran acabado. La capacidad del zinc para proporcionar detalles superficiales finos y precisión dimensional es adecuada para estas piezas que son visibles y se utilizan con frecuencia.
2. Componentes exteriores:
- Emblemas y logotipos
- Cierre de puertas y maletero
- Soportes para espejos
- Componentes del sistema limpiaparabrisas
Sin embargo, dado que el ruido suele indicar la causa del mismo y que la ubicación de su causa no es tan importante como el ruido en sí, la resistencia a la corrosión y la solidez se utilizan para su uso tras la exposición al medio ambiente y dan aspecto y función.
3. Componentes bajo el capó:
- Piezas de carburador
- Piezas del sistema de combustible
- Cuerpos de válvulas
- Cubiertas de correa dentada
La estabilidad térmica, la solidez y la resistencia al desgaste son esenciales para estas piezas. Las geometrías complejas, las tolerancias de alta precisión y las aplicaciones de sistemas de motores de fluidos se consiguen mediante la fundición a presión de zinc.
4. Piezas estructurales:
- Soportes
- Placas de montaje
- Soportes de chasis (en vehículos más pequeños)
Aunque no se utilizan para estructuras portantes primarias, los componentes de zinc tienen una rigidez y unas propiedades mecánicas fiables que los hacen útiles para soportar armazones y conjuntos.
La flexibilidad del zinc satisface decorativa y funcionalmente dichos requisitos en todas las clases de vehículos. Gracias a su capacidad para reducir el posprocesamiento, el apantallamiento EMI y la consolidación de componentes, la fundición a presión de zinc se extiende a cada vez más plataformas eléctricas y convencionales.
Ventajas de la fundición a presión sobre otros materiales de fundición a presión
Aunque el aluminio y el magnesio también se han utilizado en el sector de la automoción, el zinc tiene ventaja:
| Propiedad | Zinc | Aluminio | Magnesio |
| Punto de fusión | ~420°C | ~660°C | ~650°C |
| Vida útil de las herramientas | 1.000.000+ disparos | ~100.000 disparos | ~150.000 disparos |
| Resistencia en paredes delgadas | Alta | Medio | Bajo |
| Resistencia a la corrosión | Excelente | Moderado | Pobre sin revestimiento |
| Eficiencia de costes | Alta (grandes volúmenes) | Medio | Bajo (aleación cara) |
Es fácil ver que para componentes de tamaño pequeño a mediano en los que la precisión y la resistencia son de gran importancia, la fundición a presión de zinc es una muy buena opción.
Retos de la fundición inyectada de zinc
La fundición a presión de zinc tiene algunas desventajas:
Peso:
El zinc es demasiado pesado para utilizarlo en chasis de vehículos eléctricos y otras aplicaciones en las que la reducción de peso es fundamental, porque pesa más que el aluminio o el magnesio.
Propiedades térmicas:
La conductividad térmica del zinc es inferior a la del aluminio, por lo que no es adecuado para piezas de disipación de calor como los radiadores de los motores.
Limitaciones de tamaño:
Por ejemplo, las herramientas no pueden utilizarse para colar componentes muy grandes, y pueden producirse defectos de solidificación.
Sí, con ingeniería inteligente y diseño de materiales híbridos, la mayoría de estos retos pueden superarse.
Factores medioambientales y de sostenibilidad
La fundición a presión de zinc destaca porque la industria automovilística mundial se inclina por prácticas más ecológicas.
100% Reciclabilidad:
Los desechos de fundición de zinc se recogen y reelaboran sin degradación alguna.
Eficiencia energética:
Dado que el aluminio tiene una temperatura de fusión mucho más alta, el consumo de energía es significativamente menor que con el aluminio.
Larga vida útil de las herramientas:
Alarga la vida útil de la matriz, disminuyendo la frecuencia de sustitución de herramientas, lo que se traduce en menos residuos y tiempo sin producción.
Como resultado, las empresas que trabajan para cumplir normativas medioambientales más rigurosas se sienten atraídas por el zinc, ya que es una opción excelente que no compromete la calidad ni el rendimiento.
Innovaciones y tendencias futuras
Tecnología de pared delgada:
Los moldes avanzados y las aleaciones de zinc más fluidas han permitido fabricar piezas con paredes extremadamente finas, que reducen el peso sin perder resistencia.
Montajes híbridos:
Además, las piezas de zinc se utilizan cada vez más en combinación con plásticos u otros metales para piezas multifuncionales.
Vehículos eléctricos (VE):
Los vehículos eléctricos necesitan componentes compactos y robustos para las carcasas de las baterías, los sistemas de control y los conectores, y el zinc se muestra prometedor por su precisión y como metal de blindaje contra las interferencias electromagnéticas (EMI).
Herramientas inteligentes:
En la producción en masa, el uso de IA y aprendizaje automático para el mantenimiento de troqueles también ayuda a reducir la vida útil y los defectos de los troqueles.
Conclusión
Fundición a presión de cinc es más que un método de fabricación; es una estrategia ganadora para lograr la ventaja competitiva del automóvil. Presenta una combinación óptima de resistencia mecánica, flexibilidad de diseño, rentabilidad y sostenibilidad. Dado que los vehículos son cada vez más ligeros, más respetuosos con el medio ambiente y más sofisticados, la fundición a presión de zinc tiene un importante papel que desempeñar en la próxima generación de componentes de automoción. El zinc tiene un enorme uso, desde pequeños pomos interiores hasta potentes estructuras bajo el capó en la fabricación de automóviles. Una vez que las innovaciones sigan perfeccionando su aplicación, los próximos años ofrecerán una adopción aún más amplia en plataformas de vehículos convencionales, híbridos y eléctricos.