El sector de la maquinaria de fundición a presión está creciendo de forma inesperada, pasando de 3.633,6 millones de dólares en 2018 a 4.978,7 millones de dólares en 2026. Entre varios métodos de fabricación, la fundición a presión es un proceso de alta velocidad que crea piezas complejas de calidad estándar en grandes cantidades.
Los materiales de fundición habituales en los métodos de fundición a presión suelen ser aleaciones de zinc y aluminio. Cada material metálico tiene unas propiedades específicas que influyen en el resultado global.
El zinc y el aluminio se utilizan ampliamente en aplicaciones eléctricas, automovilísticas, aeroespaciales, industriales, farmacéuticas y robóticas debido a su fuerza, peso, resistencia a la corrosión y puntos de fusión.
Seleccionar la opción de material adecuada entre ellos puede ser un paso desalentador para las empresas de nueva creación que no conocen sus características únicas. Por lo tanto, en este artículo hablaremos de las particularidades del zinc frente al aluminio para que pueda obtener detalles exhaustivos, incluidas las aplicaciones y las variaciones de uno y otro proceso.
Propiedades de los materiales
Fundición a presión de zinc puede compararse con la fundición a presión de aluminio, ya que se produce mediante pasos de fabricación similares. Sin embargo, sus propiedades y características estructurales son distintas entre sí porque cualquiera de los dos metales constituye la base de estas diferencias.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Punto de fusión
- Densidad y peso
Punto de fusión
En comparación con sus propiedades generales, aleaciones de aluminio tienen un rango de punto de fusión más alto, de 566-650 °C (950-1200 °F), mientras que el punto de fusión del material de zinc ronda los 420 °C (788 °F). Por lo tanto, cada material resulta eficaz para fabricaciones utilizadas en condiciones de alta temperatura.
Densidad y peso
Las aleaciones de zinc tienen mayor densidad y peso que el aluminio, que ronda los 7,140 g/cm3, mientras que el aluminio, menos denso, ronda los 2,7 g/cm³. Esto sugiere que el peso es una consideración importante a la hora de seleccionar los materiales adecuados para las aplicaciones previstas.
Impacto en la resistencia, la ductilidad y la estabilidad dimensional
La ductilidad y la resistencia son propiedades vitales de los materiales, en las que influyen su densidad y su punto de fusión. Las aleaciones de aluminio son más ligeras y tienen un punto de fusión bajo, lo que las convierte en una combinación de materiales resistentes y dúctiles. Mediante el proceso de fundición a presión, pueden moldearse fácilmente sin romperse, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en piezas de aeronaves y automóviles, donde tanto la resistencia como la durabilidad son importantes.
Las aleaciones de zinc son pesadas y menos dúctiles, lo que puede provocar grietas bajo tensión durante la fabricación. Este tipo de material es perfecto para fabricar piezas de formas complejas, pero podría ser mejor para aplicaciones que requieran una gran flexibilidad.
Resistencia a la corrosión
El material de aluminio forma una fina capa de óxido para eliminar la corrosión posterior y hacerlo resistente a la oxidación. Esta característica es útil, especialmente en aplicaciones marinas y al aire libre que están frecuentemente en contacto con la humedad.
Sin embargo, la aleación de zinc también está enriquecida con una excelente resistencia a la corrosión. Suele utilizarse como revestimiento para proteger el acero de la oxidación y forma una capa protectora cuando se expone a la atmósfera. Este tipo de materiales son muy útiles en aplicaciones de construcción y automoción.
Conductividad térmica
Las aleaciones de aluminio son conocidas por su excelente conductividad, que ronda los 237 W/mK, especialmente para fines eléctricos y aplicaciones de disipadores de calor y radiadores. La conductividad térmica de las aleaciones de zinc es aproximadamente igual a 116 W/mK. A pesar de su menor conductividad, es ideal para algunas aplicaciones de manillas y pomos de puertas, carcasas aislantes y otras piezas con disipación de calor controlada.
Proceso de fundición de zinc y aluminio
Hot chamber casting and cold chamber casting are the two common processes used in die-casting techniques for zinc and aluminum alloys. However, aluminum can be cast via hot chamber casting or cold chamber casting. Let’s discover these procedures in detail to understand their characteristics and benefits.
Fundición inyectada en cámara caliente para zinc
La fundición en cámara caliente es un método particular muy utilizado para la fundición de zinc. Durante esta etapa, se utiliza una máquina de fundición a presión con una cámara anexa en la que se funde una aleación. A continuación, se utiliza un émbolo para introducir el zinc fundido en un molde, que puede enfriarse y solidificarse.
Ventajas de la fundición a presión de cinc con cámara caliente
Una de las ventajas iniciales de la fundición a presión de zinc en cámara caliente es la mayor rapidez de los ciclos. En este método, el metal se mantiene fundido dentro de la máquina, eliminando el equipo de fundición externo. Eso acelera el proceso, reduce los costes de producción y aumenta el rendimiento. Además, la aleación de zinc requiere temperaturas y presiones de funcionamiento más bajas que hacen que el proceso de fundición sea menos costoso y más económico.
Fundición inyectada en cámara fría para aluminio
El proceso de fundición a presión en cámara fría es ideal para metales con puntos de fusión más altos que requieren la máxima resistencia, como el aluminio. En este proceso, la máquina introduce el metal fundido en un manguito de inyección. A continuación, se introduce en el molde a presiones que pueden superar los 10.000 PSI mediante un émbolo accionado hidráulicamente.
Ventajas de la fundición a presión en cámara fría
Cold chamber casting offers better control over metal properties that are sensitive to temperature variations. This method helps produce high-quality castings by precisely controlling the cooling and solidification processes. Moreover, this casting process can handle metals’ higher melting points and corrosive nature without damaging machine parts.
Comparación de la duración del ciclo
La duración del ciclo o la velocidad a la que se pueden producir piezas fundidas varía entre la fundición en cámara caliente y la fundición en cámara fría. La fundición en cámara caliente suele tener un ciclo más corto que la fundición en cámara fría. Debido al estado fundido del zinc y a su punto de fusión más bajo, está listo para ser inyectado en la matriz. Por ejemplo, la fundición en cámara caliente puede crear 15 inyecciones por minuto. Como la fundición en cámara fría requiere pasos adicionales para fundir y transportar el metal, puede producir entre 5 y 7 disparos por minuto.
La diferencia en la duración de los ciclos repercute directamente en los costes de fabricación. Los tiempos de ciclo más rápidos de la fundición en cámara caliente reducen los costes de mano de obra y energía, lo que la convierte en una opción más rentable para producir grandes cantidades de piezas de zinc de tamaño pequeño o mediano.
En el caso de la fundición en cámara fría, su menor duración de ciclo se ve compensada por su capacidad para producir piezas de aluminio complejas de alta calidad con mejores propiedades mecánicas.
Complejidad de la fundición y secciones de pared delgada
Las técnicas de fundición a presión en cámara caliente y fría pueden producir formas complejas y secciones de pared delgadas.
Sin embargo, debido a la fluidez del zinc fundido y al control preciso del proceso de inyección, la fundición en cámara caliente es ideal para crear intrincados componentes de zinc con paredes finas.
Por otro lado, la fundición en cámara fría, aunque tiene un tiempo de ciclo más corto, destaca en la producción de piezas complejas de aluminio. Permite crear diseños detallados e intrincados con una excelente estabilidad dimensional.
Consideraciones de diseño Fundición de zinc y aluminio
Al crear piezas para fundición a presión, hay que tener en cuenta diversos factores, como las propiedades del material y el proceso de fundición. Estos elementos influyen significativamente en los resultados finales y pueden afectar a aspectos como el grosor de la pared, la tolerancia del ángulo de desmoldeo y el acabado superficial.
Propiedades de los materiales y procesos de fundición
The material properties of zinc and aluminum, along with their respective manufacturing processes, shape the design considerations. Zinc’s lower melting point and fluidity in hot chamber casting help create intricate designs with thin walls.
Fundición de aluminio mediante el proceso de cámara fría ofrece una solidez y una resistencia al calor superiores, por lo que resulta ideal para piezas que requieren durabilidad y precisión.
Espesor mínimo de pared
La fundición a presión de aleaciones de zinc puede conseguir paredes extremadamente finas, de hasta 0,25 mm, gracias a sus temperaturas de funcionamiento más bajas y a sus excelentes características de fluidez. El aluminio también puede producir paredes finas, que suelen requerir un grosor mínimo de unos 1,5 mm. Esto garantiza la integridad estructural durante el proceso de fundición.
Ángulos de calado
Los ángulos de desmoldeo facilitan la extracción de las piezas fundidas de la matriz. Un ángulo de desmoldeo de 0,75-1 grado suele ser suficiente para el zinc debido a sus propiedades de contracción. Mientras tanto, las piezas de aluminio requieren ángulos de desmoldeo ligeramente mayores, de 1 a 2 grados, para compensar su mayor contracción por solidificación.
Tolerancia alcanzable
La fundición a presión de zinc puede producir piezas con tolerancias tan ajustadas como ±0,02 mm mediante su proceso de fundición en cámara caliente. En la fundición a presión de aluminio, las tolerancias alcanzables pueden ser de ±0,05 mm, lo que la hace perfecta para aplicaciones de alta precisión.
Acabados superficiales
La calidad del acabado superficial es un factor crucial en lo que respecta a las consideraciones de diseño. La fundición a presión de zinc presenta generalmente acabados más lisos minimizando los defectos superficiales debido a su menor temperatura de fusión y al método de cámara caliente. La fundición a presión de aluminio puede lograr excelentes acabados superficiales que pueden ser ligeramente más rugosos que los del zinc. Esto puede ser adecuado para aplicaciones industriales y puede mejorarse aún más con el proceso posterior a la fundición de pulido y anodizado.
Aplicaciones del zinc y el aluminio en la fundición a presión
Various materials’ properties and casting processes influence material choices for specific applications. That includes elements such as cost-effectiveness, weight sensitivity, strength requirements, corrosion resistance, and aesthetics.
Rentabilidad y resistencia del zinc
La rentabilidad de la aleación de zinc y su excelente fluidez la hacen ideal para crear componentes de ferretería como cerraduras, bisagras y soportes. Estas piezas pueden fabricarse con diseños intrincados y detalles finos utilizando zinc por sus menores costes de material y producción.
Requisitos de ligereza y resistencia del aluminio
Aluminum’s light weight is advantageous for automobile and aerospace applications. Utilizing this material lightens up applications and enhances fuel efficiency and performance. For instance, engine parts, frames, and structural components benefit from an aluminum strength-to-weight ratio.
Fuerza y resistencia a la corrosión del zinc
La aleación de zinc es la elección perfecta para fabricar componentes de fontanería, como válvulas de racor y conectores. Tiene una fuerza y una resistencia a la corrosión superiores. Las aplicaciones necesitan que estos componentes soporten entornos duros y la humedad, garantizando fiabilidad y durabilidad a largo plazo.
Acabado superficial del aluminio
La fundición a presión de aluminio se elige a menudo para proporcionar la estética y el acabado superficial primordiales en las aplicaciones, que también pueden incluir revestimientos y procesos de anodizado. Estas aplicaciones incluyen electrónica de consumo, electrodomésticos de cocina y elementos arquitectónicos de gama alta.
Elegir entre fundición inyectada de cinc y aluminio
Consideraciones clave
A la hora de elegir el material preferido entre el zinc y el aluminio, deben tenerse en cuenta varios factores clave. Estos factores pueden ser:
- Volumen de producción
- Parte complejidad
- Limitaciones de costes
- Requisitos funcionales
- Impacto medioambiental
Volumen de producción
El volumen de producción afecta directamente a la rentabilidad. La fundición inyectada de zinc es una opción perfecta para la producción de grandes volúmenes. Tiene un tiempo de ciclo más rápido y es más rentable para grandes cantidades. Su punto de fusión más bajo y su solidificación más rápida minimizan el consumo de energía y el desgaste de la máquina.
Por el contrario, la fundición a presión de aluminio es cara y ofrece mejores prestaciones para volúmenes menores. Las propiedades superiores de este material lo convierten en la mejor opción para aplicaciones especializadas de bajo volumen.
Complejidad de las piezas
Las aleaciones de zinc pueden producir de forma excelente diseños intrincados y secciones de paredes finas con gran precisión para satisfacer los requisitos de componentes detallados. Aluminio o aluminioDebido a su mayor punto de fusión y viscosidad, puede fabricar piezas complejas si se controla cuidadosamente el proceso de fundición. Sin embargo, eso puede limitar su capacidad para generar piezas extremadamente intrincadas en comparación con la aleación de zinc.
Limitaciones de costes
El punto de fusión más bajo del zinc y su rápido tiempo de ciclo suelen traducirse en unos costes de producción más bajos. Esto lo convierte en una opción económica para proyectos de presupuesto ajustado. La fundición a presión de aluminio consume mucha energía y ofrece un tiempo de ciclo más largo, lo que ocasiona gastos adicionales. Es más caro que el zinc, aunque ofrece ventajas en resistencia y peso, lo que justifica su coste en aplicaciones en las que estos factores son necesarios. Además, independientemente de que se trate de fundición a presión de zinc o aluminio, toda fundición en cámara caliente o en cámara fría que necesite un proceso inicial de fundición en cámara caliente o de fundición en cámara fría requiere un proceso de fundición en cámara caliente. molde de fundición a presión coste.
Requisitos funcionales
Elija el zinc para producir aplicaciones que requieren propiedades mecánicas robustas y alta resistencia a la corrosión, como componentes de fontanería y ferretería. Por su parte, el aluminio es un material ligero con unas características de resistencia excepcionales que lo hacen crucial para aplicaciones de automoción y aeroespaciales.
Impacto medioambiental
El impacto medioambiental se ha convertido en un factor más importante a medida que pasa el tiempo. Sin embargo, tanto el zinc como el aluminio son materiales muy reciclados y ayudan a minimizar la huella medioambiental. Además, el reciclado de aluminio consume más energía que el de zinc, lo que podría ser un factor a tener en cuenta en los proyectos con conciencia ecológica.
Tomar la decisión
Understanding a die-casting process, including suitable metal options, is vital. Another essential practice to ensure high-quality fabrication is using a decision matrix and prototyping. This helps ensure the selected material meets the project’s specific requirements and priorities.
Decision Metrix
Se puede utilizar una matriz de decisión para determinar sistemáticamente el material adecuado sopesando varios factores en función de las prioridades del proyecto. Esta matriz ayuda a evaluar las compensaciones y a tomar una decisión con conocimiento de causa.
Ejemplo de matriz de decisión
|
Criterios |
Peso |
Puntuación de Zinc |
Puntuación de aluminio |
Puntuación total de Zinc |
Puntuación total de aluminio |
|
Coste |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Peso |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Fuerza |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Complejidad de las piezas |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Impacto medioambiental |
0.1 |
7 |
6 |
0.7 |
0.6 |
|
Total |
1.0 |
7.3 |
6.7 |
In this decision matrix example, cost, weight, strength, part complexity, and environmental impact are evaluated. Zinc’s higher score indicates its suitability for this hypothetical project.
Creación de prototipos
La creación de prototipos es clave para verificar los diseños y la idoneidad de los materiales antes de la producción a gran escala. Permite probar y validar el rendimiento del material elegido en condiciones ordinarias. Este proceso permite identificar los posibles problemas y hacer los ajustes necesarios para que el producto final alcance un nivel superior.
Conclusión
Esta comparación entre fundición a presión de aluminio y fundición a presión de zinc sugiere elegir sabiamente las opciones de material preferidas en función de sus características. El proceso de fundición de ambos materiales es adecuado para fabricaciones similares, pero el zinc ofrece rentabilidad y tiempos de ciclo más rápidos para producir un gran volumen de piezas intrincadas. Sin embargo, el aluminio se prefiere por su ligereza y es ideal para aplicaciones aeroespaciales y de automoción. Ambos materiales son muy reciclables, pero el zinc es más eficiente desde el punto de vista energético.