Lo zinco è un metallo importante e multifunzionale che svolge un ruolo importante in un'ampia gamma di applicazioni industriali, commerciali e biologiche. Lo zinco è utilizzato a livello industriale, nell'edilizia e per i rivestimenti protettivi grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione e all'aspetto bluastro-argenteo. Una delle sue proprietà più preziose è la capacità di formare leghe molto forti, soprattutto con alluminio, rame e magnesio, migliorandone notevolmente la resistenza e la durata. Per quanto riguarda i processi produttivi come la pressofusione, queste caratteristiche rendono lo zinco estremamente adatto. Lo zinco è anche noto come materiale speciale nel contesto dell'industria automobilistica, perché non esiste un altro materiale con tali proprietà meccaniche e allo stesso tempo con così tanti vantaggi produttivi. Può essere utilizzato per creare forme molto complesse e dettagliate con poco lavoro di macchina, il che le rende perfette per i componenti decorativi e funzionali dei veicoli. Inoltre, il suo basso punto di fusione consente di ridurre il consumo di energia durante la produzione, in linea con gli obiettivi di sostenibilità globale. L'importanza dello zinco aumenta con l'evolversi della tecnologia automobilistica. La maggior parte delle parti del sistema dell'aeroplano può essere realizzata con questo materiale, perché supporta la produzione di alti volumi con un'eccellente consistenza dei pezzi, il che lo rende un materiale fondamentale, non solo per i progetti attuali del sistema, ma anche per i nuovi progetti del futuro.

Che cos'è la pressofusione di zinco?

La pressofusione di zinco è un processo di produzione di precisione che prevede l'iniezione di lega di zinco fusa in uno stampo personalizzato (noto anche come stampo) ad alta pressione per formare parti metalliche. Viene normalmente utilizzata per la produzione di componenti complessi e dettagliati con tolleranze strette, finiture superficiali fini ed elevate proprietà meccaniche.

La pressofusione di zinco ha eccellenti proprietà meccaniche e combina allo stesso tempo un'elevata precisione. Consente la produzione di pezzi intricati, con tolleranze strette e finiture superficiali lisce, ed è utile per i requisiti dell'attuale design dei veicoli.

Perché lo zinco? Proprietà chiave del materiale

Per diverse proprietà uniche, lo zinco è preferito nel processo di pressofusione.

Alta resistenza e duttilità

Poiché è più resistente di molti altri metalli pressofusi, nelle applicazioni a parete sottile si utilizzano leghe di zinco.

Eccellente precisione dimensionale

La pressofusione di zinco è una parte che mantiene le proprie forme e dimensioni con grande coerenza, il che aiuta a ridurre la post-elaborazione.

Resistenza alla corrosione superiore

Lo zinco è naturalmente resistente alla corrosione, in particolare ai rivestimenti aggiuntivi. È fondamentale per le parti utilizzate in ambito veicolare in presenza di condizioni atmosferiche e stradali sfavorevoli.

Alta fluidità

Lo zinco fuso scorre molto facilmente e questi pezzi con piccoli elementi e pareti sottili sono stati fusi con successo.

Utensili a costi contenuti

La colata di zinco beneficia di stampi di lunga durata rispetto all'alluminio o al magnesio; pertanto, lo zinco presenta maggiori vantaggi economici se si desidera una produzione di grandi dimensioni.

Riciclabilità

La transizione dell'industria automobilistica verso una maggiore sostenibilità significa anche che lo zinco è un materiale ecologicamente responsabile e 100% riciclabile senza perdita di proprietà.

Processo di produzione: Panoramica passo dopo passo

1. Progettazione e attrezzaggio:

Il software CAD viene utilizzato dagli ingegneri per progettare i componenti. Quindi, viene prodotto uno stampo in acciaio ad alta precisione con un elevato numero di cavità per costruire più pezzi in un unico ciclo.

2. Fusione della lega di zinco:

Lo zinco viene fuso a circa 420°C (788°F), a una temperatura inferiore a quella dell'alluminio e con costi energetici notevolmente inferiori.

3. Iniezione:

Di solito, lo zinco fuso viene iniettato nello stampo a una pressione compresa tra 1.500 e 25.000 psi, sufficiente a garantire un riempimento rapido e uniforme dello stampo.

4. Raffreddamento e solidificazione:

Quando la lega di zinco entra nello stampo, si raffredda e si solidifica rapidamente (questione di secondi).

5. Espulsione:

I perni di espulsione espellono quindi il pezzo appena formato dallo stampo.

6. Rifinitura e rifinitura:

Il pezzo può essere sottoposto a ulteriori finiture, come sbavatura, lucidatura, verniciatura o rivestimento, e il materiale in eccesso (flash) viene rimosso.

7. Controllo di qualità:

Alcuni componenti vengono ispezionati per verificare l'accuratezza dimensionale, i difetti superficiali e l'integrità meccanica, come spesso avviene con i sistemi automatizzati o gli scanner 3D.

Leghe di zinco comuni utilizzate nell'industria automobilistica

Nell'industria automobilistica, la scelta della lega di zinco appropriata è importante perché le proprietà della lega giocano un ruolo fondamentale per le prestazioni, l'affidabilità e l'efficienza dei costi. I produttori possono adattare i materiali a specifiche applicazioni in base al bilanciamento di forza, duttilità, fluidità e resistenza alla corrosione che le varie leghe possono offrire in misura variabile. Di seguito sono riportate le leghe di zinco più comunemente utilizzate nella pressofusione automobilistica.

1. Leghe di zama (leghe di zinco-alluminio)

L'elemento di lega principale in una famiglia di leghe di zinco note come zama è l'alluminio a circa 4%. Il nome deriva dai nomi tedeschi dei metalli utilizzati: Zink, Alluminio, Magnesio e Kopper (rame).

Zamak 3:

• È la lega di zinco più utilizzata per la pressofusione.
• Offre un'eccellente stabilità dimensionale, buona finitura superficiale e capacità di fusione.
• Queste superfici sono comuni nei componenti interni come le maniglie delle porte, le manopole e le parti di rivestimento.

Zamak 5:

• È leggermente più ramato dello Zamak 3 e offre maggiore resistenza e durezza.
• Adatta per applicazioni con sollecitazioni meccaniche come le staffe strutturali.

Zamak 2:

• La più forte e dura delle leghe Zamak.
• Si utilizza nei sistemi di bloccaggio o nelle sedi degli ingranaggi dove la resistenza all'usura è fondamentale.

2. Leghe ZA (zinco-alluminio)

Le leghe ZA (ZA-8, ZA-12, ZA-27) hanno un contenuto di Al superiore a quello della Zama e presentano una maggiore forza e resistenza all'usura. Sono generalmente utilizzate nella colata a gravità, presumibilmente in alcuni casi anche nella pressofusione.

ZA-8:

• Contiene alluminio 8%.
• Offre una buona resistenza e moderate proprietà di colata.
• Adatto per componenti strutturali di veicoli leggeri.

ZA-12 e ZA-27:

• Difficile da fondere, ma di maggiore resistenza.
• Utilizzato in applicazioni o parti semi-strutturali, dove è soggetto ad attrito.

3. ACuZinco5

Si tratta di una speciale lega di zinco-rame-alluminio destinata a ottenere le caratteristiche di colabilità della Zama e la resistenza delle leghe ZA.

• Resistenza estremamente elevata e superiore all'usura.
• Applicato in alloggiamenti di ingranaggi, attuatori e collegamenti meccanici nei sistemi automobilistici.
• Il materiale di ricambio è ideale per sostituire il bronzo e l'acciaio lavorati nelle applicazioni in cui è necessaria la durata.

4. EZAC (Zinco-Alluminio-Rame potenziato)

Una lega relativamente nuova, con una resistenza molto elevata e un'ottima resistenza al creep fino a temperature elevate, l'EZAC.

• È ideale per le parti che devono mantenere la forma e la resistenza anche sotto carico, ad esempio i componenti di montaggio o i motori.
• Offre una resistenza doppia rispetto allo Zamak 3, ma richiede un'attrezzatura più avanzata.

5. Leghe zinco-nichel

La lastra di zinco-nichel è meno comune della pressofusione di zinco per queste aree, ma è spesso utilizzata per migliorare la resistenza alla corrosione (in particolare alla salsedine e all'umidità) per le parti sotto il cofano o nel sottoscocca.

• Scegliere la lega giusta
• La scelta della lega di zinco dipende da diversi fattori
• Requisiti meccanici (resistenza alla trazione, resistenza agli urti)
• Esigenze di finitura superficiale
• Costo e volume di produzione
• Esposizione a stress ambientali (calore, corrosione)

Per questo motivo, gli ingegneri spesso collaborano con scienziati e fornitori di materiali per scegliere una lega che sia il più possibile adatta al compito da svolgere, rispettando sia i vincoli di prestazione che quelli di costo.

Ruolo della pressofusione di zinco nell'industria automobilistica

La pressofusione di zinco ha una grande importanza nella produzione automobilistica grazie all'elevata precisione, all'alta resistenza e all'economicità dei componenti di piccole e medie dimensioni. Questo processo offre i mezzi per produrre pezzi complessi di alta precisione in tempi molto brevi ed è eccellente per le applicazioni automobilistiche ad alto volume.

Le leghe di zinco presentano eccellenti proprietà meccaniche, come la durata, la resistenza alla corrosione e la stabilità dimensionale. Sono questi gli elementi che rendono lo zinco la scelta migliore per le maniglie delle porte, le staffe, le serrature, gli emblemi e così via, come componenti per auto. Inoltre, consente una facile placcatura o verniciatura grazie alla finitura superficiale liscia.

Sebbene lo zinco sia più pesante dell'alluminio o del magnesio, può essere competitivo per le applicazioni in cui il peso non è la massima priorità in termini di resistenza e dettaglio. Grazie al suo basso punto di fusione, richiede un minor consumo di energia e ha una lunga durata degli utensili. Lo zinco è inoltre 100% riciclabile, il che contribuisce ad accelerare la promozione della sostenibilità da parte dell'industria automobilistica.

La pressofusione di zinco continua a fornire soluzioni affidabili e di alta qualità per le applicazioni più impegnative del settore automobilistico, in linea con l'evoluzione del design dei veicoli.

Proprietà fisiche e chimiche dello zinco 

Proprietà fisiche dello zinco

1. Aspetto:

Il metallo termoelettrico bluastro o grigiastro ha una lucentezza metallica quando è appena lucidato.

2. Densità:

Poiché a temperatura ambiente lo zinco ha una densità di circa 7,14 g/cm³, è moderatamente pesante rispetto ad altri metalli.

3. Punto di fusione:

Tuttavia, a una temperatura relativamente bassa di 419,5°C (787°F), lo zinco è adatto a processi termici, come la pressofusione, in cui si desidera un basso consumo energetico.

4. Punto di ebollizione:

Lo zinco bolle a 907°C (1665°F).

5. Durezza:

Lo zinco ha una durezza di circa 2,5 sulla scala Mohs, il che lo rende non troppo duro rispetto all'acciaio, ma nemmeno troppo morbido come lo stagno puro o il piombo.

7. Conducibilità elettrica:

Tuttavia, mentre il rame e l'argento sono ottimi conduttori di elettricità, lo zinco non è altrettanto conduttivo. Per questa sua caratteristica, viene spesso utilizzato nelle batterie e nella galvanotecnica.

8. Conducibilità termica:

La moderata conducibilità termica dello zinco lo rende utile per gestire il calore, ma è meno efficiente dell'alluminio.

9. Malleabilità e duttilità:

Lo zinco è fragile e può quindi rompersi facilmente a temperatura ambiente. Tuttavia, è malleabile quando viene riscaldato a circa 100-150°C (212-302°F), per cui può essere facilmente modellato.

10. Struttura cristallina:

Inoltre, i composti binari dello zinco cristallizzano in una struttura esagonale chiusa (hcp) che influisce sulle proprietà meccaniche, in particolare sulla fragilità alle basse temperature.

Proprietà chimiche dello zinco

1. Reattività con l'aria:

A contatto con l'aria, lo zinco forma un sottile strato di ossido di zinco (ZnO) sulla superficie. Lo zinco sul lato superiore impedisce una corrosione più profonda ed è quindi molto resistente alla ruggine da ossidazione atmosferica.

2. Reattività con gli acidi:

Gli acidi diluiti, come l'acido cloridrico (HCl), possono reagire facilmente con lo zinco per rilasciare idrogeno gassoso (H₂). Questa proprietà rende lo zinco utile nella galvanizzazione e negli anodi sacrificali per la protezione dalla corrosione.

3. Natura anfotera:

Lo zinco è anfotero e può essere agito sia da acidi che da potenti basi. Ad esempio, reagisce con l'idrossido di sodio (NaOH) per dare lo zincato di sodio.

4. Formazione di leghe:

Lo zinco si lega facilmente con diversi metalli, tra cui il rame, per produrre ottone, alluminio, magnesio e molti altri metalli.

5. Stati di ossidazione:

Lo stato di ossidazione +2 (Zn²⁺) dello zinco è il più comune. Questo stato di ossidazione è associato a composti dello zinco come l'ossido di zinco (ZnO) e il solfato di zinco (ZnSO₄).

6. Resistenza all'acqua:

L'acqua pura non reagisce con lo zinco a temperatura ambiente, ma a temperature più elevate lo zinco può reagire con essa, formando lentamente idrogeno gassoso e ossido di zinco.

7. Attività galvanica:

Il materiale anodico, lo zinco, è molto efficace perché perde facilmente elettroni nelle celle galvaniche (batterie).

Zinco e altri materiali nelle applicazioni automobilistiche

A differenza di alluminio, magnesio, plastica o acciaio, la pressofusione di zinco presenta numerosi vantaggi. Lo zinco brilla per le sue prestazioni e i suoi costi chiave nella progettazione automobilistica e, sebbene ogni materiale possa avere il suo posto nella progettazione automobilistica, lo zinco è particolarmente efficace in questi parametri.

Zinco e alluminio:

In una forma spesso scelta per la sua leggerezza, l'alluminio è troppo debole e troppo morbido a bassi spessori rispetto allo zinco. Inoltre, lo zinco offre una migliore stabilità dimensionale e ulteriori geometrie complesse non richiedono lavorazioni estese. Gli utensili per questo tipo di colata tendono inoltre a durare più a lungo, il che significa che i costi di produzione a lungo termine sono inferiori.

Zinco e magnesio:

Lo zinco è più leggero del magnesio, ma è più costoso se acquistato senza rivestimenti speciali. Tuttavia, le leghe di zinco offrono un'eccellente resistenza alla corrosione e non richiedono trattamenti superficiali aggiuntivi per essere resistenti nella maggior parte degli ambienti. Inoltre, la colata di zinco garantisce una migliore precisione e finitura della colata.

Zinco contro plastica:

Tuttavia, la plastica è leggera, poco costosa, ma relativamente più debole, non resiste bene alle temperature ed è meno durevole del metallo. I componenti in zinco che resistono all'usura, agli urti o ai carichi sono una solida alternativa quando sono importanti l'integrità strutturale, la durata e la resistenza ai danni da urti o usura, in particolare quando si tratta di movimenti o carichi.

Zinco contro acciaio:

L'acciaio è un buon materiale, resistente e comunemente utilizzato nelle applicazioni strutturali, ma è molto più pesante e, in molti casi, più costoso da plasmare in forme complesse. La pressofusione di zinco, poiché produce pezzi di forma quasi netta con una post-elaborazione minima, si presta bene nei casi in cui si devono produrre componenti di piccole e medie dimensioni.

In generale, lo zinco offre un buon equilibrio tra resistenza meccanica, costo, formabilità e finitura superficiale ed è quindi un materiale eccellente per i componenti automobilistici, indipendentemente dalla loro funzione.

Tabella riassuntiva delle principali proprietà dello zinco

Applicazioni della pressofusione di zinco nella produzione automobilistica

Un'ampia gamma di componenti per veicoli può essere lavorata attraverso la pressofusione di zinco. Alcuni di questi sono i più comuni, come ad esempio

1. Componenti interni:

• Maniglie delle porte
• Ferramenta per cinture di sicurezza
• Leve di comando del cruscotto
• Manopole e interruttori HVAC

I componenti sono di alta precisione, la sensazione tattile deve essere buona e l'accoppiamento deve essere di ottima finitura. La capacità dello zinco di fornire dettagli superficiali fini e precisione dimensionale è adatta a questi componenti che sono visibili e utilizzati frequentemente.

2. Componenti esterni:

• Emblemi e loghi
• Serrature delle porte e del bagagliaio
• Staffe per specchietti
• Componenti del sistema tergicristallo

Poiché il rumore, tuttavia, spesso indica la causa del rumore e la localizzazione della sua causa non è importante quanto il rumore stesso, la resistenza alla corrosione e la forza sono utilizzate per l'uso dopo l'esposizione all'ambiente e conferiscono aspetto e funzione.

3. Componenti sotto il cofano:

• Parti del carburatore
• Parti del sistema di alimentazione
• Corpi valvola
• Copri cinghia dentata

Per questi componenti sono essenziali stabilità termica, forza e resistenza all'usura. Geometrie complesse, tolleranze di alta precisione e applicazioni di sistemi motore fluidi sono ottenute con la pressofusione di zinco.

4. Parti strutturali:

• Staffe
• Piastre di montaggio
• Supporti del telaio (nei veicoli più piccoli)

Sebbene non siano utilizzati per strutture portanti primarie, i componenti in zinco presentano rigidità e proprietà meccaniche affidabili che li rendono utili per sostenere telai e assemblaggi.

La flessibilità dello zinco soddisfa i requisiti decorativi e funzionali di tutte le classi di veicoli. Grazie alla capacità di ridurre la post-elaborazione, la schermatura EMI e il consolidamento dei componenti, la pressofusione di zinco si estende a un numero sempre maggiore di piattaforme elettriche e convenzionali.

Vantaggi della pressofusione rispetto ad altri materiali per la pressofusione

Sebbene anche l'alluminio e il magnesio siano stati utilizzati nel settore automobilistico, lo zinco ha un vantaggio:

È facile capire che per i componenti di piccole e medie dimensioni in cui precisione e resistenza sono di grande importanza, la pressofusione di zinco è un'ottima opzione.

Sfide nella pressofusione di zinco

La pressofusione di zinco presenta alcuni svantaggi:

Peso:

Lo zinco è troppo pesante per essere utilizzato nei telai dei veicoli elettrici e in altre applicazioni in cui la riduzione del peso è fondamentale, perché è più pesante dell'alluminio o del magnesio.

Proprietà termiche: 

La conducibilità termica dello zinco è inferiore a quella dell'alluminio, quindi non è adatto a parti di dissipazione del calore come i radiatori dei motori.

Limitazioni di dimensione:

Ad esempio, gli utensili non possono essere utilizzati per la fusione di componenti molto grandi e possono verificarsi difetti di solidificazione.

Sì, grazie a un'ingegneria intelligente e alla progettazione di materiali ibridi, la maggior parte di queste sfide può essere affrontata.

Fattori ambientali e di sostenibilità

La pressofusione di zinco si distingue perché l'industria automobilistica mondiale si orienta verso pratiche più ecologiche.

100% Riciclabilità:

Gli scarti di fusione dello zinco vengono raccolti e rilavorati senza alcun degrado.

Efficienza energetica:

Poiché l'alluminio ha una temperatura di fusione molto più elevata, il consumo di energia è notevolmente inferiore a quello dell'alluminio.

Lunga durata degli utensili: 

Prolunga la vita dello stampo, riducendo la frequenza di sostituzione degli utensili, il che significa meno sprechi e meno tempo senza produzione.

Di conseguenza, le aziende che si impegnano a rispettare le normative ambientali più rigorose sono attratte dallo zinco, in quanto rappresenta un'opzione eccellente che non compromette la qualità o le prestazioni.

Innovazioni e tendenze future

Tecnologia a parete sottile:

Gli stampi avanzati e le leghe di zinco più fluide hanno permesso di ottenere pezzi con pareti estremamente sottili, riducendo il peso senza perdere in resistenza.

Assemblaggi ibridi: 

Inoltre, i componenti in zinco sono sempre più utilizzati in combinazione con materie plastiche o altri metalli per ottenere componenti multifunzionali.

Veicoli elettrici (EV): 

I veicoli elettrici hanno bisogno di componenti compatti e robusti per gli alloggiamenti delle batterie, i sistemi di controllo e i connettori, e lo zinco si sta rivelando promettente per la sua precisione e come metallo schermante per le interferenze elettromagnetiche (EMI).

Utensili intelligenti: 

Nella produzione di massa, l'uso dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico per la manutenzione degli stampi contribuisce a ridurre la durata e i difetti degli stampi.

Conclusione

Pressofusione di zinco è più di un metodo di produzione: è una strategia vincente per ottenere un vantaggio competitivo nel settore automobilistico. Presenta una combinazione ottimale di resistenza meccanica, flessibilità di progettazione, efficienza dei costi e sostenibilità. Poiché i veicoli stanno diventando più leggeri, più ecologici e più sofisticati, la pressofusione di zinco ha un ruolo importante nel portare avanti la prossima generazione di componenti automobilistici. Lo zinco ha un uso enorme, dalle piccole manopole interne alle potenti strutture sotto il cofano nella produzione automobilistica. Una volta che le innovazioni continueranno a perfezionare le loro applicazioni, gli anni a venire offriranno un'adozione ancora più ampia sulle piattaforme dei veicoli convenzionali, ibridi ed elettrici.