O zinco é um metal importante e multifuncional com funções importantes em uma ampla gama de aplicações industriais, comerciais e biológicas. O zinco é usado industrialmente, na construção civil e em revestimentos protetores devido à sua alta resistência à corrosão e à sua aparência de prata azulada. Uma de suas propriedades mais valiosas é a capacidade de formar ligas muito fortes, especialmente com alumínio, cobre e magnésio, o que aumenta muito a resistência e a durabilidade. Em relação aos processos de fabricação, como a fundição sob pressão, essas características tornam o zinco extremamente adequado. O zinco também é conhecido como um material especial no contexto do setor automotivo porque não há outro material com essas propriedades mecânicas e, ao mesmo tempo, com tantas vantagens de fabricação. Ele pode ser usado para criar formas altamente complexas e detalhadas com pouco trabalho de máquina, o que as torna perfeitas para componentes decorativos e funcionais de veículos. Além de seu baixo ponto de fusão, o que reduz o uso de energia durante a produção, de acordo com os objetivos globais de sustentabilidade. A importância do zinco está aumentando com a evolução da tecnologia automotiva. A maioria das peças do sistema do avião agora pode ser fabricada com ele, pois suporta produção de alto volume com excelente consistência de peças, o que o torna um material essencial, não apenas para os projetos de sistemas atuais, mas também para os novos projetos do futuro.
O que é fundição sob pressão de zinco?
A fundição sob pressão de zinco é um processo de fabricação de precisão que envolve a injeção de liga de zinco fundido em uma matriz personalizada (também conhecida como molde) sob alta pressão e a alta pressão para formar peças metálicas. Normalmente, é usado para a produção de componentes complexos e detalhados com tolerâncias estreitas, acabamentos de superfície finos e altas propriedades mecânicas.
A fundição sob pressão de zinco tem excelentes propriedades mecânicas e, ao mesmo tempo, combina alta precisão. Ela permite a fabricação de peças complexas e de tolerância estreita com acabamentos superficiais suaves e é útil para os requisitos do projeto de veículos atuais.
Por que o zinco? Principais propriedades do material
Devido a várias propriedades exclusivas, o zinco é preferido no processo de fundição sob pressão.
Alta resistência e ductilidade
Por ser mais forte do que muitos outros metais fundidos sob pressão, em aplicações de paredes finas, são usadas ligas de zinco.
Excelente precisão dimensional
A fundição sob pressão de zinco é uma peça que mantém suas formas e tamanhos com grande consistência, o que ajuda a eliminar o pós-processamento.
Resistência superior à corrosão
O zinco é naturalmente resistente à corrosão, especialmente em relação aos revestimentos adicionais. Isso é crucial para peças usadas em condições veiculares na infeliz presença de condições climáticas e de estrada.
Alta fluidez
O zinco fundido flui com muita facilidade, e essas peças com pequenas características e paredes finas foram fundidas com sucesso.
Ferramentas econômicas
A fundição de zinco se beneficia de matrizes de longa vida útil em comparação com o alumínio ou o magnésio; portanto, há mais vantagens econômicas no zinco se for desejada uma grande produção.
Reciclabilidade
A transição do setor automotivo para uma maior sustentabilidade também significa que o zinco é um material ambientalmente responsável que pode ser reciclado sem perda de propriedades.
Processo de fabricação: Visão geral passo a passo
1. Projeto e ferramental:
O software CAD é usado pelos engenheiros para projetar o componente. Em seguida, uma matriz de aço de alta precisão é fabricada com um grande número de cavidades para construir várias peças em um único ciclo.
2. Derretimento da liga de zinco:
O zinco é derretido a cerca de 420°C (788°F), menos do que o alumínio e com custos de energia consideravelmente menores.
3. Injeção:
Normalmente, o zinco fundido é injetado na matriz a uma pressão de 1.500 a 25.000 psi, alta o suficiente para garantir que o molde seja preenchido de forma rápida e uniforme.
4. Resfriamento e solidificação:
Quando a liga de zinco entra na matriz, ela esfria rapidamente e se solidifica (em questão de segundos).
5. Ejeção:
Em seguida, os pinos ejetores ejetam a peça recém-formada da matriz.
6. Corte e acabamento:
A peça pode ser submetida a um acabamento adicional, como rebarbação, polimento, pintura ou revestimento, e o excesso de material (flash) é removido.
7. Controle de qualidade:
Alguns componentes são inspecionados quanto à precisão dimensional, defeitos de superfície e integridade mecânica, como ocorre frequentemente com sistemas automatizados ou scanners 3D.
Ligas de zinco comuns usadas no setor automotivo
No setor automotivo, a seleção da liga de zinco adequada é importante porque as propriedades da liga desempenham um papel importante para o desempenho adequado, a confiabilidade e a eficiência de custo adequada. Os fabricantes podem combinar materiais para aplicações específicas, dependendo do equilíbrio entre força, ductilidade, fluidez e resistência à corrosão que as diversas ligas têm a oferecer em medidas variadas. As ligas de zinco mais comumente usadas na fundição sob pressão automotiva são apresentadas a seguir.
1. Ligas de Zamak (ligas de zinco-alumínio)
O principal elemento de liga em uma família de ligas de zinco conhecida como zamak é o alumínio com cerca de 4%. O nome vem dos nomes alemães dos metais usados: Zink, alumínio, magnésio e Kopper (cobre).
Zamak 3:
- É a liga de zinco mais usada para fundição sob pressão.
- Oferece excelente estabilidade dimensional, bom acabamento superficial e capacidade de fundição.
- Essas superfícies são comuns em componentes internos, como maçanetas, puxadores e peças de acabamento.
Zamak 5:
- É um pouco mais acobreado que o Zamak 3 e oferece maior resistência e dureza.
- Adequado para aplicações de estresse mecânico, como suportes estruturais.
Zamak 2:
- A mais forte e mais dura das ligas de Zamak.
- É usado em sistemas de travamento ou caixas de engrenagens em que a resistência ao desgaste é fundamental.
2. Ligas ZA (Zinco-Alumínio)
As ligas ZA (ZA-8, ZA-12, ZA-27) têm maior teor de Al do que o Zamak, apresentando maior força e resistência ao desgaste. São geralmente usadas em fundição por gravidade, presumivelmente em alguns casos também em fundição sob pressão.
ZA-8:
- Contém alumínio 8%.
- Oferece boa resistência e propriedades moderadas de fundição.
- Adequado para componentes estruturais em veículos leves.
ZA-12 e ZA-27:
- Difícil de fundir, mas com maior resistência.
- Usado em aplicações ou peças semiestruturais, onde está sujeito a atrito.
3. ACuZinc5
É uma liga especial de zinco-cobre-alumínio destinada a obter as características de capacidade de fundição do Zamak e a resistência das ligas ZA.
- Resistência extremamente alta e resistência superior ao desgaste.
- Aplicado em carcaças de engrenagens, atuadores e articulações mecânicas em sistemas automotivos.
- O material de troca é ideal para substituir o bronze e o aço usinados em aplicações em que a durabilidade é necessária.
4. EZAC (Zinco-alumínio-cobre aprimorado)
O EZAC é uma liga relativamente nova, com alta resistência e resistência à fluência até temperaturas elevadas.
- Bom para peças que precisam manter a forma e a resistência mesmo sob carga, por exemplo, componentes de montagem ou motores.
- Ele oferece o dobro da resistência do Zamak 3, mas requer ferramentas mais avançadas.
5. Ligas de zinco-níquel
A chapa de zinco-níquel é menos comum do que a fundição sob pressão de zinco para essas áreas, mas é usada com frequência para melhorar a resistência à corrosão (especialmente sal e umidade) para peças sob o capô ou sob o chassi.
- Escolhendo a liga certa
- A seleção da liga de zinco depende de vários fatores
- Requisitos mecânicos (resistência à tração, resistência ao impacto)
- Necessidades de acabamento da superfície
- Custo e volume de produção
- Exposição ao estresse ambiental (calor, corrosão)
Por esse motivo, os engenheiros frequentemente trabalham com cientistas e fornecedores de materiais para escolher uma liga que seja tão adequada à tarefa quanto o custo permitir, atendendo às restrições de desempenho e custo.
O papel da fundição sob pressão de zinco no setor automotivo
A fundição sob pressão de zinco tem grande importância na fabricação de automóveis devido à alta precisão, à alta resistência e à produção econômica de componentes de pequeno a médio porte. Esse processo oferece os meios para produzir peças complexas de alta precisão em um período de tempo muito curto e é excelente para aplicações automotivas de alto volume.
São obtidas excelentes propriedades mecânicas das ligas de zinco, como durabilidade, resistência à corrosão e estabilidade dimensional. Esses são os fatores que tornam o zinco a melhor opção para maçanetas, suportes, fechaduras, emblemas etc. como peça automotiva. Isso também facilita o revestimento ou a pintura, pois tem um acabamento de superfície liso.
Embora o zinco seja mais pesado que o alumínio ou o magnésio, ele pode ser competitivo para aplicações em que o peso não é a maior prioridade em termos de resistência e detalhes. Devido ao seu baixo ponto de fusão, requer menos uso de energia e tem uma longa vida útil da ferramenta. O zinco também é 100% reciclável, o que ajuda a acelerar a promoção da sustentabilidade no setor automotivo.
A fundição sob pressão de zinco continua fornecendo soluções confiáveis e de alta qualidade para aplicações automotivas exigentes à medida que os projetos de veículos evoluem.
Propriedades físicas e químicas do zinco
Propriedades físicas do zinco
1. Aparência:
O metal termoelétrico de cor prata azulada ou acinzentada tem um brilho metálico brilhante quando recém-polido.
2. Densidade:
Como em temperatura ambiente o zinco tem uma densidade de cerca de 7,14 g/cm³, ele é moderadamente pesado em comparação com outros metais.
3. Ponto de fusão:
No entanto, em uma temperatura relativamente baixa de 419,5 °C (787 °F), o zinco é adequado para processos térmicos, como fundição sob pressão, em que se deseja um baixo consumo de energia.
4. Ponto de ebulição:
O zinco entra em ebulição a 907°C (1665°F).
5. Dureza:
O zinco tem cerca de 2,5 na escala de Mohs de dureza, o que o torna não muito duro em comparação com o aço, mas não muito macio como o estanho puro ou o chumbo.
7. Condutividade elétrica:
Entretanto, enquanto o cobre e a prata são ótimos condutores de eletricidade, o zinco não é tão condutor. Devido a essa propriedade, ele é frequentemente usado em baterias e galvanoplastia.
8. Condutividade térmica:
A condutividade térmica moderada do zinco o torna útil no gerenciamento do calor, mas é menos eficiente que o alumínio.
9. Maleabilidade e ductilidade:
O zinco é frágil e, portanto, pode se quebrar facilmente em temperatura ambiente. Entretanto, é maleável quando aquecido a cerca de 100-150°C (212-302°F), o que permite moldá-lo facilmente.
10. Estrutura cristalina:
Além disso, os compostos binários de zinco se cristalizam em uma estrutura hexagonal compactada (hcp), o que afeta as propriedades mecânicas, especialmente a fragilidade em temperaturas mais baixas.
Propriedades químicas do zinco
1. Reatividade com o ar:
Após entrar em contato com o ar, o zinco forma uma fina camada de óxido de zinco (ZnO) na superfície. O zinco na parte superior impede a corrosão mais profunda e, portanto, é muito resistente à oxidação atmosférica.
2. Reatividade com ácidos:
Ácidos diluídos, como o ácido clorídrico (HCl), podem reagir facilmente com o zinco para liberar gás hidrogênio (H₂). Portanto, essa propriedade torna o zinco útil na galvanização e nos ânodos de sacrifício para proteção contra a corrosão.
3. Natureza anfotérica:
O zinco é anfotérico e pode ser afetado tanto por ácidos quanto por bases fortes. Por exemplo, ele reage com hidróxido de sódio (NaOH) para dar zincato de sódio.
4. Formação de ligas:
O zinco se liga facilmente a vários metais, incluindo o cobre, para produzir latão, alumínio, magnésio e muitos outros metais.
5. Estados de oxidação:
O estado de oxidação +2 (Zn²⁺) do zinco é o mais comum. Esse estado de oxidação é combinado com compostos de zinco, como o óxido de zinco (ZnO) e o sulfato de zinco (ZnSO₄).
6. Resistência à água:
A água pura não reage com o zinco em temperatura ambiente, mas em temperaturas mais altas, o zinco pode reagir com ela, formando lentamente gás hidrogênio e óxido de zinco.
7. Atividade galvânica:
O material do ânodo, o zinco, é muito eficaz porque perde elétrons rapidamente em células galvânicas (baterias).
Zinco versus outros materiais em aplicações automotivas
Diferentemente do alumínio, do magnésio, do plástico ou do aço, a fundição sob pressão de zinco tem várias vantagens. O zinco se destaca por seu desempenho e custo fundamentais no design automotivo e, embora cada material possa ter seu lugar no design automotivo, o zinco é particularmente eficaz nesses parâmetros.
Zinco versus alumínio:
Em uma forma que geralmente é selecionada por seu peso leve, o alumínio é muito fraco e muito macio em baixas espessuras em comparação com o zinco. Além disso, o zinco oferece melhor estabilidade dimensional e as geometrias complexas adicionais não exigem usinagem extensiva. As ferramentas para esse tipo de fundição também tendem a durar mais tempo, o que significa que os custos de produção de longo prazo são menores.
Zinco versus magnésio:
O zinco é mais leve que o magnésio, mas é mais caro quando comprado sem revestimento especial. Entretanto, as ligas de zinco oferecem excelente resistência à corrosão e não requerem nenhum tratamento de superfície adicional para torná-las resistentes na maioria dos ambientes. Além disso, o zinco fundido proporciona melhor precisão e acabamento de fundição.
Zinco versus plástico:
Entretanto, o plástico é leve, barato, mas comparativamente mais fraco, não resiste muito bem a temperaturas e é menos durável que o metal. Os componentes de zinco que resistem ao desgaste, ao impacto ou à carga são uma alternativa sólida quando a integridade estrutural, a vida útil e a resistência a danos causados por impacto ou desgaste são importantes, especialmente quando há movimentação ou transporte de carga.
Zinco versus aço:
O aço é um bom material, forte e muito comumente usado em aplicações estruturais, mas é muito mais pesado e, em muitos casos, mais caro para ser moldado em formas mais robustas. A fundição sob pressão de zinco, por produzir peças com formato próximo ao natural e com o mínimo de pós-processamento, é adequada para a produção de componentes de pequeno e médio porte.
Em geral, o zinco oferece um bom equilíbrio entre resistência mecânica, custo, conformabilidade e acabamento de superfície e, portanto, é um excelente material para peças automotivas, independentemente de sua função.
Tabela de resumo das principais propriedades do zinco
| Propriedade | Valor/Comportamento |
| Aparência | Prata azulado metálico |
| Densidade | 7,14 g/cm³ |
| Ponto de fusão | 419,5°C (787°F) |
| Ponto de ebulição | 907°C (1665°F) |
| Dureza (Escala de Mohs) | 2.5 |
| Condutividade elétrica | Bom |
| Estrutura cristalina | Hexagonal Close-Packed (hcp) |
| Estado de oxidação comum | +2 |
| Reatividade | Reage com ácidos e bases |
| Resistência à corrosão | Alta (forma óxido protetor) |
Aplicações da fundição sob pressão de zinco na fabricação de automóveis
Uma grande variedade de componentes para veículos pode ser processada por meio de fundição de zinco. Alguns deles são os mais comuns, como
1. Componentes internos:
- Maçanetas das portas
- Hardware do cinto de segurança
- Alavancas de controle do painel de instrumentos
- Botões e interruptores do sistema HVAC
Os componentes dessas peças são de alta precisão, a sensação tátil precisa ser boa e o encaixe precisa ter um ótimo acabamento. A capacidade do zinco de fornecer detalhes finos de superfície e precisão dimensional é adequada para essas peças que são visíveis e usadas com frequência.
2. Componentes externos:
- Emblemas e logotipos
- Travas da porta e do porta-malas
- Suportes de espelho
- Componentes do sistema do limpador
Como o ruído, no entanto, geralmente indica a causa do ruído e a localização de sua causa não é tão importante quanto o próprio ruído, a resistência à corrosão e a força são usadas para uso após a exposição ambiental e conferem aparência e função.
3. Componentes sob o capô:
- Peças do carburador
- Peças do sistema de combustível
- Corpos de válvulas
- Tampas da correia dentada
A estabilidade térmica, a força e a resistência ao desgaste são essenciais para essas peças. Geometrias complexas, tolerâncias de alta precisão e aplicações de sistemas de motores fluidos são obtidas por meio da fundição de zinco.
4. Partes estruturais:
- Suportes
- Placas de montagem
- Suportes do chassi (em veículos menores)
Embora não sejam usados para estruturas de suporte de carga primária, os componentes de zinco têm rigidez e propriedades mecânicas confiáveis que os tornam úteis em estruturas e montagens de suporte.
A flexibilidade do zinco atende aos requisitos de decoração e funcionalidade em todas as classes de veículos. Devido à sua capacidade de cortar o pós-processamento, a blindagem EMI e a consolidação de componentes, a fundição sob pressão de zinco se estende a cada vez mais plataformas elétricas e convencionais.
Vantagens da fundição sob pressão em relação a outros materiais de fundição sob pressão
Embora o alumínio e o magnésio também tenham sido usados no setor automotivo, o zinco tem uma vantagem:
| Propriedade | Zinco | Alumínio | Magnésio |
| Ponto de fusão | ~420°C | ~660°C | ~650°C |
| Vida útil das ferramentas | Mais de 1.000.000 de fotos | ~100.000 fotos | ~150.000 fotos |
| Resistência em paredes finas | Alta | Médio | Baixa |
| Resistência à corrosão | Excelente | Moderado | Ruim sem revestimento |
| Eficiência de custo | Alta (grandes volumes) | Médio | Baixo (liga cara) |
É fácil perceber que, para componentes de pequeno e médio porte nos quais a precisão e a resistência são de grande importância, a fundição sob pressão de zinco é uma opção muito boa.
Desafios na fundição sob pressão de zinco
A fundição sob pressão de zinco tem algumas desvantagens:
Peso:
O zinco é muito pesado para ser usado em chassis de veículos elétricos e outras aplicações em que a redução de peso é fundamental, pois é mais pesado que o alumínio ou o magnésio.
Propriedades térmicas:
A condutividade térmica do zinco é menor do que a do alumínio, portanto, não é adequado para peças de dissipação de calor, como radiadores de motor.
Limitações de tamanho:
Por exemplo, as ferramentas não podem ser usadas para fundir componentes muito grandes, e podem ocorrer defeitos de solidificação.
Sim, com engenharia inteligente e design de material híbrido, a maioria desses desafios pode ser resolvida.
Fatores ambientais e de sustentabilidade
A fundição sob pressão de zinco se destaca porque o setor automotivo global se inclina para práticas mais ecológicas.
100% Reciclabilidade:
Os resíduos de fundição de zinco são coletados e retrabalhados sem qualquer degradação.
Eficiência energética:
Como o alumínio tem uma temperatura de fusão muito mais alta, o consumo de energia é significativamente menor do que com o alumínio.
Longa vida útil da ferramenta:
Ele prolonga a vida útil da matriz, diminuindo a frequência de substituição da ferramenta, o que significa menos desperdício e tempo sem produção.
Como resultado, as empresas que trabalham para atender a regulamentações ambientais mais rigorosas são atraídas pelo zinco, pois ele é uma excelente opção que não compromete a qualidade nem o desempenho.
Inovações e tendências futuras
Tecnologia Thin-Wall:
Os moldes que foram avançados e as ligas de zinco mais fluidas agora permitem peças com paredes extremamente finas, reduzindo o peso sem perder a resistência.
Montagens híbridas:
Além disso, as peças de zinco estão sendo cada vez mais usadas em combinação com plásticos ou outros metais para peças multifuncionais.
Veículos elétricos (EVs):
Os EVs precisam de componentes compactos e robustos para carcaças de baterias, sistemas de controle e conectores, e o zinco está se mostrando promissor devido à sua precisão e como metal de proteção contra EMI (interferência eletromagnética).
Ferramentas inteligentes:
Na produção em massa, o uso de IA e aprendizado de máquina para manutenção de matrizes também ajuda a reduzir a vida útil e os defeitos das matrizes.
Conclusão
Fundição sob pressão de zinco é mais do que um método de fabricação; é uma estratégia vencedora para alcançar a vantagem competitiva automotiva. Ela apresenta uma combinação ideal em termos de resistência mecânica, flexibilidade de projeto, eficiência de custo e sustentabilidade. Como os veículos estão se tornando mais leves, mais ecológicos e mais sofisticados, a fundição sob pressão de zinco tem um papel importante a desempenhar como a próxima geração de componentes automotivos. O zinco tem um uso enorme, desde pequenas maçanetas internas até poderosas estruturas sob o capô na fabricação de automóveis. Quando as inovações continuarem a refinar sua aplicação, os próximos anos proporcionarão uma adoção ainda mais ampla em plataformas de veículos convencionais, híbridos e elétricos.