Tecnologias e materiais emergentes são constantemente incorporados ao setor de construção para ajudar os campos em constante evolução com necessidades de sustentabilidade, precisão, durabilidade e eficiência de custos. A fundição sob pressão de zinco é um dos processos de fabricação menos comumente destacados, mas extremamente importante, que contribui significativamente para o mundo. Fundição sob pressão de zinco é conhecido como tal nos setores automotivo e eletrônico; no entanto, devido aos seus muitos benefícios, seu uso no setor de construção civil está se tornando mais evidente

Neste artigo, exploramos mais detalhadamente a fundição de zinco sob pressão, atendendo às suas necessidades de aplicações de fundição de zinco sob pressão no setor de construção, seus benefícios, prós e contras em comparação com outros métodos de fabricação e o futuro do processo de fundição de zinco sob pressão.

O que é fundição sob pressão de zinco?

A fundição de zinco sob pressão é um processo de fabricação de precisão no qual o zinco fundido é forçado a entrar em um molde de aço, uma matriz (onde "matriz" também é uma gíria para mentira), sob alta pressão. A matriz é aberta e a peça é ejetada quando solidificada para produzir uma peça de metal muito precisa, repetível e complexa.

Zamak 3, Zamak 5, ZA-8 são ligas de zinco usadas em fundição sob pressão devido à sua força, fluidez, resistência à corrosão e boa estabilidade dimensional. As propriedades do zinco o tornam uma ótima opção para uso na fabricação de peças metálicas de pequeno e médio porte com geometria complexa.

Por que a fundição sob pressão de zinco na construção?

Os materiais e componentes criados pelo setor de construção devem ser resistentes, duráveis, econômicos e esteticamente atraentes. Há muitas maneiras de a fundição de zinco atender a esses critérios:

1. Confiabilidade estrutural:

A resistência à tração e a ductilidade proporcionam um bom equilíbrio para que as ligas de zinco sejam usadas em aplicações de suporte de carga ou de alta precisão na construção.

2. Flexibilidade de design:

Com o mínimo ou até mesmo sem usinagem, essas formas podem ser fabricadas, como formas complexas, incluindo aquelas com paredes finas e detalhes minuciosos.

3. Resistência à corrosão:

Esses componentes de zinco são naturalmente protetores contra a degradação ambiental, adequados para componentes de construção internos e externos.

4. Qualidade do acabamento da superfície:

O diecast de zinco tem um acabamento de superfície liso que pode ser deixado como está ou que requer muito pouco pós-processamento, no qual a tinta, os revestimentos e a galvanização aderem bem.

5. Viabilidade econômica

O zinco tem um ponto de fusão baixo, em torno de 420 °C, o que reduz o consumo de energia e as matrizes de aço têm vida útil suficiente para produzir grandes volumes a um custo unitário menor.

História da fundição sob pressão de zinco no setor de construção

Início das atividades

A fundição sob pressão de zinco existe desde o início do século XX, pois seu baixo ponto de fusão e sua perfeita fluidez são o que o torna o material perfeito para o processo. Os setores em que a tecnologia de fundição sob pressão foi encontrada inicialmente foram os de bens automotivos e eletrônicos; no entanto, o zinco começou a ser percebido como um bom material para uso no setor de construção em meados do século XX.

Meados do século XX

Durante as décadas de 1940 e 1950, os componentes de zinco fundido sob pressão, incluindo ferragens de portas, fechaduras de janelas e sistemas de ventilação, tornaram-se comuns em edifícios residenciais e comerciais. A tendência do zinco à corrosão e sua resistência eram ideais para uso em aplicações de construção ao ar livre.

Final do século XX

Nas décadas de 1970 e 1980, a fundição sob pressão de zinco foi amplamente usada para componentes de construção que não eram apenas funcionais, mas também decorativos. Os produtos recicláveis e econômicos eram uma boa opção para a tendência de materiais de construção sustentáveis. Os avanços na produção de máquinas de fundição sob pressão tornaram-na mais rápida e precisa.

Século XXI

A fundição sob pressão de zinco é necessária na construção moderna de hoje. A impressão 3D e as máquinas automatizadas, etc., melhoraram a produção, e agora os componentes de construção se tornaram mais personalizados e ecologicamente corretos. Em vez de ser um dos metais tóxicos muito comuns na Europa, o zinco ainda está sendo amplamente usado em sistemas de ferragens, telhados, drenagem e ventilação porque é forte, durável e sustentável.

Propriedades de fundição sob pressão que tornam o zinco ideal

Antes de entrar no nível industrial da fundição sob pressão de zinco, precisamos saber por que esse material é escolhido para a fundição sob pressão:

1. Seu ponto de fusão é baixo (~420°C): Reduz o consumo de energia, acelera o ciclo de produção e aumenta a vida útil da ferramenta.
2. Alta fluidez: Permite a fundição de paredes finas e geometrias detalhadas.
3. Excelente resistência: Enorme relação entre resistência e peso para morder sem volume.
4. Acabamento da superfície: O acabamento superior da superfície também reduz os requisitos de pós-processamento e permite a aplicação de revestimento ou pintura.
5. Longevidade do zinco: O zinco não sofre corrosão, o que significa que os produtos têm longevidade.
6. Favorável ao meio ambiente: O zinco é 100% reciclável e apoia a boa fabricação circular.

Processo de fundição sob pressão de zinco: Passo a passo

Se fabricantes, engenheiros ou estudantes quiserem entender como funciona esse método de fabricação de alto desempenho, é importante compreender o processo passo a passo. A seguir, apresentamos uma descrição completa e passo a passo de cada fase do processo de fundição de zinco.

Etapa 1: Projeto e fabricação do molde (matriz)

Objetivo: Ele é usado para produzir uma ferramenta precisa (matriz) usada para definir o formato do produto final.

• Modelagem CAD:  Primeiro, o componente é projetado em 3D pelos engenheiros usando um software de CAD (desenho assistido por computador).
• Fabricação de ferramentas: De acordo com o projeto, são usinadas duas metades do molde de aço feito (matriz), uma tampa e uma matriz ejetora.
• Canais de resfriamento e ejeção: Corredores, respiros, linhas de resfriamento e pinos de ejeção fazem parte do molde que tem a ver com o fluxo de metal e a remoção de peças.

Observação:  O aço endurecido para ferramentas produz matrizes, que depois se desgastam e produzem centenas de milhares a milhões de peças.

2. Preparação da liga de zinco

Objetivo: Para verificar se a liga de zinco está na composição e na temperatura corretas.

• Seleção de liga de zinco: As ligas comuns para Zamak 3, Zamak 5 e ZA 8 são selecionadas com base na força, fluidez e resistência à corrosão, respectivamente.
• Derretimento: O zinco é derretido em um forno a cerca de 380-420°C (716-788°F).
• Monitoramento de temperatura: Se a liga não for mantida em uma temperatura estável, ela não conseguirá manter a qualidade e desenvolverá defeitos.

Etapa 3: Configuração da máquina de fundição sob pressão

Objetivo: Para que a operação seja rápida e precisa, esteja pronto na máquina.

Os tipos de máquinas de fundição sob pressão de zinco são principalmente dois:

1. Máquinas de câmara quente (mais comuns para zinco)

• Além disso, o sistema de injeção é submerso em zinco fundido.
• Mais rápido e com maior eficiência energética para o zinco, devido ao seu baixo ponto de fusão.

2. Máquinas de câmara fria

• O calor sai e é conduzido para uma câmara separada com metal fundido.
• É mais comum em metais como alumínio ou magnésio.

A escolha geral para a fundição de zinco é uma câmara quente, por causa da velocidade e da simplicidade.

Etapa 4: Injeção (preenchimento da matriz)

Objetivo: Ele é usado para preencher a cavidade do molde com zinco fundido sob alta pressão.

• Fixação: Para evitar vazamentos, as metades da matriz são fechadas com alta força.
• Injeção: O zinco fundido é forçado (de 1.500 a 25.000 psi) para dentro da cavidade da matriz por um êmbolo.
• Tempo de preenchimento: Com milissegundos para preencher a cavidade, há um grande nível de precisão, além de porosidade mínima.

Resultado: A moldagem de zinco fundido com qualquer um desses detalhes intrincados resulta no formato exato do molde.

Etapa 5: Resfriamento e solidificação

Objetivo: Para permitir que o zinco se torne uma peça sólida quando fundido.

• Tempo de resfriamento:  Normalmente, é de 1 a 10 segundos, com base no tamanho e na espessura da parede da peça.
• Resfriamento interno: A solidificação é auxiliada por canais de água na matriz.
• Gerenciamento térmico: O resfriamento adequado evitará encolhimento, deformação ou estresse interno.

Essa etapa serve para garantir que a peça endureça uniformemente e que as dimensões sejam mantidas.

Etapa 6: Abertura e ejeção do molde

Objetivo: Isso permite a remoção da peça fundida com segurança da matriz.

• Abertura do molde: Após o resfriamento da peça, ela se separa em duas metades.
• Pinos de ejeção: Empurre mecanicamente a peça fundida solidificada para fora da cavidade da matriz.
• Remoção automatizada:  Para operações de volume muito alto, a coleta das peças pode ser feita por robôs ou por um transportador.

A ejeção não suave pode danificar a peça ou a matriz, portanto, o tempo e o projeto da matriz são essenciais.

Etapa 7: Corte e rebarbação

Objetivo: Para garantir que não haja excesso de material (flash) da fundição.

Flash: Excesso de metal de natureza fina que vaza para as linhas de separação ou aberturas da matriz.

Métodos de corte:

• Cisalhamento mecânico
• Tombamento vibratório
• Usinagem CNC para tolerâncias rígidas

Corte automatizado de prensas: Usado com frequência para lotes grandes e velocidade, para obter consistência.

A peça final deve então atender às especificações dimensionais e ao padrão estético, e essa etapa garante que isso aconteça.

Etapa 8: Acabamento da superfície (opcional)

Objetivo: Assim, a aparência pode ser melhorada, ou a resistência à corrosão, ou a função.

Tipos de acabamento:

• Polimento ou lustro
• Pintura ou revestimento em pó
• Galvanoplastia (cromo, níquel, latão)
• Anodização (para compatibilidade de ligas)
• Texturização ou gravação

O acabamento de peças fundidas de zinco é especialmente adequado, pois as superfícies fundidas são lisas.

Etapa 9: Controle de qualidade e inspeção

Objetivo: Isso é para garantir que as peças atendam a todas as qualidades estéticas e técnicas necessárias.

• Verificações dimensionais: Usar paquímetros, micrômetros ou máquinas de medição por coordenadas (CMM).
• Inspeção da superfície: Defeitos como porosidade, rachaduras ou descoloração são verificados visualmente.
• Testes de desempenho: Pode ser de força, resistência à corrosão ou teste de estresse.

O setor de construção civil para aplicações de fundição sob pressão de zinco

Nas aplicações arquitetônicas e de construção, o papel da fundição sob pressão de zinco não poupa esforços, pois ela oferece vários benefícios na fabricação dos componentes usados. Mas essas peças são geralmente precificadas por sua resistência, durabilidade e apelo estético, com algumas peças sendo valorizadas por sua função e outras pela aparência. Veja a seguir as principais áreas em que a fundição sob pressão de zinco é empregada no setor de construção:

1. Hardware arquitetônico

Difundida em ferragens arquitetônicas, como maçanetas, fechaduras de janelas, dobradiças, trincos e suportes, a fundição de zinco é um dos tipos mais comuns de ferragens arquitetônicas. Para edifícios residenciais e comerciais, esses componentes são muito importantes em termos de funcionalidade e estética. A capacidade do zinco de dar formas precisas e intrincadas permite que os fabricantes produzam projetos complexos e é aí que ele funciona melhor, para ferragens decorativas. Além disso, a resistência à corrosão do zinco garante que essas peças terão uma vida útil longa em condições externas adversas.

Vantagens para aplicativos de construção:

• Alta relação resistência/peso
• Fácil de dar acabamento (galvanização, pintura)
• Longa vida útil devido à resistência à corrosão

2. Acessórios e fixadores de construção

Os acessórios e fixadores essenciais para construção também são fabricados com fundição sob pressão de zinco. Eles incluem parafusos, cavilhas, porcas e grampos. Devido à resistência natural do zinco à ferrugem e à corrosão, ele é uma escolha natural em aplicações externas e internas. Os fixadores de zinco fundido sob pressão são componentes confiáveis quando se trata de fixar elementos em paredes, janelas e telhados, e são fáceis de manusear na construção.

Principais benefícios:

• Excelente resistência à corrosão (para uso externo)
• Boa fluidez para formas complexas
• Econômico para produção em massa

3. Sistemas de drenagem

A fundição sob pressão de zinco é ocasionalmente usada no setor de construção civil na fabricação de sistemas de drenagem, como calhas, algerozes e tampas de drenos. O zinco é um bom material para essas aplicações porque apresenta boa resistência à corrosão pela água e mantém sua forma ao longo do tempo. A resistência do zinco e a precisão da fundição sob pressão resultam em peças fundidas que são necessárias para a operação de sistemas de drenagem em um ajuste apertado e gerenciamento eficiente do fluxo de água.

Por que o zinco funciona bem?

• Resistência à corrosão em ambientes úmidos
• Durabilidade de longa duração
• Detalhamento da capacidade de projetar para criar designs complexos

4. Componentes do telhado e da ventilação

Vários componentes de telhado e ventilação, como rufos de telhado, tampas de ventiladores e tubos de drenagem, também são fabricados com zinco. A resistência natural do metal às intempéries e sua capacidade de sobreviver a uma ampla gama de condições ambientais diferentes fazem dele a escolha perfeita para componentes de construção usados externamente, por exemplo, que são propensos a ficar expostos à chuva, ao vento e a variações de temperatura. Na maioria dos casos, essas peças precisam ser projetadas para serem totalmente integradas à arquitetura do edifício; a precisão que o processo de fundição permite é geralmente considerável.

Por que ele é usado em telhados?

• Resistência às intempéries para desempenho de longo prazo
• Capacidade de permanecer intacto a longo prazo
• Peças funcionais e decorativas são possíveis com base na versatilidade estética.

5. Soluções de construção sustentáveis e com eficiência energética

Como o foco de uma construção com eficiência energética é cada vez maior, a fundição sob pressão de zinco contribui para isso. A grande capacidade de reciclagem do zinco também permite que os fabricantes reciclem sucata e qualquer outro material excedente, evitando o desperdício e reduzindo a necessidade de material virgem. Além disso, como o zinco é um material muito durável, todos os componentes duram mais e, portanto, é menos provável que precisem de substituição e manutenção, o que novamente contribui para a economia de custos durante a vida útil do edifício.

Benefícios de sustentabilidade:

• O zinco é 100% reciclável, reduzindo, portanto, o impacto sobre o meio ambiente, e tem uma longa vida útil; comparativamente, não é necessário substituir muitas peças com frequência.
• Processo de produção com alta eficiência energética em relação a outros metais, pois o metal é completamente evaporado no processo.

6. Componentes decorativos em edifícios

A fundição sob pressão de zinco também produz outras ferragens funcionais, bem como peças decorativas, incluindo medalhões, elementos ornamentais, ferragens para móveis e projetos arquitetônicos personalizados. Esses elementos frequentemente melhoram o aspecto do interior e do exterior do edifício, além de produzir resistência e utilidade. O processo de fundição permite que os projetistas criem produtos muito detalhados e visualmente atraentes que podem resistir ao uso.

Qualidades estéticas e funcionais:

• Flexibilidade de design para formas personalizadas
• Altamente durável, adequado para aplicações internas e externas
• Portanto, pode ser facilmente finalizado com chapeamento ou pintura para combinar com o estilo arquitetônico, ou entregue a fabricantes

Benefícios da fundição sob pressão de zinco em relação a outros métodos

Portanto, essa comparação explica por que a fundição sob pressão de zinco é frequentemente a melhor opção para pequenos componentes metálicos na construção.

Sustentabilidade e impacto ambiental

A reciclagem do zinco é totalmente possível. Entretanto, mais de 90% dos produtos de zinco fundido sob pressão podem ser recuperados e reutilizados sem degradação substancial das propriedades do material. De fato, isso está de acordo com a tendência mundial do setor de construção em direção a práticas e certificações verdes (entre elas LEED, BREEAM).

O zinco também tem um ponto de fusão relativamente baixo, o que permite que o recurso mineral seja processado de maneira mais eficiente, com menor gasto de energia em comparação com a produção de alumínio ou aço, reduzindo assim a pegada de carbono.

Desafios e considerações

A fundição sob pressão de zinco tem várias vantagens, mas há algumas desvantagens que devem ser observadas:

Limitação do tamanho do componente: Peças pequenas e médias são as melhores para fundição sob pressão de zinco. No caso de peças muito grandes, o alumínio ou algum outro material pode ser mais prático.

Custo do ferramental: O primeiro custo das matrizes de aço pode ser excessivo para pequenas séries de produção.

Resistência ao calor: Devido ao seu ponto de fusão mais baixo e à inadequação para aplicações de alta temperatura, as ligas de zinco não são adequadas para alguns ambientes.

No entanto, esses problemas são insignificantes em comparação com os benefícios dos casos relevantes.

Potencial futuro e inovações

De acordo com as ferramentas de design digital, os edifícios inteligentes e a construção modular no setor de construção, há uma necessidade de componentes metálicos altamente repetíveis e personalizáveis. Avanços como esses colocam a fundição sob pressão de zinco em uma posição privilegiada para atender a essa necessidade.

• Relevante para a redução do tempo e do custo de ferramental por meio da impressão 3D de insertos de matriz.
• Projeto de matriz baseado em simulação: Melhoria da qualidade e redução de defeitos.
• Materiais híbridos: Combinação de zinco com polímeros ou cerâmicas para melhorar o desempenho.
• Construção inteligente: Sensores e componentes eletrônicos incorporados em peças fundidas de zinco para tecnologias de construção inteligentes.

Além disso, a tendência de pré-fabricação e construção fora do local é uma direção que se encaixa na força da fundição de zinco em larga escala, fabricação de alta precisão.

Conclusão

A fundição sob pressão de zinco é uma tecnologia subutilizada e altamente valiosa para o setor de construção. Como tal, ela tem um equilíbrio de resistência, precisão, estética e sustentabilidade que a torna adequada para uma infinidade de aplicações em que há um interesse significativo, desde ferragens arquitetônicas até gabinetes elétricos e peças decorativas. Com a fundição sob pressão de zinco desempenhando um papel tão significativo tanto no passado quanto no presente e à luz da crescente importância da sustentabilidade e da relação custo-benefício na era atual do projeto arquitetônico e do setor de construção em geral, não há dúvida de que a fundição sob pressão de zinco assumirá um papel ainda maior no futuro da construção. O fato de ser capaz de atender a todos os requisitos modernos sem comprometer a qualidade ou os padrões ambientais faz com que seja uma escolha inteligente para construtores, arquitetos e fabricantes.

Perguntas frequentes 

1. Por que o zinco é o metal certo para a fundição sob pressão?

O motivo pelo qual o zinco é ideal para fundição sob pressão é que ele tem excelente fluidez, baixo ponto de fusão, alta resistência e bom acabamento superficial. Além disso, é totalmente reciclável, tem resistência natural à corrosão e é econômico e ecologicamente correto.

2. Em quais setores a fundição sob pressão de zinco é usada?

Devido à sua precisão, durabilidade e resistência à corrosão, a fundição de zinco é amplamente utilizada nos setores automotivo, eletrônico, de construção e de eletrodomésticos para a produção de peças como guarnições, carcaças, conectores e ferragens.

3. As peças fundidas de zinco são recicláveis?

Sim, as peças fundidas de zinco são recicláveis 100%. Isso é útil do ponto de vista ambiental e também econômico, pois permite que sucatas e peças defeituosas sejam fundidas novamente e reutilizadas sem deterioração da qualidade do material.