O setor de máquinas de fundição sob pressão está crescendo inesperadamente, de US$ 3.633,6 milhões em 2018 para US$ 4.978,7 milhões em 2026. Entre vários métodos de fabricação, a fundição sob pressão é um processo de alta velocidade que cria peças complexas e de qualidade padrão em grandes quantidades.
Os materiais de fundição comuns usados nos métodos de fundição sob pressão são geralmente ligas de zinco e alumínio. Cada material metálico tem propriedades distintas que afetam o resultado geral.
O zinco e o alumínio são amplamente utilizados em aplicações elétricas, automotivas, aeroespaciais, industriais, farmacêuticas e robóticas devido à sua força, peso, resistência à corrosão e pontos de fusão.
Selecionar a opção de material adequada entre eles pode ser uma etapa assustadora para empresas iniciantes que não estão cientes de suas características exclusivas. Portanto, discutiremos as especificidades do zinco versus alumínio neste artigo para que você possa obter detalhes abrangentes, incluindo aplicações e variações em ambos os processos.
Propriedades do material
Fundição sob pressão de zinco pode ser comparado à fundição sob pressão de alumínio, pois é produzido por meio de etapas de fabricação semelhantes. No entanto, suas propriedades e características estruturais são distintas uma da outra, pois cada metal forma a base dessas diferenças.
Let’s further dive into the differences between aluminum and zinc material properties based on the following comparison:
- Ponto de fusão
- Densidade e peso
Ponto de fusão
Em comparação com suas propriedades gerais, ligas de alumínio têm uma faixa de ponto de fusão mais alta, de 566 a 650 °C (950 a 1200 °F), enquanto o ponto de fusão do material de zinco fica em torno de 420 °C (788 °F). Portanto, cada material se mostra eficaz para fabricações usadas em condições de alta temperatura.
Densidade e peso
As ligas de zinco têm uma densidade melhor e um peso maior do que o alumínio, que é de cerca de 7,140 g/cm3, enquanto o alumínio menos denso é de cerca de 2,7 g/cm³. Isso sugere que o peso é uma consideração importante ao selecionar os materiais certos para suas aplicações pretendidas.
Impacto sobre a resistência, a ductilidade e a estabilidade dimensional
Ductilidade e resistência são propriedades vitais dos materiais, influenciadas por sua densidade e ponto de fusão. As ligas de alumínio são mais leves e têm um ponto de fusão baixo, o que as torna uma combinação de materiais fortes e dúcteis. Por meio do processo de fundição sob pressão, elas podem ser facilmente moldadas sem quebrar, o que as torna adequadas para aplicações em aeronaves e peças automotivas em que tanto a resistência quanto a durabilidade são importantes.
As ligas de zinco são pesadas e menos dúcteis, o que pode causar rachaduras sob tensão durante a fabricação. Esse tipo de material é perfeito para a produção de peças de formato complexo, mas poderia ser melhor para aplicações que exigem alta flexibilidade.
A resistência à corrosão
O material de alumínio forma uma fina camada de óxido para eliminar a corrosão adicional e torná-lo resistente à ferrugem. Esse recurso é útil, especialmente em aplicações externas e marítimas que estão frequentemente em contato com a umidade.
Entretanto, a liga de zinco também é enriquecida com excelente resistência à corrosão. Ela é frequentemente usada como revestimento para proteger o aço da ferrugem e forma uma camada protetora quando exposta à atmosfera. Esses tipos de materiais são amplamente úteis em aplicações de construção e automotivas.
Condutividade térmica
As ligas de alumínio são conhecidas por sua excelente condutividade, que é de cerca de 237 W/mK, especialmente para fins elétricos e aplicações de dissipadores de calor e radiadores. A condutividade térmica das ligas de zinco é aproximadamente igual a 116 W/mK. Apesar de sua condutividade mais baixa, é ideal para algumas aplicações de maçanetas e puxadores de portas, conchas isoladas e outras peças com dissipação de calor controlada.
Processo de fundição de zinco e alumínio
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.
Fundição sob pressão em câmara quente para zinco
A fundição em câmara quente é uma abordagem específica amplamente usada para a fundição de zinco. Durante esse estágio, a máquina de fundição sob pressão é usada com uma câmara anexa onde uma liga é derretida. Em seguida, um êmbolo é usado para forçar o zinco derretido a entrar em um molde, que pode esfriar e solidificar.
Vantagens da fundição sob pressão de zinco em câmara quente
Um dos benefícios iniciais da fundição de zinco em câmara quente é o tempo de ciclo mais rápido. Nesse método, o metal é mantido fundido dentro da máquina, eliminando o equipamento de fusão externo. Isso acelera o processo, reduz os custos de produção e aumenta os resultados. Além disso, a liga de zinco requer temperaturas e pressões operacionais mais baixas, o que torna o processo de fundição mais barato e econômico.
Fundição sob pressão em câmara fria para alumínio
O processo de fundição sob pressão em câmara fria é ideal para metais com pontos de fusão mais altos que exigem resistência máxima, como o alumínio. Esse processo envolve a máquina que coloca o metal fundido em uma manga de injeção. Assim, ele é forçado a entrar no molde a pressões que podem ultrapassar 10.000 PSI usando um êmbolo acionado hidraulicamente.
Vantagens da fundição sob pressão em câmara fria
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.
Comparação do tempo de ciclo
O tempo de ciclo ou a velocidade na qual as peças fundidas podem ser produzidas varia entre a fundição em câmara quente e a fundição em câmara fria. A fundição em câmara quente normalmente se refere a um tempo de ciclo mais curto em comparação com a fundição em câmara fria. Devido ao estado fundido do zinco e ao seu ponto de fusão mais baixo, ele está pronto para ser injetado na matriz. Por exemplo, a fundição em câmara quente pode criar 15 injeções por minuto. Como a fundição em câmara fria exige etapas adicionais para derreter e transportar o metal, ela pode produzir de 5 a 7 disparos por minuto.
A diferença no tempo de ciclo afeta diretamente os custos de fabricação. Os tempos de ciclo mais rápidos da fundição em câmara quente reduzem os custos de mão de obra e energia, tornando-a uma opção mais econômica para a produção de grandes quantidades de peças de zinco de pequeno a médio porte.
Para a fundição em câmara fria, seu tempo de ciclo mais lento é compensado por sua capacidade de produzir peças complexas de alumínio de alta qualidade com melhores propriedades mecânicas.
Complexidade de fundição e seções de paredes finas
As técnicas de fundição sob pressão em câmara quente e fria podem produzir formas complexas e seções de paredes finas.
No entanto, devido à fluidez do zinco fundido e ao controle preciso do processo de injeção, a fundição em câmara quente é ideal para criar componentes de zinco complexos com paredes finas.
Por outro lado, a fundição em câmara fria, embora tenha um tempo de ciclo mais curto, é excelente na produção de peças complexas de alumínio. Ela permite a criação de projetos detalhados e intrincados com excelente estabilidade dimensional.
Considerações sobre o projeto Fundição de zinco e alumínio
Ao criar peças para fundição sob pressão, vários fatores devem ser considerados, como as propriedades do material e o processo de fundição. Esses elementos influenciam significativamente os resultados finais e podem afetar aspectos como espessura da parede, tolerância do ângulo de inclinação e acabamento da superfície.
Propriedades dos materiais e processos de fundição
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.
Fundição sob pressão de alumínio O uso do processo de câmara fria oferece força e resistência ao calor superiores, tornando-o ideal para peças que exigem durabilidade e precisão.
Espessura mínima da parede
A fundição sob pressão de liga de zinco pode produzir paredes extremamente finas, de até 0,25 mm, devido às suas temperaturas operacionais mais baixas e excelentes características de fluidez. O alumínio também pode produzir paredes finas, normalmente exigindo uma espessura mínima de parede de cerca de 1,5 mm. Isso garante a integridade estrutural durante o processo de fundição.
Ângulos de inclinação
Os ângulos de inclinação ajudam a remover facilmente as peças fundidas da matriz. Um ângulo de inclinação de 0,75 a 1 grau geralmente é suficiente para o zinco devido às suas propriedades de contração. Enquanto isso, as peças de alumínio exigem ângulos de inclinação um pouco maiores, de 1 a 2 graus, para compensar sua maior contração de solidificação.
Tolerância alcançável
A fundição sob pressão de zinco pode produzir peças com tolerâncias tão estreitas quanto ±0,02 mm por meio de seu processo de fundição em câmara quente. Na fundição sob pressão de alumínio, as tolerâncias alcançadas podem ser de ±0,05 mm, o que a torna perfeita para aplicações de alta precisão.
Acabamentos de superfície
A qualidade do acabamento da superfície é um fator crucial para as considerações de projeto. A fundição sob pressão de zinco geralmente apresenta acabamentos mais suaves, minimizando os defeitos de superfície devido à sua temperatura de fusão mais baixa e ao método de câmara quente. A fundição sob pressão de alumínio pode alcançar excelentes acabamentos de superfície, que podem ser ligeiramente mais ásperos do que os de zinco. Isso pode ser adequado para aplicações industriais e pode ser aprimorado ainda mais com o processo de polimento e anodização após a fundição.
Aplicações de zinco e alumínio em fundição sob pressão
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.
Custo-benefício e força do zinco
A relação custo-benefício da liga de zinco e sua excelente fluidez a tornam ideal para a criação de componentes de hardware, como fechaduras, dobradiças e suportes. Essas peças podem ser produzidas com desenhos intrincados e detalhes finos utilizando o zinco devido aos seus custos mais baixos de material e produção.
Requisitos de peso leve e resistência do alumínio
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.
Força e resistência à corrosão do zinco
A liga de zinco é a escolha perfeita para a produção de componentes de encanamento, como válvulas de encaixe e conectores. Ela tem força e resistência à corrosão superiores. As aplicações precisam que esses componentes resistam a ambientes agressivos e à umidade, garantindo confiabilidade e durabilidade a longo prazo.
Acabamento da superfície do alumínio
A fundição sob pressão de alumínio é frequentemente escolhida para proporcionar a estética e o acabamento de superfície primordiais nas aplicações, que também podem incluir revestimentos e processos de anodização. Essas aplicações incluem produtos eletrônicos de consumo, utensílios de cozinha e elementos arquitetônicos de alta qualidade.
Escolhendo entre fundição sob pressão de zinco e alumínio
Principais considerações
Ao escolher o material preferido entre zinco e alumínio, vários fatores importantes devem ser considerados. Esses fatores podem envolver:
- Volume de produção
- Complexidade da peça
- Restrições de custo
- Requisitos funcionais
- Impacto ambiental
Volume de produção
O volume de produção afeta diretamente a eficiência dos custos. O zinco fundido sob pressão é a escolha perfeita para a produção de grandes volumes. Ele tem um tempo de ciclo mais rápido e é mais econômico para grandes quantidades. Seu ponto de fusão mais baixo e a solidificação mais rápida minimizam o consumo de energia e o desgaste da máquina.
Por outro lado, a fundição sob pressão de alumínio é cara, oferecendo melhor desempenho para volumes menores. As propriedades superiores desse material o tornam a melhor opção para aplicações especializadas e de baixo volume.
Complexidade da peça
As ligas de zinco podem produzir com excelência projetos complexos e seções de paredes finas com alta precisão para atender aos requisitos de componentes detalhados. Alumínio ou alumínioA liga de zinco, devido ao seu ponto de fusão e viscosidade mais altos, pode lidar com peças complexas, exigindo um controle cuidadoso do processo de fundição. No entanto, isso pode limitar sua capacidade de gerar peças extremamente complexas em comparação com a liga de zinco.
Restrições de custo
Os recursos do ponto de fusão mais baixo do zinco e o tempo de ciclo rápido normalmente resultam em custos de produção mais baixos. Isso o torna uma opção econômica para projetos sensíveis ao orçamento. A fundição sob pressão de alumínio consome muita energia e oferece um tempo de ciclo mais longo, o que gera despesas adicionais. É mais caro do que o zinco, embora ofereça benefícios em termos de resistência e peso, justificando seu custo em aplicações em que esses fatores são necessários. molde de fundição sob pressão custo.
Requisitos funcionais
Escolha o zinco para produzir aplicações que precisam de propriedades mecânicas robustas e alta resistência à corrosão, como componentes de encanamento e ferragens. Enquanto isso, o alumínio é um material leve com características de resistência excepcionais que o tornam crucial para aplicações automotivas e aeroespaciais.
Impacto ambiental
O impacto ambiental tem se tornado um fator mais significativo com o passar do tempo. Entretanto, tanto o zinco quanto o alumínio são materiais altamente reciclados e ajudam a minimizar as pegadas ambientais. Além disso, a reciclagem do alumínio consome mais energia em comparação com a reciclagem do zinco, o que pode ser uma consideração para projetos ecologicamente conscientes.
Tomando a decisão
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
Uma matriz de decisão pode ser usada para determinar sistematicamente o material certo, ponderando vários fatores com base nas prioridades do projeto. Essa matriz ajuda a avaliar as vantagens e desvantagens e a tomar uma decisão informada.
Exemplo de matriz de decisão
|
Critérios |
Peso |
Pontuação de zinco |
Pontuação de alumínio |
Pontuação total de zinco |
Pontuação total de alumínio |
|
Custo |
0.3 |
8 |
5 |
2.4 |
1.5 |
|
Peso |
0.2 |
5 |
8 |
1.0 |
1.6 |
|
Força |
0.2 |
7 |
8 |
1.4 |
1.6 |
|
Complexidade da peça |
0.2 |
9 |
7 |
1.8 |
1.4 |
|
Impacto ambiental |
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.
Prototipagem
A prototipagem é fundamental para verificar os projetos e a adequação do material antes da produção em escala real. Ela permite testar e validar o desempenho do material escolhido em condições normais. Esse processo permite identificar os possíveis problemas e fazer os ajustes necessários para que o produto final atinja um padrão mais elevado.
Conclusão
Essa comparação entre a fundição sob pressão de alumínio e a fundição sob pressão de zinco sugere a escolha inteligente das opções de materiais preferidos com base em suas características. O processo de fundição para ambos os materiais é adequado para fabricações semelhantes, mas o zinco oferece custo-benefício e tempos de ciclo mais rápidos para produzir um grande volume de peças complexas. Entretanto, o alumínio é preferido por sua resistência leve e é ideal para aplicações automotivas e aeroespaciais. Ambos os materiais são altamente recicláveis, sendo que o zinco é mais eficiente em termos de energia na reciclagem.