Zamak

El Zamak es una aleación a base de zinc esencialmente unido al mismo de aluminio , magnesio y cobre . Toma su nombre de las siglas en alemán de cada elemento utilizado en su composición: tinta Z , luminium A , gnesium MA y upfer K (cobre). Su densidad es de 6,700 kg / m 3 y su punto de fusión de 400  ° C .

Particularmente adecuadas para la fundición a presión, las aleaciones de zinc permiten obtener piezas delgadas y piezas de configuración compleja.

Las excelentes características mecánicas del Zamak, la muy buena moldeabilidad bajo presión, la estabilidad dimensional , la resistencia a la corrosión (la función principal del zinc es proteger el acero ) lo convierten en una aleación apta para la fabricación de piezas muy delgadas, de forma compleja, permitiendo altas tasas de producción, haciendo de esta aleación un componente técnicamente confiable y económicamente muy competitivo para los diseñadores de tecnología.

Las aleaciones de zinc son 100% reutilizables, sin pérdida de características mediante el reciclaje de productos al final de su vida útil. Contribuyen así al consumo racional de materias primas.

Zamak se utiliza en las siguientes industrias

Historia

El nombre comercial "Zamak" data de la primera patente (1926) presentada por August Heckscher y Stephen S. Palmer, directores de New Jersey Zinc Company , más tarde Horsehead Corporation . Destaca la necesidad de utilizar zinc de alta pureza con una clasificación del 99,995% para la producción de estas aleaciones. Gracias a la incorporación de elementos como aluminio , cobre y magnesio , se optimizan las características mecánicas, dimensionales y de fundición .

El desarrollo de la composición química de las aleaciones de zinc es el resultado de una larga investigación que garantiza características aptas para múltiples aplicaciones. Cada uno de los componentes juega un papel fundamental y las cualidades que le confiere a la aleación le son específicas.

Si el zinc utilizado tiene demasiadas impurezas, puede deteriorarse con el tiempo. El zamak de la década de 1950 a menudo se convertía en polvo: hablamos de la plaga del zinc .

Composición

Según las normas AFNOR A 55-102 "Aleaciones de zinc en lingotes" y A 55-010 "Piezas fundidas a presión en aleaciones de zinc", la composición estandarizada de Zamak es:

- Para Z-A4 G (comercializado con el nombre Zamak 3): 3,9 a 4,3% de aluminio, 0 a 0,10% de cobre, 0,03 a 0,06% de magnesio, todo el resto de la aleación (es decir, 95,54% al menos) consiste en zinc

- Para Z-A4 U1 G (comercializado con el nombre Zamak 5): 3,9 a 4,3% de aluminio, 0,75 a 1,25% de cobre, 0,03 a 0,06% de magnesio, todo el resto de la aleación (al menos 94,39%) es zinc

Propiedades

Resistencia mecánica

A temperatura ambiente, el límite elástico de las aleaciones de zinc es mucho mayor que el de las aleaciones de aluminio y magnesio, así como el de los plásticos más resistentes. Las aleaciones de zinc pueden absorber una gran cantidad de energía al deformarse bajo el efecto de una tensión mucho mayor que la tensión máxima permitida.

Resistencia a la deformación

Las aleaciones de zinc se reconocen como materiales rígidos. Su resistencia al cizallamiento , torsión , flexión y compresión es alta. Estas propiedades combinadas con la resistencia mecánica del Zamak permiten reducir los volúmenes de las piezas a producir, ahorrando peso y espacio.

Resiliencia y ductilidad

La alta resistencia al impacto y la buena ductilidad son las cualidades intrínsecas de las aleaciones de zinc, cualidades que rara vez se encuentran en otras aleaciones de fundición producidas bajo presión. La ductilidad es importante en operaciones posteriores a la fundición, como remachado y prensado . La resistencia al impacto ( resiliencia ) permite el uso de aleaciones de zinc en condiciones de trabajo difíciles.

Dureza

Las aleaciones de zinc son más duras que las aleaciones de aluminio o magnesio. Los elementos adicionales como el cobre mejoran la resistencia al desgaste. Por tanto, las aleaciones de zinc se utilizan en aplicaciones de fricción bajo carga media donde las propiedades de fricción del Zamak permiten la producción de piezas sin recurrir a tratamientos superficiales . Por tanto, existen muchas aplicaciones en cerrajería o relojería.

Conductividad

Dado que las aleaciones de zinc conducen bien el calor y la electricidad, se pueden utilizar para producir disipadores de calor. La excelente fluidez (fluidez) de las aleaciones de zinc permite crear aletas de enfriamiento muy finas en las piezas. La conductividad eléctrica permite diseñar carcasas que cumplan con los requisitos electrónicos en cuanto a protección y apantallamiento electromagnético (EMI, RFI y ESD). 

Resistencia a la fatiga

La resistencia a la fatiga es un criterio importante en la elección de un material, siendo la falla por fatiga el caso más frecuente en las piezas mecánicas. Las aleaciones de zinc tienen una resistencia a la fatiga de siete a diez veces mayor que el plástico tipo ABS.

Arrastrarse

Todos los materiales fluidos. La fluencia es un fenómeno físico que provoca la deformación retardada irreversible de un material bajo tensión constante inferior al límite elástico del material, durante un tiempo suficiente. Las aleaciones de zinc, como todos los materiales, pueden presentar deformaciones cuando se someten permanentemente a un par elevado de "temperatura + tensión". En general, se debe prestar especial atención a usos por encima de 70  ° C , bajo estrés permanente. Para aplicaciones donde existe riesgo de fluencia , como la aplicación continua de fuerza a temperatura elevada, las aleaciones de zinc tienen una resistencia superior en comparación con los plásticos inyectados comunes. Esta propiedad permite utilizar aleaciones de zinc en caso de carga estática. Sin embargo, un diseño optimizado en términos de tensiones mínimas y un estudio en profundidad de las temperaturas aplicadas son necesarios para verificar la compatibilidad de las aleaciones de zinc con las especificaciones de la aplicación final.

Sellado contra fluidos presurizados

La salud del material de las piezas está relacionada en gran medida con el diseño del producto, la construcción adecuada del molde y el control de la inyección. Estos parámetros controlados permiten satisfacer las demandas de sellado de una pieza sometida a una presión determinada. Como ocurre con todos los materiales inyectados, plásticos o metálicos, existe un fuerte entretejido entre el diseño de la pieza y la optimización del relleno.

Capacidad de amortiguación

La capacidad de amortiguación de las aleaciones de zinc en términos de absorción de energía ( vibraciones mecánicas o naturales) es comparable a la de las aleaciones de magnesio y de cinco a diez veces mayor que la de las aleaciones de aluminio. Esta característica hace que las aleaciones de zinc sean una opción ideal para aplicaciones donde se requieren absorciones de vibraciones.

Resistencia a la corrosión

En ambientes interiores, las aleaciones de zinc se empañan. Este cambio de color corresponde a la formación de una película muy fina de óxido de zinc . Por tanto, no es necesario ningún tratamiento protector si no se busca un aspecto decorativo. El zinc se usa comúnmente para proteger el acero en exteriores ( galvanización ): pilones, techos, barandillas. En un ambiente exterior agresivo (tropical, petroquímico, marino), esta capa de óxido de zinc aparecerá en una forma blanquecina comúnmente llamada óxido blanco . Esta oxidación no altera las características mecánicas del Zamak de ninguna manera. Puede retrasarse mediante la aplicación de una pasivación . Las aleaciones de zinc no son atacadas por los hidrocarburos líquidos refinados, ni por los diversos combustibles gaseosos utilizados con fines domésticos, de ahí su uso para la fabricación de carburadores así como dispositivos destinados a la distribución de gas natural .

Otras propiedades

Todas las aleaciones de zinc, excepto ZA 27, se consideran "sin chispas". Son una alternativa perfecta y económica a los bronces en entornos potencialmente explosivos. Al ser el zinc no magnético , puede ser un material ideal en electrónica o para aplicaciones sensibles a perturbaciones magnéticas. 

Caracteristicas economicas

Las aleaciones de zinc son materiales técnicos, duraderos y económicos. Ningún otro tipo de aleación ofrece tal combinación de resistencia mecánica y reciclabilidad , en condiciones económicas competitivas.

Las características intrínsecas de Zamak permiten aprovechar las oportunidades de ahorro a lo largo de la vida útil de un producto.

Cuando nace un producto

Durante la vida de un producto

Con una cadena de suministro sencilla y segura. Las diversas aleaciones de zinc, pocas en número, están estandarizadas y, por lo tanto, son comercializadas por varios productores. Además, la excelente resistencia a la corrosión y al desgaste permite prever una larga vida útil (más de veinte años).

Cuando un producto muere

El zamak se puede reciclar al 100%, con un bajo gasto energético (baja temperatura de fusión). O el producto se recicla en Zamak sin perder sus características y así toma la forma de un nuevo producto, en pleno respeto del modelo cradle to cradle (o economía circular con impacto positivo). O el producto se recicla a través de una línea de destilación o una línea de producción de óxido . Esto ocurre cuando el contenido de ciertos elementos compositivos de la aleación obtenida supera los límites de la norma NF EN 1774 .

Creación de una pieza de Zamak

Co-diseño y distribución de la sala

Este paso se lleva a cabo en estrecha colaboración entre el fundador y el cliente para cumplir con los requisitos de las especificaciones, y los requisitos de la tecnología de fundición a presión de aleaciones de zinc. Esta definición funcional digitalizada, una vez redefinida, se utilizará para realizar estudios de herramientas. Este trabajo permite optimizar costos y hacer más confiable la producción del producto.

Creación de prototipos

El prototipado rápido de piezas de Zamak se lleva a cabo mediante el proceso de fundición al vacío denominado “ cera perdida ”  . El uso de la aleación ILZRO 12 permite obtener piezas cuyas propiedades mecánicas son muy cercanas a las de las aleaciones de zinc fundidas a presión, pero con menor precisión dimensional.

Diseño y producción de herramientas

El diseño de las herramientas se realiza en CAD 3D a partir de los elementos anteriores (DFN de la pieza y simulación de llenado). Un molde se puede dividir esquemáticamente en tres partes:

La realización se confía a especialistas. Se utilizan diferentes técnicas de mecanizado: fresado y torneado convencional, rectificado plano y cilíndrico, electroerosión por hundimiento o hilo; Fresado 3D en máquina herramienta de control numérico .

Prueba de moldeo, ajustes de máquinas de campana caliente

El molde se monta en la máquina de moldeo por inyección y el técnico realiza ajustes en la prensa. Él verifica:

Despalillado

El despalillado es la separación de la pieza y el resto de elementos que componen el "cluster": el sistema de alimentación, es decir todos los canales que permiten el llenado de la pieza, y los talones de lavado, una especie de bolsillos aguas abajo. parte, permitiendo recuperar óxidos y otras impurezas. Esta separación puede realizarse mecánicamente con una herramienta de corte, o bien manualmente, o incluso mediante un proceso a granel llamado "barril" donde la separación se realiza mediante la agitación de los racimos y luego requiere una clasificación para aislar las partes nobles de los residuos. reciclar.

Acabado, desbarbado

Se pueden aplicar varios procesos de acabado a las piezas en bruto:

Mecanizado

El buen diseño de la pieza, combinado con el proceso de inyección de aleación de zinc, da como resultado piezas con formas complejas, detalles precisos y un acabado superficial que permiten lograr ciertas roscas y roscas durante la fabricación. Sin embargo, pueden ser necesarias operaciones de retrabajo para terminar las piezas: cancelar ciertos cortes, mantener tolerancias muy ajustadas, hacer roscas o roscados que no pueden provenir del moldeado. La maquinabilidad de las aleaciones de zinc es excelente. Por regla general, se utilizan altas velocidades de corte, bajo avance y abundante lubricación. Después del mecanizado , las piezas se lavan y desengrasan para que estén libres de virutas y restos de lubricante. La ductilidad del Zamak permite producir hilos por recalcado, lo que evita la formación de virutas.

Revestimiento

Las posibilidades de recubrimiento de piezas en aleaciones de zinc son numerosas y permiten mejorar determinadas características como la resistencia a la abrasión o al rozamiento , para obtener una amplia variedad de presentaciones y aspectos decorativos, para potenciar su comportamiento en condiciones corrosivas especiales.

Montaje y sobremoldeo

Para eliminar las operaciones de mecanizado (taladrado, roscado y roscado) y eliminar los elementos de montaje (tornillos, tuercas, remaches), las aleaciones de zinc ofrecen la posibilidad de realizar uniones del tipo:

Inyección de presión de cámara caliente

El proceso de inyección a presión de un metal en estado líquido permite la producción de piezas delgadas con las formas más complejas con tolerancias dimensionales muy ajustadas. El principio de fundición a presión en cámara caliente es el más extendido, gracias en parte a sus ventajas técnicas y económicas.

Zamak se presta bien a la inyección a presión en cámara caliente y, por lo tanto, permite producir piezas con buena precisión (del orden de una centésima de milímetro) con un tiempo de ciclo corto (menos de dos segundos para piezas pequeñas y treinta segundos para piezas más grandes ). En este caso, los moldes se parecen a los utilizados para materiales termoplásticos  ; el sistema de suministro y la naturaleza de los aceros son diferentes. Debido a la fluidez del Zamak en estado líquido, que es mayor que la del agua, se debe tener mucho cuidado al realizar cierres de herramientas para evitar la formación de rebabas.

El crisol está adyacente al grupo de cierre del molde. El conjunto de cuello de cisne (cuello de cisne) y pistón se sumerge en el baño de metal líquido. La aleación se conduce a las impresiones a través del cuello de cisne, la boquilla de la máquina y los canales de alimentación del molde. La pieza se expulsa del molde. El pistón vuelve a la posición hacia arriba, el orificio de cuello de cisne se libera y la cámara de inyección se llena automáticamente de metal fundido. Entonces, la máquina está lista para la siguiente inyección.

Las tasas de producción en las máquinas de cámara caliente convencionales son altas y pueden superar las mil inyecciones por hora para piezas delgadas y pequeñas.

Las máquinas de moldeo por inyección se caracterizan por su fuerza de cierre. Ésta es en realidad la resistencia que ofrece la máquina a las fuerzas de inyección que tienden a abrir el molde. Cuando la máquina está cerrada, la presión de inyección se transmite a las columnas de la máquina. La fuerza de cierre es por tanto la tensión máxima admisible para permanecer dentro de la deformación elástica de las columnas en el momento de la inyección.

Reciclaje

Las aleaciones de zinc cumplen perfectamente con los requisitos de diseño ecológico , ya que son completamente reciclables. Conservan sus propiedades mecánicas, independientemente del número de reflejos. El sector del reciclaje existe desde hace mucho tiempo y permite la recogida y clasificación automática de residuos en las distintas etapas del proceso, desde la producción de lingotes de materia prima hasta las piezas al final de su vida útil.

Por lo tanto, los residuos identificados como aleaciones de zinc (chorro de fundición, piezas al final de su vida útil) se vuelven a fundir. A continuación, el baño obtenido se filtra, analiza, titula y vuelve a analizar para verificar su conformidad con el estándar, luego se vierte en forma de lingotes listos para ser utilizados nuevamente.

Referencias

  1. "La  experiencia de Zamak, la concepción creativa del zinc  " , en www.experience-zamak.fr (consultado el 15 de septiembre de 2016 ) .
  2. "  Inicio - Zinc. International Zinc Association  ” en www.zinc.org (consultado el 15 de septiembre de 2016 ) .
  3. "  Aleaciones de zinc de la A a la Z  " , en www.unitheque.com (consultado el 15 de septiembre de 2016 ) .
  4. “  Genlis Metal  ” , en www.genlismetal.fr (consultado el 15 de septiembre de 2016 ) .

enlaces externos