Usinagem de zinco:seleção de ligas e processos para produção ideal de peças

O zinco (símbolo:Zn) é um metal utilitário na indústria de transformação devido às suas propriedades materiais favoráveis, como boa resistência à corrosão, desempenho eletroquímico e biocompatibilidade.

Neste artigo, discutimos as qualidades do zinco e suas ligas como materiais de usinagem CNC. Também inclui as propriedades do zinco, diferentes tipos de ligas de zinco, vários processos de usinagem de zinco e uma análise aprofundada da usinabilidade das ligas de zinco.

Propriedades e características do zinco

O zinco metálico, em sua forma pura, é um elemento químico quebradiço, acinzentado e brilhante, com aplicações industriais limitadas. Por ser um metal puro, é útil na galvanização de outros metais como o ferro para melhorar a resistência à corrosão.

As ligas de zinco, no entanto, são incrivelmente úteis, apresentando uma variedade de qualidades desejáveis que as colocam no topo da lista de materiais de usinagem comuns. As ligas de zinco têm boa resistência à tração, resistência à corrosão e alta ductilidade. Além disso, são ecologicamente corretos devido à sua reciclabilidade. Além disso, o zinco é um metal barato e com uma oferta abundante.

Cada liga de zinco oferece uma combinação específica de propriedades de material. Nesta seção, discutiremos algumas ligas de zinco populares. Alguns dos principais elementos de liga do zinco são cobre, estanho, magnésio e alumínio.

Zamak 3

A família Zamak de ligas de zinco possui os tipos de liga de zinco mais comuns, sendo o Zamak 3 o padrão entre eles. Zamak 3 contém 96% de zinco altamente puro com 4% de alumínio. Além disso, certas variantes do Zamak 3 também podem conter vestígios de cobre, magnésio e ferro.

Oferece uma combinação de ductilidade, resistência, acabamento e estabilidade dimensional. Estas qualidades, aumentadas pelo seu ponto de fusão de 384oC, tornam-no altamente moldável. Portanto, a fundição é sem dúvida o seu uso industrial mais popular.

Além disso, o Zamak 3 também possui a resistência à corrosão e a condutividade elétrica características das ligas de zinco.

Zamak 5

Zamak 5 é outra liga de zinco do grupo Zamak. Sua composição contém ~1% de cobre além de 4% de alumínio, comum entre todos os tipos de Zamak.

Esta adição de cobre acrescenta resistência e dureza à liga de zinco. No entanto, essas propriedades prejudicam a diminuição da ductilidade e da precisão dimensional. No geral, porém, o Zamak 5 é uma excelente liga de zinco com boa fundibilidade e usinabilidade.

ZA 8

ZA 8 é uma liga de zinco-alumínio com 8,4% de teor de alumínio. Suas principais qualidades incluem alta resistência e dureza, bem como resistência à fluência, que é uma propriedade única entre as ligas de zinco. Além disso, suporta diversos processos de acabamento superficial e, portanto, é uma escolha comum para a confecção de itens para fins decorativos.

Uma de suas principais vantagens é a compatibilidade com métodos de fundição sob pressão, incluindo fundição sob pressão em câmara quente. Sua fluidez permite fundir geometrias complexas com características finas.

EZAC

EZAC é uma liga de zinco inovadora com teor de alumínio e cobre. Possui notável resistência, dureza e desempenho de fluência, muitas vezes citado como o melhor entre os tipos comuns de liga de zinco.

É especialmente adequado para aplicações de fundição sob pressão devido ao seu ponto de fusão e fluidez. Seu baixo ponto de fusão significa que é compatível com fundição sob pressão em câmara quente, aumentando seu potencial de aplicação em diversas indústrias.

ZA 27

ZA 27 é outra liga de zinco com alto teor de alumínio, com cerca de 28% de alumínio e 2,5% de cobre. É leve, forte, duro e possui boas propriedades de fluência. Além disso, possui um ponto de fusão relativamente alto entre as ligas de zinco, tornando-o adequado para fundição sob pressão em câmara fria.

Tombak

Tombak é principalmente uma liga de latão com cerca de 5-20% de teor de zinco. É conhecido por seu baixo custo, maleabilidade e aparência brilhante. Dependendo da composição de outros elementos de liga (estanho, cobre, chumbo, etc.), pode assumir diferentes colorações.

É uma escolha popular para a confecção de produtos de valor ornamental como medalhas, peças decorativas e botões devido ao seu aspecto dourado.

Maquinabilidade de ligas de zinco

As ligas de zinco são geralmente fáceis de usinar e não causam muitos problemas. Porém, como acontece com qualquer material, eles apresentam comportamentos específicos que exigem certas considerações e ajustes por parte dos maquinistas para obter os melhores resultados. Alguns aspectos essenciais da usinabilidade do zinco são discutidos abaixo.

Comportamento pegajoso

O zinco aquece rapidamente durante a usinagem. O amolecimento térmico que acompanha o aumento da temperatura pode causar “pegajosidade” no material. Isso significa que a liga de zinco tende a aderir à aresta de corte da ferramenta, aumentando o desgaste da ferramenta e deteriorando o desempenho de corte.

Baixo ponto de fusão

Um problema semelhante relacionado à temperatura é que o amolecimento térmico às vezes pode impedir que os maquinistas adotem uma abordagem de usinagem agressiva. Por exemplo, avanços muito elevados podem não ser possíveis devido ao cisalhamento excessivo do material.

Fragilidade

Embora inerentemente dúctil, o comportamento frágil de algumas ligas com alto teor de alumínio pode criar problemas de lascamento.

Perigos de segurança

Embora a usinagem de zinco produza cavacos curtos e manejáveis, as aplicações de usinagem fina ou retificação podem produzir poeira que não deve ser inalada. Assim, é recomendável ter ventilação adequada ao realizar tais operações.

Diferentes processos de usinagem para liga de zinco

As ligas de zinco são um material comum em oficinas mecânicas. Eles são compatíveis com uma variedade de operações de usinagem, algumas das quais são brevemente explicadas a seguir.

Fresagem

O fresamento é o processo de usinagem mais amplamente reconhecido para usinagem de zinco. Com recursos avançados como usinagem CNC de 5 eixos, é um processo top de linha para fabricar formas prismáticas irregulares.

Tornando

O torneamento é útil na usinagem de objetos de formato cilíndrico em tornos. Tornos modernos oferecem recursos multieixos com alta precisão, incluindo operações de torneamento-fresamento. O torneamento de zinco, assim como o fresamento, é fácil, mas pode apresentar alguns problemas com o amolecimento (gomosidade) do material.

Perfuração

A furação é o processo padrão de usinagem de furos, usando brocas de várias proporções entre comprimento e raio com canais helicoidais. A perfuração de ligas de zinco é melhor realizada com resfriamento intenso e brocas afiadas para minimizar o acúmulo de calor na zona de corte. Caso contrário, as ligas de zinco podem ser usinadas com parâmetros de corte generosos, permitindo altas taxas de remoção de material.

Fundição sob pressão

A fundição sob pressão é um processo de fabricação altamente eficiente e popular para a produção de componentes de zinco com formatos complexos e tolerâncias restritas. Ao contrário dos processos de usinagem tradicionais, a fundição sob pressão envolve o uso de moldes ou matrizes para criar a peça desejada.

Usinagem por eletrodescarga (EDM)

A EDM não é uma operação de usinagem clássica, mas ainda é um método muito útil e regular para a produção de peças prismáticas em oficinas mecânicas. A boa condutividade elétrica do zinco torna-o um material compatível com EDM.

Opções de acabamento de superfície para peças de zinco

As ligas de zinco são compatíveis com uma variedade de métodos de acabamento superficial, incluindo:

• Galvanoplastia :As ligas de zinco suportam galvanoplastia com materiais como níquel e cobalto para obter acabamentos de superfície específicos, propriedades e maior resistência à corrosão.
• Revestimento de conversão de cromato :O revestimento de conversão de cromato melhora a aparência estética e a resistência à corrosão das ligas de zinco. Além disso, está disponível em diversas cores.
• Revestimento em pó :O revestimento em pó confere uma aparência mais áspera à superfície e a torna resistente a ações abrasivas, como lascas e arranhões.
• Anodização :A anodização cria uma fina camada protetora de óxidos na superfície da liga de zinco, o que melhora a resistência à corrosão.
• Pintura :As ligas de zinco são compatíveis com tintas, permitindo que os usuários obtenham a cor que desejarem.

Dicas e truques para usinagem de liga de zinco

Nas seções anteriores, estabelecemos que a usinabilidade das ligas de zinco é alta. Eles não são tão difíceis de manusear quanto outros materiais como usinagem de titânio, por exemplo. No entanto, também existem algumas soluções especializadas para otimizar os processos de usinagem de ligas de zinco.

Prefira ligas de zinco usináveis

Embora isso seja desnecessário dizer, também é fácil ignorar. Quando você tiver que escolher entre várias ligas de zinco, opte por aquela que seus maquinistas acharem mais fácil de gerenciar, como Zamak 3 ou Zamak 5. Isso terá retorno em termos de precisão dimensional e economia de tempo.

Ferramentas de corte afiadas

Para combater a pegajosidade das ligas de zinco e minimizar a progressão do desgaste da ferramenta, são preferíveis ferramentas de corte mais afiadas. Eles aplicam forças de corte concentradas e minimizam o efeito de aração. Assim, produzindo cavacos curtos que voam em vez de grudar na ferramenta.

Seja generoso com o refrigerante

O amolecimento térmico é um grande problema na usinagem de zinco. Conseqüentemente, um amplo suprimento de líquido refrigerante ajuda a minimizar o atrito e a manter as temperaturas sob controle, o que, por sua vez, melhora o acabamento superficial e a produção de cavacos. Além disso, o refrigerante à base de água deve ser a sua escolha preferida.

Velocidades de corte moderadas a altas

Se a liga de zinco aquecer rapidamente, aumente ligeiramente a velocidade de corte para reduzir as temperaturas de corte. Isto diminui a duração do contato ferramenta-material e leva a uma maior dissipação de calor através dos cavacos.

Ferramentas de metal duro/HSS

As ligas de zinco podem causar desgaste excessivo da ferramenta ou deformações térmicas. Assim, o metal duro é uma boa escolha devido à sua boa resistência ao desgaste e também à estabilidade térmica. Para trabalhos mais leves, o HSS também funciona muito bem com ligas de zinco.

Aplicações de peças de zinco

Agora que entendemos os aspectos de usinabilidade das ligas de zinco, é hora de discutir algumas das aplicações das peças usinadas com zinco. Uma pequena lista de peças de liga de zinco é fornecida abaixo.

• Componentes automotivos :As empresas automotivas utilizam ligas de zinco para fabricar componentes de blocos de motores, suportes, itens decorativos, etc.
• Invólucros eletrônicos :A boa condutividade elétrica e térmica das ligas de zinco as torna ideais para a fabricação de gabinetes e dissipadores de calor para dispositivos eletrônicos.
• Instrumentos Médicos :A biocompatibilidade das ligas de zinco as torna um material favorável para alguns instrumentos médicos.
• Hardware :As ligas de zinco são uma escolha popular para fixadores como parafusos, porcas e pernos para aplicações de baixo impacto, como eletrodomésticos e acessórios. Eles fornecem ampla resistência, resistência à corrosão e opções de acabamento superficial estético para tais aplicações.
• Bens de consumo :As ligas de zinco também são uma escolha popular para itens de consumo como zíperes, dobradiças e joias devido ao seu baixo custo e aparência ornamental.

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Conclusões

As ligas de zinco estão certamente entre os grupos de materiais mais importantes na indústria de usinagem, com uma ampla gama de classes, processos e aplicações. Suas qualidades benéficas, juntamente com sua alta usinabilidade, os tornam perfeitos para ambientes de oficina mecânica.