Lo zinco è uno dei metalli più versatili nell'industria manifatturiera. Spesso lo si trova come rivestimento protettivo su acciaio e altri metalli, grazie alla sua capacità naturale di combattere la ruggine.
In genere, le leghe di zinco vengono modellate tramite pressofusione per creare parti. Tuttavia, la lavorazione è ancora essenziale per parti di precisione e per creare geometrie complesse che la sola fusione non può fornire.
Questo articolo vi illustrerà le proprietà dello zinco, il suo comportamento durante la lavorazione, le leghe più adatte a questo scopo e le migliori pratiche nella lavorazione dello zinco.
Una panoramica delle proprietà dello zinco
Lo zinco è un metallo di transizione con numero atomico 30. Ha un colore bianco-bluastro e una densità moderata (7.14 g/cm³) che lo colloca tra metalli come l'alluminio e l'acciaio.
Lo zinco puro è fragile a temperatura ambiente , ma diventa duttile a temperature leggermente più elevate, intorno ai 120 °C. Ha anche un basso punto di fusione (419.5 °C), il che lo rende facile da fondere.
Alcune proprietà che rendono lo zinco una scelta industriale:
Resistenza alla corrosione
Lo zinco forma uno strato protettivo di ossido (chiamato patina) che protegge il metallo sottostante dalla ruggine. Questo è anche il motivo per cui viene utilizzato per la zincatura di metalli ferrosi come l'acciaio, che sono più suscettibili alla corrosione.
Accessibilità
Lo zinco è più economico di molti altri metalli comuni come alluminio, acciaio e rame. Questo costo inferiore lo rende una scelta attraente per le applicazioni di prodotto.
Proprietà di lega
Lo zinco apporta naturalmente grandi proprietà al tavolo, motivo per cui è un comune elemento di lega. Ad esempio, l'aggiunta di zinco alle leghe di alluminio aiuta a migliorare la resistenza e la dimensione dei grani. In alcuni casi, migliora anche la resistenza al calore della lega.
Lavorazione dello zinco: processi e applicazioni
Lo zinco, a causa del suo basso punto di fusione e della sua fluidità, viene per lo più sottoposto a pressofusione per realizzare parti. Tuttavia, spesso è richiesta la lavorazione per ottenere tolleranze più strette nei prodotti fusi, perfezionare le caratteristiche o creare geometrie complesse da lingotti di zinco.
Fresatura dello zinco
La fresatura è un processo di lavorazione versatile che rimuove materiale dai pezzi di zinco inserendo un blocco di metallo in una fresa rotante.
La fresatura dello zinco viene utilizzata per produrre staffe, involucri e alloggiamenti che richiedono superfici piatte o scanalature precise. Viene anche utilizzata per preparare parti per la finitura superficiale o l'assemblaggio.
Tornitura dello zinco
La tornitura consiste nel far ruotare un pezzo di zinco su un tornio mentre un utensile da taglio rimuove il materiale per dare forma alla parte. Questo metodo è utilizzato per creare componenti cilindrici o conici (boccole, distanziali, alberi) e per rifinire i diametri.
Le migliori leghe di zinco per la lavorazione
Lo zinco puro è utilizzato principalmente nella zincatura e nelle applicazioni che richiedono elevata conduttività ed è meno comune per la lavorazione. Tuttavia, le leghe di zinco offrono un equilibrio di resistenza, resistenza alla corrosione e lavorabilità, il che le rende ideali per la produzione di precisione.
Alcune leghe di zinco commercialmente note sono:
Serie Zamak
La famiglia Zamak è una delle famiglie di leghe di zinco commercialmente note. Tra queste, due gradi sono molto comuni:
- Zama 3 è il grado standard, con il 96% di zinco puro e il 4% di alluminio, con eccellente stabilità dimensionale e resistenza alla corrosione. È altamente colabile, considerando la bassa temperatura di fusione; quindi una scelta comune in contesti industriali.
- Zama 5 ha una composizione simile, con un 1% di rame aggiunto. Ciò aggiunge più resistenza e durezza, ma la duttilità è compromessa. Tuttavia, offre grande lavorabilità e colabilità.
tombak
Tombak è una lega simile all'ottone con un contenuto di zinco del 5-20%. È apprezzata per la sua malleabilità, resistenza alla corrosione e aspetto lucido (il colore è soggetto agli elementi di lega). È comune per applicazioni estetiche, tra cui medaglie, bottoni e pezzi ornamentali.
EZAC
EZAC è una lega di zinco ad alte prestazioni con alluminio e rame. Offre eccezionale resistenza, durezza e resistenza allo scorrimento. È più adatta per la pressofusione in componenti industriali sottoposti a forte stress.
ZA27
È una delle leghe di zinco più resistenti, grazie a un contenuto di alluminio più elevato (28%). Grazie alla sua natura leggera e alle buone proprietà di creep, è adatta per applicazioni pesanti come componenti automobilistici e parti strutturali.
Sfide di lavorazione con lo zinco
La morbidezza dello zinco potrebbe suggerire che sia facile da lavorare. Ciò è vero in una certa misura, ma c'è un'altra serie di sfide uniche che derivano dalla lavorazione dello zinco.
Natura gommosa
Il basso punto di fusione dello zinco (419.5 °C) è una delle maggiori sfide della lavorazione. Durante il taglio, il calore generato può ammorbidire il materiale, rendendolo gommoso e attaccandolo all'utensile da taglio. Ciò comporta usura dell'utensile, riduzione della precisione e problemi di finitura superficiale.
Fragilità
Lo zinco puro è fragile, ma la maggior parte delle sue leghe sono note per avere una natura duttile. Nelle leghe con un contenuto di alluminio più elevato, la fragilità può riemergere, specialmente nelle forme fuse, causando scheggiature o crepe durante la lavorazione.
Sfide per la sicurezza
La polvere di zinco prodotta durante la lavorazione è infiammabile e può causare irritazioni respiratorie se inalata. Inoltre, quando lo zinco si surriscalda, può ossidarsi, formando ossido di zinco. L'inalazione di fumi di ossido di zinco può causare una condizione nota come febbre da fumi metallici.
Le migliori pratiche per le migliori pratiche per la lavorazione dello zinco
Considerando le proprietà e le sfide associate alla lavorazione dello zinco, abbiamo stilato un elenco di pratiche per aiutarti a gestire questo processo in modo efficiente.
Scelte di grado
La scelta giusta della lega è la chiave. Gli esperti preferiscono Zamak 3 e Zamak 5 per la fusione e la lavorazione grazie alla loro facilità di manipolazione e all'eccellente stabilità dimensionale.
Strumenti di taglio e parametri
Lo zinco è spesso paragonato all'alluminio 6061 come riferimento per i parametri di lavorazione. Per la fresatura dello zinco, è efficace la fresatura periferica con una fresa HSS standard. Le velocità di taglio consigliate sono circa il 50% di quelle per l'alluminio, con velocità di avanzamento al 93% delle velocità tipiche dell'alluminio.
Quando si esegue la scanalatura con una fresa HSS, ridurre la velocità al 68% di quella dell'alluminio e utilizzare velocità di avanzamento pari al 34% di quelle tipiche dell'alluminio.
Scelta dei refrigeranti
Il basso punto di fusione dello zinco richiede un raffreddamento efficace per evitare surriscaldamento e deformazione. Possono essere utilizzati sia refrigeranti solubili che a base d'acqua. I refrigeranti a base d'acqua sono particolarmente efficaci, in quanto forniscono un'eccellente gestione termica.
Equipaggiamento di sicurezza
A causa della polvere e dei fumi di zinco, è necessario un adeguato equipaggiamento protettivo personale (DPI), tra cui guanti, occhiali e maschere respiratorie. L'officina deve avere una ventilazione adeguata per prevenire l'inalazione di fumi di ossido di zinco.
Scelte di finitura superficiale per lo zinco
Lo zinco può essere resistente alla corrosione, ma spesso è necessaria una finitura superficiale aggiuntiva per migliorarne l'aspetto, aumentarne la durata o prepararlo per applicazioni specifiche.
Verniciatura
La verniciatura è la colorazione della superficie. Fornisce ulteriore protezione dalla corrosione e consente la personalizzazione estetica. La pratica è utilizzata per elementi architettonici, beni di consumo e parti di automobili.
Galvanotecnica
La galvanizzazione deposita un sottile strato di un altro metallo (come nichel, cromo o oro) sulla superficie dello zinco utilizzando una corrente elettrica. Il componente di zinco viene immerso in una soluzione contenente ioni metallici, che si legano allo zinco durante il processo.
L'elettrodeposizione dimostra durezza superficiale, resistenza all'usura e conduttività elettrica. Come altre opzioni di finitura, è utilizzata per finiture decorative in componenti elettronici, automobilistici e industriali.
Rivestimento di conversione del cromato
Il rivestimento di conversione del cromato (alodine) viene eseguito immergendo i componenti di zinco in un bagno chimico che forma uno strato di conversione sulla superficie. Il rivestimento ha due scopi: inibisce la corrosione e funge da primer per l'adesione delle vernici.
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