Usinagem de Ligas de Zinco: Graus, Técnicas CNC e Práticas

As ligas de zinco são valorizadas em inúmeras indústrias por sua combinação de resistência, ductilidade, resistência à corrosão e usinabilidade notavelmente alta. Embora sejam mais famosas por seu uso em fundição sob pressão, suas excelentes propriedades também as tornam uma escolha popular para componentes de alta precisão e baixo volume fabricados por meio de usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC). A compreensão dos vários graus e a adoção das melhores práticas são essenciais para superar as características únicas do material e garantir um componente final impecável.

Graus de Liga de Zinco para Usinagem

A família das ligas de zinco é extensa, mas os graus mais comuns encontrados na usinagem CNC são a série Zamak e a série ZA de alto alumínio. A seleção adequada da liga é o primeiro passo crítico, pois as propriedades mecânicas e a usinabilidade variam significativamente.

• Zamak 3 (ASTM AG40A):Este é o padrão e a liga de zinco mais utilizada em todo o mundo. Oferece um excelente equilíbrio de propriedades físicas e mecânicas, tornando-o altamente estável e dimensionalmente consistente. Sua fluidez e capacidade de fundição excepcionais geralmente levam a peças de formato quase líquido, mas usina excepcionalmente bem para recursos adicionais e tolerâncias mais apertadas. É a escolha preferida quando resistência geral, ductilidade e estabilidade são necessárias.

• Zamak 5 (ASTM AC41A):Contendo uma porcentagem maior de cobre do que o Zamak 3, o Zamak 5 oferece maior resistência, dureza e resistência à fluência. Embora ligeiramente menos dúctil que o Zamak 3, seu desempenho mecânico aprimorado o torna adequado para peças que exigem mais integridade estrutural e durabilidade. Permanece altamente usinável.

• ZA-8 (Liga de Zinco-Alumínio):Esta liga contém aproximadamente 8,4% de alumínio. É conhecida por boa resistência e dureza, ficando entre Zamak 3 e Zamak 5. Criticamente, apresenta melhor desempenho em temperaturas elevadas do que as ligas Zamak e possui excelentes propriedades de rolamento. Oferece muito boa usinabilidade e é frequentemente usado para componentes funcionais exigentes.

• ZA-27 (Liga de Zinco-Alumínio):Contendo cerca de 27% de alumínio, o ZA-27 é a liga de zinco mais forte das ligas comuns. É utilizado em aplicações onde a máxima resistência, dureza e resistência ao desgaste são primordiais. Embora ainda seja usinável, o maior teor de alumínio e o aumento da dureza o tornam mais abrasivo e um pouco mais difícil de usinar do que as ligas Zamak, exigindo considerações de ferramentas mais robustas.

Desafios e Considerações na Usinagem CNC de Ligas de Zinco

Apesar de sua classificação de usinabilidade geralmente alta, as ligas de zinco apresentam alguns desafios específicos que os operadores de CNC devem gerenciar:

• Comportamento Gummy e Gerenciamento de Cavacos:As ligas de zinco são relativamente macias e dúcteis. Durante a usinagem, o material pode se tornar "pegajoso" ou "grudento", aderindo à aresta de corte da ferramenta. Essa tendência a formar uma aresta acumulada (BUE) compromete o acabamento da superfície, aumenta as forças de corte e acelera o desgaste da ferramenta.

• Amaciamento Térmico e Baixo Ponto de Fusão:As ligas de zinco têm um ponto de fusão relativamente baixo (cerca de $380^circtext{C}$ a $420^circtext{C}$). O calor gerado durante a usinagem agressiva pode levar ao amaciamento térmico, o que exacerba o comportamento pegajoso e pode resultar em imprecisões dimensionais ou empenamento.

• Fragilidade (Ligas de Alto Alumínio):Embora geralmente dúcteis, algumas ligas de zinco de alto alumínio, como o ZA-27, podem apresentar algum grau de fragilidade ou lascamento, particularmente quando submetidas a forças de alto impacto ou corte em alta velocidade e alta taxa de avanço.

Técnicas e Práticas Essenciais de CNC

Para usinar com sucesso ligas de zinco e superar esses desafios inerentes, são necessárias técnicas de CNC especializadas e práticas de gerenciamento de ferramentas.

Seleção e Geometria de Ferramentas:

• A Afiação é Fundamental:A prática mais importante é usar ferramentas de corte extremamente afiadas. As arestas afiadas minimizam o atrito e a força de corte, reduzindo a tendência do material de aderir à ferramenta e impedindo a formação de uma aresta acumulada.

• Material da Ferramenta:As ferramentas de metal duro são frequentemente preferidas por sua excelente resistência ao desgaste, estabilidade térmica e capacidade de manter uma aresta afiada por mais tempo. O aço rápido (HSS) pode ser usado para cortes mais leves, mas pode exigir substituição mais frequente devido ao desgaste mais rápido.

• Geometria da Ferramenta:As ferramentas devem ter ângulos de rake e alívio amplos para promover o fluxo eficiente de cavacos e minimizar a fricção. Ângulos de rake positivos altos são recomendados para cortar o material de forma limpa, em vez de empurrá-lo ou ará-lo. Flautas altamente polidas ou revestidas (por exemplo, metal duro polido) auxiliam ainda mais na evacuação de cavacos e evitam a aderência.

Parâmetros de Corte (Avanços e Velocidades):

• Velocidades de Corte Moderadas a Altas:Ao contrário de alguns metais de baixo ponto de fusão, o uso de uma velocidade de corte ligeiramente maior pode, às vezes, ser benéfico com o zinco. Velocidades mais altas podem reduzir a duração do contato da ferramenta de corte com o material, levando a uma melhor dissipação de calor por meio dos cavacos, em vez de na peça ou na ferramenta.

• Taxas de Avanço e Profundidade de Corte Otimizadas:As taxas de avanço devem ser generosas o suficiente para garantir que a ferramenta esteja sempre cortando material fresco e cortando cavacos, em vez de apenas esfregar. No entanto, profundidades de corte agressivas devem ser gerenciadas com cuidado para evitar a geração excessiva de calor que leva ao amaciamento térmico. Um equilíbrio é essencial para maximizar a remoção de material sem sacrificar o acabamento da superfície ou a estabilidade dimensional.

Refrigeração e Lubrificação:

• Refrigeração por Inundação é Crítica:Devido ao risco de amaciamento térmico, um suprimento generoso de refrigerante é vital. A refrigeração por inundação ou lubrificação por névoa de alto volume é altamente recomendada para dissipar o calor de forma eficaz, lubrificar a interface de corte e promover a evacuação limpa de cavacos. Os refrigerantes à base de água são comumente usados.

• Controlando a Temperatura:O objetivo principal da refrigeração é manter a temperatura da zona de corte baixa, impedindo que o material se torne pegajoso e adira à ferramenta.

Acabamento da Superfície e Operações Secundárias:

• Acabamento da Superfície:As ligas de zinco geralmente obtêm um acabamento de superfície muito bom diretamente da máquina CNC devido à sua estrutura de grão fino.

• Rebarbação:A ductilidade do zinco pode, às vezes, levar à formação de rebarbas. A seleção cuidadosa de ferramentas e direção de corte, seguida por rebarbação manual ou automatizada leve, é frequentemente necessária.

• Revestimentos:As peças de liga de zinco são frequentemente galvanizadas (por exemplo, com cobre, níquel ou cromo) ou revestidas com pó para melhorar a resistência à corrosão, as propriedades de desgaste ou obter uma aparência estética desejada.

Em conclusão, a usinagem CNC bem-sucedida de ligas de zinco depende do respeito à sensibilidade do material ao calor e sua tendência à pegajosidade. Ao selecionar o grau Zamak ou ZA correto, empregando ferramentas de metal duro extremamente afiadas com geometria apropriada e gerenciando diligentemente as condições térmicas por meio de refrigeração por inundação eficaz, os fabricantes podem aproveitar a alta usinabilidade inerente do zinco para produzir componentes intrincados e de alta precisão de forma confiável e eficiente. As ligas de zinco continuam sendo um material fundamental na fabricação de precisão e alto volume, particularmente quando a fundição sob pressão sozinha não pode atingir as tolerâncias apertadas exigidas pelos padrões modernos de engenharia.