Zama: scopri perché i tuoi componenti si innamoreranno di questa lega

Spesso chi sta progettando e definendo dei nuovi componenti, finisce col scegliere di realizzarli sempre con i soliti materiali che già conosce. Sicuramente l'esperienza da dei buoni suggerimenti, ma sovente limita anche l'esplorazione di valide alternative, come ad esempio la zama. Questo perché l'abitudine ci rende sicuri e ci mette al riparo da possibili sbagli. 

cataste zama

Questo è un peccato, perché capita sovente di vedere in giro della componentistica che è realizzata con tecnologie e materiali poco ottimizzati.

Inoltre, anche la mancanza di informazioni favorisce scelte abitudinarie. È il caso della zama, una lega molto utilizzata nella componentistica dei settori in cui è già conosciuta, ma totalmente ignorata e sconosciuta in moltissimi altri settori che potrebbero invece trarne grandi vantaggi se solo iniziassero a conoscerla di più e ad utilizzarla.

Dal 1992 mi occupo di componentistica prodotta in zama (in realtà anche da molto prima, come puoi vedere qui). E oggi, come non mai, mi rendo conto che le leghe di zinco sono poco conosciute e ancora non hanno sprigionato totalmente le potenzialità che potrebbero.

Molti componenti ora realizzati con altri materiali, potrebbero tranquillamente aumentare le proprie performance se solo fossero nuovamente ingegnerizzati per essere prodotti in pressofusione di zama.

So che convertire le produzioni tra varie tecnologie produttive e tra diversi materiali non è una cosa semplice. Ed è proprio per questo che intendo dare il mio contributo, affinché in futuro nuovi componenti possano essere progettati consapevolmente e magari fatti nascere direttamente in zama.

La lavorazione della zama è fatta sfruttando una tecnologia produttiva molto flessibile: la pressofusione a camera calda.

Ma perché dovresti considerare le leghe di zinco come materiale base per i tuoi componenti?

Utilizzare la zama ti darà svariati vantaggi, sia tecnici, sia di qualità, ma soprattutto economici. Voglio che tu li conosca immediatamente: qui di seguito trovi una carrellata dei principali punti di forza di questo interessante materiale.

Ti invito sin da ora a condividere questo articolo con i tuoi colleghi, in modo che di queste informazioni possa beneficiarne tutto il tuo team.

Ecco i 16 motivi che faranno innamorare i tuoi componenti delle leghe di zinco, dette comunemente zama:

1 - La zama è una lega basso-fondente

Il punto di fusione della zama è circa di 400°C. Questo è un vantaggio, in quanto per poter lavorare questa lega con la tecnologia della pressofusione, è necessaria meno energia rispetto ad altri metalli lavorabili con tecnologie analoghe.

Si stima che, per la sua trasformazione, generalmente la zama ha un fabbisogno energetico inferiore di circa il 50% di quello dell’alluminio e di circa il 20% inferiore a quello del magnesio.

Questa caratteristica si ripercuote positivamente sui costi di lavorazione delle leghe di zinco, il cui prezzo sarà meno dipendente dai costi energetici sostenuti rispetto agli altri metalli durante la trasformazione.

La bassa temperatura di fusione non farà solo risparmiare il committente di componenti in leghe di zinco per i ridotti costi energetici. Questa caratteristica è un vero toccasana per la salute dello stampo: a differenza delle leghe non ferrose alto-fondenti (alluminio, magnesio, ottone), la bassa temperatura di fusione dello zinco sollecita molto meno gli acciai delle parti stampanti dello stampo.

Il ridotto stress termico sugli acciai dello stampo, si traduce in un aumento considerevole della vita utile dello stampo. Considerando stampi fabbricati con gli stessi acciai, uno stampo adatto alla pressofusione della zama sarà mediamente del 500% - 800% più longevo rispetto ad uno stampo adatto alla pressofusione per l’alluminio.

Questo ovviamente si traduce in minori costi di manutenzione straordinaria degli stampi da ribaltare sul prezzo dei componenti pressofusi in zama.

Se lo stampo fosse chiamato a produrre grandissime quantità di pezzi, con opportuni accorgimenti è possibile incrementarne ulteriormente la longevità, a tutto beneficio della quota di ammortamento unitaria dello stampo sul singolo pezzo prodotto.

2 - Elevata velocità di produzione

Grazie alle grandi doti di dissipazione termica, appena viene iniettata nello stampo la zama si solidifica in tempi molto ristretti. Le cadenze produttive della zama sono quindi molto elevate, anche doppie rispetto a quelle ottenibili con la pressofusione dell’alluminio o lo stampaggio per iniezione della plastica.

Con stampate di piccole dimensioni non è raro raggiungere e superare i 300 cicli all’ora. Ovviamente questa cadenza cala con l’aumentare del peso della stampata, perché sia il tempo di riempimento, sia il tempo di raffreddamento, aumentano proporzionalmente con l’aumentare della quantità di lega pressofusa ad ogni ciclo.

In caso di grosse produzioni, sarà quindi determinante calcolare esattamente il numero di impronte dello stampo, in modo da ottenere la massima produzione oraria possibile: tante figure sullo stampo sulla carta dovrebbero essere vantaggiose. Ma non è detto che la produzione oraria ne benefici, proprio perché una stampata più pesante richiede un tempo ciclo più alto, oltre che macchine più grandi, lente e costose.

3 - Libertà progettuale estremamente elevata

Allo stato liquido, la zama ha una fluidità e una colabilità estremamente elevate. A vederla, sembra che abbia la fluidità dell’acqua. Questa è una caratteristica molto interessante per il progettista, che può prevedere per i suoi componenti pareti molto sottili (in proporzione alle dimensioni delle superfici, è possibile ottenere abbastanza facilmente pareti con spessori a partire da 0,6-0,8 mm).

In certi frangenti, una delle caratteristiche negative della zama può essere il suo peso specifico. Questo aspetto può essere però combattuto estremizzando l’ottimizzazione del progetto e applicando sul componente svariati scarichi di alleggerimento, che sono ottenibili proprio grazie alla possibilità di colare pareti molto più sottili rispetto a quello di altri metalli.

Compatibilmente con la complessità che si va a generare, questo aspetto contribuisce a rendere i pezzi più leggeri, ma soprattutto più economici, essendo il materiale una delle voci preponderanti sul costo dei componenti in zama.

L’ elevata colabilità della zama, oltre alla possibilità di ottenere pareti sottili, offre al progettista anche la facoltà di ingegnerizzare componenti con forme molto complesse. È possibile creare direttamente di fusione delle zone con sottosquadri, forature dritte o inclinate, filettature esterne, ecc.

Inoltre, è possibile letteralmente fondere assieme più componenti: più di una volta ci siamo trovati davanti a pezzi che, prima di essere riprogettati per essere prodotti in zama, erano di fatto più componenti differenti assemblati fra di loro. Questa possibilità può portare a grossi vantaggi economici, in quanto, in un solo colpo si comprimono i costi di produzione di più componenti e si annullano i costi del loro assemblaggio successivo.

Sfruttando la grande duttilità dello zinco, se necessario il progettista può inoltre prevedere delle parti di fusione che potranno essere ricalcate, ribadite o ripiegate, in modo da facilitare veloci assemblaggi con altri componenti di materiali diversi.

4 - Precisione e accuratezza

I materiali plastici offrono una libertà progettuale elevata, quasi come quella offerta da un componente fatto in zama. Essi però soffrono di una elevata instabilità dimensionale, essendo molto sensibili all’ umidità e subendo importanti ritiri dimensionali, graduali e prolungati nel tempo.

Al contrario, le leghe di zinco hanno un ritiro di fusione abbastanza ristretto e molto regolare. Esso si concretizza quasi istantaneamente durante la fase di raffreddamento, non appena il pezzo esce dallo stampo. Una volta raffreddato, il pezzo raggiunge la sua stabilità dimensionale, che non cambierà più in futuro, se non in maniera veramente impercettibile.

Questa caratteristica rende possibile ottenere tolleranze molto strette. Ovviamente le tolleranze ottenibili variano a seconda del valore della quota in esame. Esse possono essere anche di pochi centesimi di millimetro nel caso di pezzi particolarmente piccoli.

La precisione dei componenti in zama non è solo apprezzabile nelle quote nominali, ma anche nelle forme geometriche. Grazie alla modesta percentuale di ritiro di fusione, pari allo 0,6%, gli sformi necessari sono molto bassi. In alcuni frangenti possono essere anche assenti.

Un minimo di sformo è sempre comunque consigliabile, in quanto aiuta a diminuire lo sforzo necessario nella fase di estrazione del pezzo, salvaguardando sia l’incolumità dello stampo, sia riducendo il rischio di deformazione del getto ancora caldo e  per questo più malleabile.

5 - Ripetibilità del processo

L’ alta stabilità dimensionale di questa incredibile lega permette di ottenere moltissime repliche dei componenti pressofusi, sempre uguali nel tempo. Questo è un bel vantaggio, in quanto il progettista potrà stare tranquillo sul fatto che un componente pressofuso in zama sarà sempre conforme alle specifiche di progetto e compatibile al contesto per cui è chiamato a lavorare, indipendentemente dal momento storico di produzione.

6 - Pezzi stampati con forma definitiva

Grazie all’elevata accuratezza e stabilità dimensionale che può garantire la zama e alla possibilità di mantenere i valori di sformo molto bassi, nel 99% dei casi si possono ottenere pezzi stampati dimensionalmente finiti.

Salvo qualche rara eccezione, solitamente gli sformi vengono mantenuti entro le tolleranze richieste dai progettisti, permettendo così di ottenere nella quasi totalità dei casi, dei componenti già finiti di stampaggio. Questa condizione pone la zama in netto vantaggio rispetto all' alluminio: quest’ ultimo necessita di sformi molto più elevati ed ha una peggiore colabilità rispetto la zama (difficilmente si riesce a scendere sotto i 3 mm di spessore). Pertanto, per poter arrivare ad avere componenti completamente conformi alla specifica di progetto, l’ alluminio richiede molto sovente delle operazioni di ripresa di finitura meccanica sui getti, che ovviamente fanno lievitare i costi di produzione.

Al contrario, le riprese di finitura meccanica necessarie sui componenti pressofusi in zama, sono molto esigue. Generalmente sono limitate a qualche alesatura di altissima precisione e alla generazione di sottosquadri interni, come gole o maschiature, non ottenibili di stampo.

Dovessero servire, le riprese meccaniche non saranno comunque un problema, in quanto la zama è ottimamente lavorabile alle macchine utensili. Essa infatti è una lega molto tenera e genera un truciolo simile a quello dell’ottone. Precauzionalmente, per evitare che l’asportazione di truciolo impasti, è necessario lavorare con il lubrorefrigerante.

7 - Migliori caratteristiche meccaniche rispetto le altre leghe da pressofusione

Tra le leghe da pressofusione, le leghe di zinco sono quelle che hanno i valori più alti in quasi tutte le caratteristiche meccaniche.  L' allungamento % e la resistenza a snervamento sono circa il doppio rispetto a quelle dell’alluminio. La resistenza all' urto è di circa 10 volte tanto quella disponibile con alluminio e magnesio, ed è paragonabile a quella dell’ottone. La resistenza a rottura e la durezza sono paragonabili a quelle delle altre leghe da pressofusione e agli ottoni.

La zama può essere quindi un materiale alternativo in tutti i casi in cui solitamente vengono impiegati altri metalli da pressofusione e in molti casi in cui solitamente viene utilizzato l’ottone, sia fuso, sia trafilato.

8 - Ottime capacità di conduzione termica ed elettrica

Lo zinco è un ottimo conduttore, sia elettrico che di calore, migliore rispetto all' alluminio pressofuso. Questa caratteristica, oltre a rendere possibile cicli di produzione molto veloci, permette il suo utilizzo anche in componenti che hanno necessità di una certa dissipazione termica.

Il progettista può infatti integrare delle zone con alette di dissipazione direttamente sul corpo del componente stesso, semplificando così ancora una volta la produzione e l’assemblaggio del prodotto finito.

9 - Eccellenti proprietà di schermatura elettromagnetica

Oltre ad essere un ottimo conduttore elettrico e termico, la zama è un materiale molto adatto per proteggere componenti elettronici da radiazioni e interferenze elettromagnetiche. Al contrario dei componenti in plastica utilizzati per questo scopo, la zama è un materiale che non necessita di essere ricoperto con specifici trattamenti conduttivi a base di rame.

La grande resistenza alla flessione e alla deformazione termica, pone la zama in netto vantaggio rispetto alle materie plastiche ricoperte con uno strato superficiale di rame conduttivo, nello schermare i componenti elettronici da disturbi elettromagnetici.

I problemi di interferenza elettromagnetica dovuti alla perdita di schermatura improvvisa, tipica dei componenti in materiale termoplastico ricoperto, con la zama appartengono al passato. 

10 - Buone proprietà antifrizione

Grazie alle buone caratteristiche auto-lubrificanti della zama, questa lega è molto impiegata in componenti che necessitano di questa particolare proprietà.

Se il carico non è eccessivo, la zama può essere considerata una valida alternativa al bronzo utilizzato solitamente per la costruzione di cuscinetti radenti.

11 - Buona proprietà antivibrante e capacità di smorzamento

Nel caso si debba produrre dei componenti con elevata capacità di smorzamento, la zama è un’ottima alleata del progettista. Essa infatti è una lega che ha una grande capacità di smorzamento delle vibrazioni.

A temperatura ambiente, la capacità di smorzamento della zama è 4 volte superiore a quella dell’alluminio e circa 2 volte superiore a quella dell’acciaio. Solamente la ghisa grigia ha maggiori capacità di smorzamento della zama.

12 - Eccellente resistenza alla corrosione

La zama ha una buona resistenza alla corrosione, sia in condizioni atmosferiche normali, sia a diretto contatto con prodotti petroliferi. In taluni casi, come ad esempio i componenti che vengono utilizzati in ambienti chiusi, i pressofusi in zama possono essere tranquillamente utilizzati anche senza alcun trattamento superficiale.

Nella stragrande maggioranza dei casi però, è consigliabile ricoprire in superficie i pressofusi con trattamenti galvanici specifici, studiati per esaltare le già ottime caratteristiche del materiale.  A seconda dei casi si potrà privilegiare l’aspetto tecnico o l’aspetto estetico.

Parlando di trattamenti prettamente tecnici, essi vengono fatti principalmente per aumentare le proprietà anticorrosive del materiale e per difenderlo ancora di più dagli agenti più aggressivi. Esistono dei trattamenti che possono arrivare a garantire una protezione alla corrosione vicina alle 1000 ore in nebbia salina. Questo è un aspetto molto interessante in quanto, da una parte la longevità di un componente pressofuso in zama può aumentare notevolmente nel tempo, dall’ altra questi trattamenti possono estendere il campo di utilizzo della lega stessa ad ambienti particolarmente aggressivi dal punto di vista corrosivo.

I trattamenti galvanici tecnici sono ottimi per elevare le capacità anti corrosive della zama. Essi però non sono adatti per aumentare la qualità dell’aspetto superficiale dei componenti. Per questo trovano largo impiego specialmente nella componentistica nascosta, dove l’aspetto estetico è secondario.

13 - Ampia gamma di trattamenti di finitura decorativi

Nel caso si voglia esaltare l’aspetto estetico dei componenti, è necessario spostarsi dai trattamenti tecnici verso quelli decorativi. Essi valorizzeranno enormemente i tuoi componenti, preservandone anche la funzione anti-corrosiva, seppur in maniera limitata rispetto ai trattamenti studiati in modo specifico per lo scopo.

I trattamenti estetici più diffusi e comunemente utilizzati sono cromatura, nichelatura, ramatura, ottonatura, stagnatura, doratura, argentatura, ecc. Ognuno di questi può essere declinato in una serie di varianti, come ad esempio finitura lucida, finitura opaca, finitura satinata, effetti di invecchiamento, passivazioni chiare o scure, ecc.

esempi finiture galvaniche su zama

Le combinazioni possibili con le finiture galvaniche sono molte, ma non è finita qui: sulla zama è ovviamente possibile applicare ogni tipo di verniciatura, sia a liquido, sia a polvere. È inoltre possibile applicare dei rivestimenti PVD, che sono utilizzati per i componenti altamente estetici e di pregio.

Con tutte queste possibilità di finitura, soddisfare le più svariate esigenze dei designers è quindi davvero facile.

14 - Alto grado di qualità percepita al tatto

Da sempre è risaputo che metallo è sinonimo di qualità, mentre plastica è sinonimo di "baracca". È vero che oggigiorno ci sono dei materiali termoplastici tecnici veramente prestazionali (ma con tutta una serie di problemi derivanti dalla tipologia stessa del materiale), ma quando una persona vede un componente cromato, lo tocca e sente che non è metallo, resta delusa. Diversa invece è la sensazione che ha la stessa persona quando tocca un pezzo di metallo: esso infatti trasmette piacevoli sensazioni di robustezza anche al tatto, specialmente grazie alla temperatura del componente stesso.

La zama inoltre, essendo una lega con una massa specifica piuttosto elevata, dà anche una sensazione di consistenza tipica degli oggetti di un tempo. Le leghe di zinco sono quindi un’ottima scelta nel caso si debbano produrre componenti estetici, che debbano anche trasmettere una sensazione di qualità al tatto, oltre che alla vista.

15 - Alta sicurezza intrinseca del metallo

Lo zinco, elemento base delle leghe zama, è il metallo con minore probabilità di rischio esplosione in ambienti confinati tra i metalli lavorabili per pressofusione.

La dimensione media delle particelle di polvere che può sviluppare lo zinco è mediamente 5 volte più grande di quelle del magnesio e circa del 20% in più rispetto quelle che può sviluppare l’ alluminio. Il potere calorifico della zama è decisamente ridotto rispetto a quello degli altri metalli: circa 5 volte meno di quello del magnesio e 6 volte meno di quello dell’alluminio. Inoltre, perché si creino le condizioni con possibilità di innesco, lo zinco ha bisogno di una concentrazione di polveri 11 volte maggiore di quella dell’alluminio e 25 volte maggiore di quella del magnesio.

Queste caratteristiche fanno sì che la zama sia un materiale molto sicuro da lavorare, ma anche affidabile e preferibile per i componenti da utilizzare in ambienti particolarmente a rischio, come ad esempio quelli adoperati nei settori petrolchimico e minerario.

16 - Sostenibilità ambientale al 100%

Al contrario di altri materiali, come ad esempio la plastica, le leghe di zinco sono amiche dell’ambiente perché sono completamente riciclabili e riutilizzabili più volte nel tempo. Lo zinco contribuisce enormemente alla sostenibilità ambientale.

Puoi stare tranquillo perché sai già fin da adesso che i tuoi componenti pressofusi in zama non potranno mai andare ad incrementare le dimensioni delle isole di plastica, che purtroppo sono presenti negli oceani da anni…

Per che tipo di componenti è adatta la zama?

I casi di successo di utilizzo delle leghe di zinco sono veramente tanti. La lista dei campi di applicazione è veramente lunga e, siccome oggi mi sono dilungato già abbastanza, ti invito a scaricare la guida gratuita Perché devi utilizzare la zama per produrre i tuoi componenti.

All’ interno della guida troverai:

  • Dove viene utilizzata la zama: la percentuale di consumo di componenti nei vari settori e una lista esemplificativa per ognuno di esso
  • Le tabelle con le caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche delle varie leghe di zinco
  • L’influenza sulle caratteristiche meccaniche che hanno i vari elementi della lega
  • I principi base di funzionamento della tecnologia di stampaggio utilizzata per la produzione dei componenti fabbricati in leghe di zinco
  • Il confronto con altri processi produttivi: precisione e aspetti economici
  • Tabelle di confronto delle varie caratteristiche meccaniche tra la zama e gli altri principali materiali utilizzati per la produzione in serie di componentistica
  • Quando la zama è da preferire ad altri materiale e quando no

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All’ interno troverai anche il link che ti permetterà di metterti in contatto con me per farmi privatamente qualsiasi ulteriore domanda sull’ argomento, magari inerente ad un tuo caso specifico.

Ti rinnovo inoltre l’invito a condividere questo articolo con tutti i tuoi amici e colleghi, in modo da contribuire a diffondere la conoscenza sulla zama.

"Maneggio la Zama sin da bambino e me ne occupo professionalmente a tempo pieno a partire dal lontano 1992.
Amo aiutare aziende, tecnici e progettisti a trasformare le loro idee ed i  loro progetti in componenti pressofusi in zama."

Alberto Giretti