I vantaggi della zama e dell’ottone a confronto - Zama Solutions

I vantaggi della zama e dell’ottone a confronto

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Ti sei mai chiesto cosa preferire, zama o ottone, per la produzione dei tuoi componenti?
Per rispondere a questa domanda bisogna innanzitutto fare una distinzione tra le tipologie di ottone esistenti e le differenti tecniche con le quali vengono lavorate.

Come abbiamo già visto nel post: “È meglio la zama o l’ottone per i tuoi componenti in serie?”, le proprietà dell’ottone pressofuso non sempre coincidono con lo stesso materiale sottoposto alla lavorazione a barra.

Pertanto, anche in termini di “vantaggi”, è necessario fare una distinzione a seconda della tecnologia di produzione adottata.

Vediamo allora in dettaglio quali sono questi vantaggi che potresti ottenere scegliendo la zama o l’ottone.

Velocità di produzione

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

… con la pressofusione:
la velocità di stampaggio dell’ottone, in questo caso, risulta di molto inferiore a quella della zama, anche perché nella lavorazione della lega di ottone è solitamente coinvolta una grande quantità di materiale che va a rallentare l’intero processo.
Inoltre, l’ottone ha una temperatura di fusione molto più elevata della zama, quindi richiede tempi di solidificazione più lunghi.
…a barra
il rapporto di velocità tra il processo di pressofusione della zama e la lavorazione dell’ottone è direttamente proporzionale alla complessità geometrica del componente.
Più è complesso, più conviene la zama.
Più è semplice, più potrebbe sembrare conveniente l’ottone.
In realtà, quanto appena affermato è una semplice generalizzazione:
per capire quale materiale sia più indicato per uno specifico componente, andrebbe fatta un’analisi comparativa, caso per caso.
Sempre in generale, possiamo dire che la lavorazione dell’ottone a barra è indicata per lotti più piccoli, poiché non necessita di particolari attrezzature.

Risparmio energetico

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: il consumo di energia richiesto per la lavorazione dell’ottone è molto più alto rispetto alla zama, a causa del suo punto di fusione più elevato.
a barra: in questo caso è l’ottone a consumare di meno rispetto alla zama, in quanto la lavorazione avviene a freddo e quindi non richiede un dispendio energetico.

Vuoi saperne di più sulla zama e conoscere tutte le sue caratteristiche? Ti interessa scoprire i vantaggi che offre ai tuoi componenti rispetto ad altri materiali?

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Pezzi stampati con forma definitiva

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: Le precisioni ottenibili con la pressofusione dell’ottone sono piuttosto basse e, di conseguenza, non esiste alcun pezzo di ottone direttamente utilizzabile. Sono sempre necessarie una o più lavorazioni meccaniche dopo la fusione, a cominciare dalla fase di tranciatura della materozza – che è difficilmente prevista per la zama – per poi proseguire con l’asportazione di truciolo, necessaria ad ottenere qualsiasi altra quota in tolleranza. Diversamente, la zama pressofusa permette, nella maggior parte dei casi, di avere dei pezzi stampati dimensionalmente finiti, poiché garantisce un’elevata accuratezza e stabilità dimensionale.

…a barra: essendo una lavorazione tipicamente CNC, la precisione dipende dalla macchina utilizzata. In questo caso si possono quindi produrre da subito dei pezzi con forma definitiva.

Bassa usura degli stampi

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: Lo stampo per la produzione di componenti pressofusi in ottone, ha una longevità molto inferiore, poiché dura dalle 5 alle 10 volte in meno rispetto alla zama.

…a barra: questa tecnologia non richiede uno stampo, ma tutta una serie di altri utensili che comunque si consumano. Risulta quindi difficile fare una comparazione diretta tra la durata degli strumenti impiegati nelle due lavorazioni, perciò il paragone andrebbe fatto caso per caso.

Sicurezza

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: le alte temperature in gioco richiedono delle precauzioni sia per l’ottone che per la zama. Dal momento che il materiale in ottone fonde a 900-950 gradi – ovvero una temperatura molto maggiore di quella richiesta dalla zama, che si aggira attorno ai 420 gradi – viene logico pensare che le precauzioni richieste per la lega dell’ ottone siano ancora maggiori. Comunque le norme in materia di sicurezza sono molto severe in entrambe le tecnologie.

…a barra: qui non ci sono problemi di temperatura, ma ovviamente la sicurezza della lavorazione è data dalla conformità CE delle macchine utilizzate per la lavorazione.

Elevata ripetibilità e qualità di produzione

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: Quando si lavora la zama, nella maggior parte delle volte il pezzo è finito di stampo. Nel caso dell’ottone pressofuso, invece, la precisione non si riesce ad ottenere subito, ma solo in seguito con le post lavorazioni (e ovviamente con un aumento dei costi).

…a barra: Nel caso della lavorazione a barra, la ripetibilità e la qualità della lavorazione è direttamente proporzionale alla precisione delle macchine CNC, che in generale offrono una maggior precisione rispetto al pezzo pressofuso.

Complessità del progetto

Confronto tra la zama e l’ottone lavorato…

…con la pressofusione: Abbiamo sempre visto che la lavorazione di un componente in zama offre un’elevata libertà di progetto. Per l’ottone si può dire lo stesso, perché comunque i pezzi vengono stampati in forma semplificata e poi complicati e completati con le lavorazioni successive.

…a barra: In questo caso, la zama risulta più vantaggiosa. Questo perché – sebbene le macchine automatiche permettano lavorazioni multi asse – le operazioni tipiche sono quelle di: tornitura, fresatura di superfici piane e foratura. Ma, per non avere tempi di processo troppo elevati ed un dispendio economico eccessivo, le forme con superfici complesse di fatto non si fanno.

Elevata compatibilità ambientale

In questo caso non c’entra il tipo di lavorazione, ma il rispetto per l’ambiente è legato alle proprietà del materiale: zama o ottone.
Entrambi sono delle leghe metalliche, per questo è sufficiente rifonderle per poterle riutilizzare (pressoché all’infinito), nel totale rispetto dell’ambiente.

Prezzo del materiale

La densità dell’ottone è di circa il 26% superiore a quella della zama.
Il prezzo medio al kg dell’ottone (dipende dalla lega) è circa il doppio di quello della zama.

Quindi a parità di volume la quota materiale è decisamente a favore della zama.

Facciamo un esempio, per rendere meglio l’idea:

Prendiamo in esame un pezzo di materiale delle dimensioni di 1 cm3.

Peso di 1 cm3 di zama = 6,7 grammi.
Peso di 1 cm3 di ottone = 8,5 grammi.
Il costo della zama è di circa 2,5 €/Kg.
Il costo dell’ottone è di circa 5 €/Kg.

Il costo della quota di materiale per un pezzo in zama = € 0,017.
Il costo della quota di materiale per un pezzo in ottone = € 0,043.

Il costo del materiale per 1000 pezzi della

Zama = 17
Ottone = 43.

Differenza della percentuale ottone / zama = 253%.

In più, va ricordato che, durante la lavorazione, la quantità di zama che si spreca (calcoliamo circa il 5% in peso di calo di fusione) è minore rispetto all’ottone.

Per la lega di ottone, infatti, lo sfrido è decisamente più alto sia per i pezzi pressofusi, sia per i pezzi lavorati da barra.

È vero che i trucioli vengono recuperati, ma un conto è il prezzo del materiale che paghi come “vergine” ed un altro conto è il valore che ti danno quando lo rendi come “rottame”.
Di conseguenza, la differenza – in percentuale – di costo sul materiale potrebbe essere decisamente più alta. Questo significa che la zama risulta vantaggiosa in termini di prezzo, soprattutto su lotti molto grandi, dove – una volta recuperato il gap del costo dello stampo – la zama può davvero far risparmiare rispetto all’ottone.

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La zama si rovina con il tempo?

Mi viene spesso domandato se la zama si rovina con il passare degli anni.

Abbiamo tutti presente l’effetto dell’argento o del rame, che anneriscono con il tempo e che spesso causano segni antiestetici sul corpo se indossati come gioielli.

Ebbene, la zama non si rovina al pari di questi metalli. Se viene protetta con opportuni trattamenti superficiali non annerisce e non macchia nemmeno la pelle a contatto con il sudore.

Anche per questo trova largo impiego nella produzione di gioielli e altri accessori di bigiotteria. Inoltre, le leghe di zinco sono particolarmente resistenti.

Sappiamo bene che la zama è una lega metallica composta prevalentemente da Zinco abbinato ad altri elementi, come l’Alluminio e il Rame.

Questa lega è nata con lo scopo di rendere un ottimo materiale, come lo Zinco, più duro e robusto, ma al tempo stesso anche più duttile per essere lavorato.

Quindi nel caso delle leghe di zinco si può parlare di una maggior resistenza:

agli urti,
all’usura e
alla corrosione.

Gli articoli prodotti in zama pressofusa durano di più, quindi, rispetto a quelli prodotti con altre leghe o con la plastica, proprio grazie alla durezza del materiale con cui vengono realizzati (paragonabile a quella della ghisa o dell’ottone).

Come migliorare la resistenza alla corrosione della zama

La zama ha una buona resistenza alla corrosione, sia in condizioni atmosferiche normali, sia a diretto contatto con prodotti petroliferi.

La zama può essere tranquillamente utilizzata anche senza alcun trattamento superficiale in certi ambienti chiusi, ma per aumentare maggiormente la sua durata nel tempo, soprattutto in condizioni estreme, è sufficiente aggiungere un processo di finitura galvanica.

A seconda dei casi, questo passaggio potrà privilegiare l’aspetto tecnico o quello estetico.

Quando scegliere allora una finitura più tecnica o una estetica per proteggere la zama dalla corrosione?

Lo vediamo subito.

Trattamenti tecnici:

Il loro unico scopo è quello di migliorare le proprietà anticorrosive del materiale e di difenderlo ancora di più dagli agenti 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 anticorrosive della zama. Essi però non sono adatti per aumentare la bellezza superficiale dei pezzi prodotti.

Per questo trovano largo impiego specialmente nella componentistica nascosta, dove l’aspetto estetico è decisamente secondario.

Trattamenti estetici:

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.

Il loro scopo è quello di valorizzare l’aspetto dei tuoi componenti, preservandone anche la funzione anticorrosiva, seppur in maniera limitata rispetto alle finiture di tipo tecnico.

Se vuoi conoscere meglio i trattamenti dei componenti in zama e come avviene la loro lavorazione, puoi trovare le informazioni più dettagliate nella mia guida:

“Leghe di Zinco: scopri perché utilizzarle per produrre i tuoi componenti”

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Caratteristiche chimico-fisiche della zama

Se ti stai chiedendo come riconoscere la zama, dove si trova e quando è più conveniente utilizzarla, ti sarà tutto più chiaro una volta comprese a fondo le sue caratteristiche chimico-fisiche e anche quelle meccaniche.

Viene infatti utilizzata in tutte quelle situazioni in cui sono richieste le sue proprietà come: durezza, resistenza, peso specifico, limitata corrosione ne tempo, facilità di lavorazione, ecc.

Essendo una lega chimica, le sue proprietà sono influenzate sicuramente dallo zinco, responsabile delle caratteristiche principali, poiché determina soprattutto la densità della zama ma anche il peso specifico della zama, e molto altro.

Trattandosi di una lega di zinco e non del materiale puro, ci sono però anche altri componenti che partecipano alla formulazione e ne influenzano le proprietà.
Se il peso specifico dello zinco è più o meno sempre mantenuto, i metalli che vengono aggiunti possono andare ad influenzarne la resistenza, la durezza, ecc.

In effetti, quando si parla di zama, sarebbe più corretto classificarla come una “famiglia di leghe”, dal momento che esistono più tipologie.
Gli appartenenti a questa famiglia si differenziano tra loro per le concentrazioni percentuali di ciascun elemento legato allo zinco. Si può avere infatti, una lega di rame e zinco, una lega di zinco e alluminio, ecc.

Abbiamo così le leghe stampabili a camera calda la Zama 2 (ZP2), la Zama 3 (ZP3), la Zama 5 (ZP5) e la Zama 8 (ZP8).

Esistono poi anche la Zama 12 (con il 12% di alluminio) e la Zama 27 (con il 27% di alluminio). Queste due leghe sono stampabili solo a camera fredda, perché le alte percentuali di alluminio in esse contenute innalzano la temperatura di fusione a tal punto da non rendere possibile il processo a camera calda.
Il punto di fusione dell’alluminio è infatti molto più alto rispetto a quello dello zinco o del punto di fusione del rame, ecc. Quindi leghe con alte concentrazioni di questo metallo andranno lavorate con un processo diverso.

Quando scegliere una lega di zama piuttosto che l’altra?

Dipende tutto dalle esigenze di progettazione e dal risultato finale che si vuole ottenere.

La ZP3 e la ZP5 sono quelle più utilizzate. Entrambe hanno un’elevata stabilità dimensionale, ma la ZP3 ha una miglior resistenza alla corrosione, mentre la ZP5 è da preferire se si vuole ottenere una resistenza all’impatto davvero alta.
La ZP2 è quella con caratteristiche meccaniche migliori, ma tende ad invecchiare più facilmente delle altre.
La ZP8, invece, offre una resistenza e una durezza del componente davvero elevate, ma di fatto non ha molto mercato a causa del costo elevato richiesto, per il materiale stesso e per la sua lavorazione.

Lavorare con una lega – anziché un metallo puro – offre diversi vantaggi.

Il sistema zinco-alluminio, al quale vengono poi abbinate piccole percentuali di altri elementi, permette di esaltare una caratteristica piuttosto che l’altra, a seconda delle esigenze.

La zama risulta così un materiale versatile e vantaggioso in termini economici, produttivi e di progettazione.

Facciamo un esempio: se aggiungiamo allo zinco l’alluminio – fino al 4,5%, altrimenti otteniamo l’effetto contrario – possiamo abbassare il punto di fusione.
Cosa vuol dire questo?
Che utilizzando la zama – anziché lo zinco puro – puoi risparmiare. Questo perché la quantità di calore richiesta per rendere la zama liquida, e quindi lavorabile, risulta inferiore a quella necessaria per fondere il metallo puro.
E il tutto si traduce in un bel vantaggio economico.

Oppure, sempre aggiungendo l’alluminio – e ancora meglio se ci abbini una piccola percentuale di rame – potresti aumentare la resistenza e la durezza dei tuoi componenti qualora il progetto lo richiedesse.

E così via.

Grazie alla conoscenza di come influisce ciascun elemento chimico su ognuna delle caratteristiche della lega, possiamo scegliere le percentuali più adatte per ottimizzare la lavorazione di un prodotto e modellare le sue qualità secondo le nostre esigenze.

Riassumo in uno schema le composizioni principali delle leghe di zinco:

	ZP3 (ZnAl4)	ZP5 (ZnAlCu3)	ZP2 (ZnAl4Cu3)	ZP8 (ZnAl4Cu1)

Alluminio %	3.7 – 4.3	3.7 – 4.3	3.7 – 4.3	8.0 – 8.8
Rame %	0.1	0.7 – 1.2	2.7 – 3.3	0.8 – 1.3
Magnesio %	0.025 – 0.05	0.025 – 0.05	0.025 – 0.05	0.015 – 0.03
Zinco%	resto	resto	resto	resto

Per comprendere meglio questo schema e capire nel dettaglio come ogni singola aggiunta possa modificare le caratteristiche della lega, bisogna studiare l’influenza determinata dai fattori chimici presenti.

Ti vorrei ricordare che quanto riportato nel mio blog fa sempre riferimento alla normativa attualmente in vigore. In particolare per questo argomento vorrei citare come fonte le Norme UNI EN 1774.

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