Zink-Bearbeitung: Legierungen & Prozesse für optimale Teileproduktion auswählen

Zink (Symbol: Zn) ist ein nützliches Metall in der Fertigungsindustrie aufgrund seiner günstigen Materialeigenschaften wie guter Korrosionsbeständigkeit, elektrochemischer Leistung und Biokompatibilität.

In diesem Artikel besprechen wir die Eigenschaften von Zink und seinen Legierungen als CNC-Bearbeitungsmaterialien. Er umfasst auch die Eigenschaften von Zink, verschiedene Arten von Zinklegierungen, verschiedene Zinkbearbeitungsprozesse und eine eingehende Analyse der Bearbeitbarkeit von Zinklegierungen.

Eigenschaften und Charakteristika von Zink

Zinkmetall in seiner reinen Form ist ein glänzend-graues, sprödes chemisches Element mit begrenzten industriellen Anwendungen. Als reines Metall ist es nützlich beim Verzinken anderer Metalle wie Eisen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.

Zinklegierungen hingegen sind unglaublich nützlich und verfügen über eine Vielzahl wünschenswerter Eigenschaften, die sie hoch auf der Liste gängiger Bearbeitungsmaterialien platzieren. Zinklegierungen haben gute Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Duktilität. Zudem sind sie aufgrund ihrer Recycelbarkeit umweltfreundlich. Darüber hinaus ist Zink ein nicht teures Metall mit reichlicher Versorgung.

Jede Zinklegierung bietet einen spezifischen Mix an Materialeigenschaften. In diesem Abschnitt besprechen wir einige beliebte Zinklegierungen. Zu den wichtigsten Legierungselementen für Zink gehören Kupfer, Zinn, Magnesium und Aluminium.

Zamak 3

Die Zamak-Familie von Zinklegierungen hat die gängigsten Zinklegierungssorten, wobei Zamak 3 der Standard unter ihnen ist. Zamak 3 enthält 96 % hochreines Zink mit 4 % Aluminium. Darüber hinaus können bestimmte Varianten innerhalb von Zamak 3 auch Spuren von Kupfer, Magnesium und Eisen enthalten.

Es bietet eine Kombination aus Duktilität, Festigkeit, Veredelung und Dimensionsstabilität. Diese Eigenschaften, verstärkt durch seinen Schmelzpunkt von 384 °C, machen es hoch gießbar. Daher ist Gießen wohl seine beliebteste industrielle Verwendung.

Zusätzlich hat Zamak 3 auch die charakteristische Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit von Zinklegierungen.

Zamak 5

Zamak 5 ist ein weiterer Zinklegierungsgrad aus der Zamak-Gruppe. Seine Zusammensetzung enthält ~1 % Kupfer zusätzlich zu den 4 % Aluminium, die allen Zamak-Graden gemeinsam sind.

Diese Zugabe von Kupfer erhöht Festigkeit und Härte der Zinklegierung. Diese Eigenschaften gehen jedoch auf Kosten verringerter Duktilität und Dimensionsgenauigkeit. Insgesamt ist Zamak 5 jedoch eine großartige Zinklegierung mit guter Gießbarkeit und Bearbeitbarkeit.

ZA 8

ZA 8 ist eine Zink-Aluminium-Legierung mit 8,4 % Aluminiumgehalt. Ihre Hauptqualitäten umfassen hohe Festigkeit und Härte sowie Kriechfestigkeit, was eine einzigartige Eigenschaft unter Zinklegierungssorten ist. Auch unterstützt sie verschiedene Oberflächenveredelungsprozesse und ist somit eine gängige Wahl für die Herstellung von Dekorationsartikeln.

Einer ihrer Hauptvorteile ist die Kompatibilität mit Druckgussverfahren, einschließlich Warmkammer-Druckguss. Ihre Fließfähigkeit ermöglicht das Gießen komplexer Geometrien mit dünnen Merkmalen.

EZAC

EZAC ist ein innovativer Zinklegierungsgrad mit Aluminium- und Kupfergehalt. Er hat bemerkenswerte Festigkeit, Härte und Kriechleistung, oft als die beste unter gängigen Zinklegierungssorten bezeichnet.

Er ist besonders für Druckgussanwendungen geeignet aufgrund seines Schmelzpunkts und seiner Fließfähigkeit. Sein niedriger Schmelzpunkt bedeutet, dass er mit Warmkammer-Druckguss kompatibel ist, was seine potenziellen Anwendungen in verschiedenen Branchen erhöht.

ZA 27

ZA 27 ist eine weitere Zinklegierung mit hohem Aluminiumgehalt, mit ca. 28 % Aluminium und 2,5 % Kupfer. Sie ist leicht, stark, hart und hat gute Kriecheigenschaften. Zusätzlich hat sie einen relativ hohen Schmelzpunkt unter Zinklegierungen, was sie für Kaltkammer-Druckguss geeignet macht.

Tombak

Tombak ist primär eine Messinglegierung mit ca. 5–20 % Zinkgehalt. Sie ist bekannt für ihren niedrigen Kosten, Formbarkeit und glänzendes Erscheinungsbild. Abhängig von der Zusammensetzung anderer Legierungselemente (Zinn, Kupfer, Blei usw.) kann sie verschiedene Farbtöne annehmen.

Sie ist eine beliebte Wahl für die Herstellung von Produkten mit ornamentalem Wert wie Medaillen, Dekorationsstücken und Knöpfen aufgrund ihres goldenen Aussehens.

Bearbeitbarkeit von Zinklegierungen

Zinklegierungen sind im Allgemeinen leicht zu bearbeiten und verursachen nicht viele Probleme. Allerdings zeigen sie, wie bei jedem Material, spezifische Verhaltensweisen, die bestimmte Überlegungen und Anpassungen von Zerspanern erfordern, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Einige Kernaspekte der Zinkbearbeitbarkeit werden unten diskutiert.

Klebriges Verhalten

Zink erhitzt sich während der Bearbeitung schnell. Die thermische Erweichung, die den Temperaturanstieg begleitet, kann zu "Klebrigkeit" im Material führen. Das bedeutet, dass die Zinklegierung dazu neigt, an der Schneide des Werkzeugs zu haften, was den Werkzeugverschleiß erhöht und die Schneitleistung verschlechtert.

Niedriger Schmelzpunkt

Ein ähnliches temperaturbedingtes Problem ist, dass thermische Erweichung Zerspanern manchmal einen aggressiven Bearbeitungsansatz verwehrt. Zum Beispiel sind sehr hohe Vorschübe aufgrund übermäßiger Materialscherung möglicherweise nicht möglich.

Sprödigkeit

Obwohl inhärent duktil, kann das spröde Verhalten einiger hochaluminiumhaltiger Legierungssorten Absplitterungsprobleme verursachen.

Sicherheitsrisiken

Während die Zinkbearbeitung kurze, handhabbare Späne produziert, können feine Bearbeitungs- oder Schleifanwendungen Staub erzeugen, der nicht eingeatmet werden sollte. Daher wird empfohlen, bei solchen Operationen für angemessene Belüftung zu sorgen.

Verschiedene Bearbeitungsverfahren für Zinklegierungen

Zinklegierungen sind ein gängiges Material in Werkstätten. Sie sind mit einer Vielzahl von Bearbeitungsoperationen kompatibel, von denen einige kurz erklärt werden.

Fräsen

Fräsen ist der am weitesten verbreitete Bearbeitungsprozess für die Zinkbearbeitung. Mit fortschrittlichen Fähigkeiten wie 5-Achsen-CNC-Bearbeitung ist es ein Spitzenprozess zur Herstellung unregelmäßiger, prismatischer Formen.

Drehen

Drehen ist hilfreich bei der Bearbeitung zylindrisch geformter Objekte auf Drehmaschinen. Moderne Drehmaschinen bieten Mehrfachfunktionen mit hoher Genauigkeit, einschließlich Drehfräsoperationen. Das Drehen von Zink ist, wie beim Fräsen, einfach, kann aber Probleme mit der Erweichung (Klebrigkeit) des Materials haben.

Bohren

Bohren ist der Standard-Lochbearbeitungsprozess, der Bohrer verschiedener Länge-zu-Radius-Verhältnisse mit spiraligen Nuten verwendet. Das Bohren von Zinklegierungen wird besser mit Flutkühlung und geschärften Bohrern durchgeführt, um die Wärmeakkumulation in der Schneidzone zu minimieren. Ansonsten können Zinklegierungen mit großzügigen Schnittparametern bearbeitet werden, was hohe Materialabtragsraten ermöglicht.

Druckguss

Druckguss ist ein hocheffizientes und beliebtes Fertigungsverfahren zur Herstellung von Zinkkomponenten mit komplexen Formen und engen Toleranzen. Im Gegensatz zu traditionellen Bearbeitungsprozessen beinhaltet Druckguss die Verwendung von Formen oder Matrizen zur Erstellung des gewünschten Teils.

Elektroerosion (EDM)

EDM ist keine klassische Bearbeitungsoperation, aber dennoch eine sehr nützliche und regelmäßige Methode zur Herstellung prismatischer Teile in Werkstätten. Die gute elektrische Leitfähigkeit von Zink macht es zu einem EDM-kompatiblen Material.

Oberflächenveredelungsoptionen für Zinkteile

Zinklegierungen sind mit einer Reihe von Oberflächenveredelungsmethoden kompatibel, einschließlich:

• Galvanisieren: Zinklegierungen unterstützen Galvanisieren mit Materialien wie Nickel und Kobalt, um spezifische Oberflächenveredelungen, Eigenschaften und verbesserte Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.
• Chromat-Umwandlungsbeschichtung: Chromat-Umwandlungsbeschichtung verbessert das ästhetische Erscheinungsbild und die Korrosionsbeständigkeit von Zinklegierungen. Zudem ist sie in verschiedenen Farben erhältlich.
• Pulverbeschichtung: Pulverbeschichtung verleiht der Oberfläche ein raueres Aussehen und macht sie beständig gegen abrasive Aktionen wie Absplittern und Kratzen.
• Eloxieren: Eloxieren erzeugt eine dünne, schützende Oxidschicht auf der Oberfläche der Zinklegierung, was die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
• Lackieren: Zinklegierungen sind mit Lacken kompatibel, sodass Benutzer jede gewünschte Farbe erhalten können.

Tipps und Tricks für die Bearbeitung von Zinklegierungen

In den vorherigen Abschnitten haben wir festgestellt, dass die Bearbeitbarkeit von Zinklegierungen hoch ist. Sie sind nicht so schwierig zu handhaben wie andere Materialien wie die Titanbearbeitung zum Beispiel. Dennoch gibt es auch einige Expertenlösungen zur Optimierung der Bearbeitungsprozesse von Zinklegierungen.

Bearbeitbare Zinklegierungen bevorzugen

Während dies selbstverständlich ist, wird es leicht übersehen. Wenn Sie die Wahl zwischen mehreren Zinklegierungen haben, wählen Sie die, die Ihre Zerspaner als leichter zu handhaben empfinden, wie Zamak 3 oder Zamak 5. Dies zahlt sich in Bezug auf Dimensionsgenauigkeit und Zeitersparnis aus.

Scharfe Schneidwerkzeuge

Um die Klebrigkeit von Zinklegierungen zu bekämpfen und den Werkzeugverschleiß zu minimieren, sind schärfere Schneidwerkzeuge vorzuziehen. Sie üben konzentrierte Schneidkräfte aus und minimieren den Pflugeffekt. So entstehen kurze Späne, die abfliegen, anstatt am Werkzeug zu haften.

Großzügig mit Kühlmittel sein

Thermische Erweichung ist ein großes Problem bei der Zinkbearbeitung. Daher hilft eine reichliche Kühlmittelzufuhr, Reibung zu minimieren und Temperaturen unter Kontrolle zu halten, was wiederum die Oberflächenveredelung und Späneproduktion verbessert. Zudem sollte wasserbasiertes Kühlmittel Ihre bevorzugte Wahl sein.

Mäßige bis hohe Schnittgeschwindigkeiten

Wenn sich die Zinklegierung schnell erhitzt, erhöhen Sie die Schnittgeschwindigkeit leicht, um die Schneidetemperaturen zu reduzieren. Dies verringert die Werkzeug-Material-Kontaktdauer und führt zu höherer Wärmeableitung durch die Späne.

Hartmetall/HSS-Werkzeuge

Zinklegierungen können übermäßigen Werkzeugverschleiß oder thermische Verformungen verursachen. Daher ist Hartmetall eine gute Wahl aufgrund seiner guten Verschleißfestigkeit und thermischen Stabilität. Für leichtere Arbeiten funktioniert HSS auch recht gut mit Zinklegierungssorten.

Anwendungen von Zinkteilen

Da wir die Bearbeitbarkeitsaspekte von Zinklegierungen verstehen, ist es an der Zeit, einige Anwendungen von zinkbearbeiteten Teilen zu besprechen. Eine kurze Liste von Zinklegierungsteilen ist unten aufgeführt.

• Automobilkomponenten: Automobilunternehmen verwenden Zinklegierungen zur Herstellung von Motorblockkomponenten, Halterungen, Dekorationsartikeln usw.
• Elektronische Gehäuse: Die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit von Zinklegierungen macht sie ideal für die Herstellung von Gehäusen und Kühlkörpern für elektronische Geräte.
• Medizinische Instrumente: Die Biokompatibilität von Zinklegierungen macht sie zu einem günstigen Material für einige medizinische Instrumente.
• Hardware: Zinklegierungen sind eine beliebte Wahl für Befestigungselemente wie Schrauben, Muttern und Bolzen für Niedrigimpact-Anwendungen wie Haushaltsgeräte und Armaturen. Sie bieten ausreichende Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und ästhetische Oberflächenveredelungsoptionen für solche Anwendungen.
• Konsumgüter: Zinklegierungen sind auch eine beliebte Wahl für Konsumartikel wie Reißverschlüsse, Scharniere und Schmuck aufgrund ihres niedrigen Kosten und ornamentalen Erscheinungsbilds.

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WayKen ist ein Rapid-Manufacturing-Unternehmen, das professionelle Metallbearbeitungsdienstleistungen anbietet, einschließlich Zinkbearbeitung. Unsere hochmoderne Fertigungsanlage und unser professionelles Team sind bestens gerüstet, um Zinklegierungsteile mit hoher Präzision und Toleranzstandards herzustellen.

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Fazit

Zinklegierungen gehören sicherlich zu den wichtigsten Materialgruppen in der Bearbeitungsindustrie, mit einer vielfältigen Palette von Sorten, Prozessen und Anwendungen. Ihre vorteilhaften Eigenschaften, zusammen mit ihrer hohen Bearbeitbarkeit, machen sie perfekt für Werkstattumgebungen.