Bearbeitungsgrade für Zinklegierungen, CNC-Techniken und -Praktiken

Die Zinkbearbeitung ist aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften für viele Branchen von entscheidender Bedeutung und erleichtert Innovationen. Zinklegierungen werden aufgrund ihrer Kosteneffizienz, Vielseitigkeit und hohen Genauigkeit für viele Anwendungen in Betracht gezogen. Darüber hinaus machen die einzigartigen Eigenschaften von Zinkmetall und die einfache Kombination mit anderen Metallen es zu einer geeigneten Legierung für Präzisionsteile mit den gewünschten Eigenschaften. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Zinklegierungen und ihre Eignung für die CNC-Bearbeitung.

Was ist eine Zinklegierung?

Zinklegierungen sind eine Kombination aus Zink und anderen Metallen wie Zinn, Aluminium, Kupfer oder Cadmium. Diese Materialien weisen bessere Eigenschaften als reines Metall auf, wie beispielsweise hohe Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und Festigkeit. Zinklegierungen werden häufig beim thermischen Spritzen, im Druckguss und in der Herstellung von Bauteilen für Bauwesen, Haushaltsgegenstände und die Automobilindustrie eingesetzt.

Warum eignet sich Zink für die Präzisionsbearbeitung?

Zink ist aufgrund seiner hervorragenden Bearbeitungseigenschaften, die enge Toleranzen und Wirtschaftlichkeit ermöglichen, eine bevorzugte Wahl für die Präzisionsbearbeitung. Der niedrige Schmelzpunkt und die hohe Wärmeleitfähigkeit machen Zink zu einem geeigneten Werkstoff für die spanende Bearbeitung. Zink bietet zudem eine stabile Spanbildung, die die Bearbeitungsvorgänge mit hoher Präzision und Effizienz weiter verbessert.

Kurze Geschichte der Zinklegierungen

Zinklegierungen haben eine jahrtausendealte Geschichte. Sie wurden erstmals in der Antike als Messing verwendet, da Zink erst im 1400. Jahrhundert als reines Metall erkannt wurde. Die ersten Zinkproduktionen und -raffinationen erfolgten in China und Indien, ab dem 18. Jahrhundert auch in Europa.

10 Arten von Zinklegierungen für die Bearbeitung

Für die Bearbeitung werden Zinklegierungen wie Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5, Zamak 7, ZA-8 und viele mehr verwendet. Details zu den zehn gängigsten Zinklegierungen für die Bearbeitung werden im Folgenden erläutert:

1.Zamak 3

Zamak 3 ist eine gängige Druckgusslegierung auf Zinkbasis. Sie zeichnet sich durch hohe Gießbarkeit, ein gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Sie ist bekannt für ihre Druckguss- und Veredelungseigenschaften und eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen.

Vorteile

Zamak 3 bietet viele Vorteile. Es verfügt über:

• Hohe Fließfähigkeit ermöglicht einfaches Druckgießen
• Gute Duktilität für Biege- und Formanwendungen
• Hohe Maßgenauigkeit und Stabilität
• Gute Korrosionsbeständigkeit
• Hohe Wirtschaftlichkeit

Einschränkungen

Zamak 3 hat wenige Einschränkungen. Es hat

• Geringere Zugfestigkeit als einige andere Legierungen
• Und es ist anfällig für Kriechen

Typische Anwendungen

Zamak 3 verwendet in

• verschiedene Autokomponenten, wie Türgriffe und Zierteile.
• elektronische Gehäuse, Steckverbinder und andere Komponenten.
• Scharniere, Schlösser und andere Hardwareteile.
• Möbel, Geräte und andere Haushaltsprodukte.
• medizinische Geräte und Instrumente.

2.Zamak 5

Zamak 5 besteht hauptsächlich aus Zink und Aluminium sowie weiteren Legierungselementen. Es ist bekannt für seine Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und hervorragenden Druckgusseigenschaften.

Vorteile

Zamak 5 hat viele Vorteile. Es hat

• Hohe Festigkeit und Härte
• Gute Korrosionsbeständigkeit
• hervorragende Druckgusseigenschaften
• Hohe Wirtschaftlichkeit

Einschränkungen

Zamak 5 weist einige Einschränkungen auf. Es verfügt über:

• Geringere Duktilität
• Geringe thermische Festigkeit bei hohen Temperaturen
• Hohes Gewicht und nicht für gewichtssensible Anwendungen geeignet.

Typische Anwendungen

Zamak 5 hat viele Anwendungen. Es wird verwendet in

• Automobilkomponenten wie Halterungen, Getriebegehäuse und Motorkomponenten
• Konsumgüter für Zierteile, Möbelschlösser und Griffe.
• Industrielle Ausrüstung in Maschinen und Anlagen
• Baubeschläge
• Sanitärarmaturen

3.Zamak 7

Zamak 7 ist bekannt für seine gute Duktilität, hervorragende Gießbarkeit und relativ hohe Festigkeit. Es enthält hauptsächlich Zink sowie kleinere Mengen Aluminium und andere Elemente.

Vorteile

Zamak 7 hat:

• Hervorragende Gießbarkeit
• Hohe Duktilität
• Gute Kraft
• Dimensionsstabilität.
• Korrosionsbeständigkeit
• Niedriger Schmelzpunkt

Einschränkungen

Zamak 7 weist einige Einschränkungen auf. Es ist:

• Anfällig für Wasserstoffversprödung
• Hat eine geringere Festigkeit im Vergleich zu einigen anderen Legierungen
• Nicht für Hochtemperaturanwendungen geeignet
• Möglicherweise ist eine Oberflächenbehandlung erforderlich

Typische Anwendungen

Es wird hauptsächlich verwendet in:

• Automobilkomponenten wie Motorhalterungen, Lenkungskomponenten
• Elektrische und elektronische Komponenten wie Gehäuse, Steckverbinder und andere Teile
• Industrielle Komponenten wie Pumpen, Ventile
• Haushaltsgeräte wie Griffe
• Textilmaschinen

4.Zamak 2

Zamak 2 wird hauptsächlich im Druckguss verwendet. Es ist bekannt für seine hohe Festigkeit, Härte und Kriechfestigkeit. Es besteht hauptsächlich aus Zink mit Kupfer und anderen Elementen.

Vorteile

Zamak 2 hat:

• hohe Zugfestigkeit und Härte
• ausgezeichnete Kriechfestigkeit
• gute Korrosionsbeständigkeit
• Leicht zu gießen und zu bearbeiten
• hohe Maßgenauigkeit
• Schwingungsdämpfung und Dämpfungsvermögen

Einschränkungen

Zamak 2 hat einige Einschränkungen. Es hat

• erhöhte Sprödigkeit
• hohe Schrumpfung
• nicht ideal für Anwendungen mit hoher Belastung oder hohen Temperaturen
• höhere Kosten

Typische Anwendungen

Zamak 2 verwendet in

• Metallumformwerkzeuge
• Kunststoff-Spritzgusswerkzeuge
• Industriearmaturen und Getriebe
• Kfz-Komponenten
• Haushaltsgeräte
• konsumgüter

5.ZA-8

ZA-8 ist eine Zinklegierung mit hohem Aluminium- und Kupferanteil. Sie zeichnet sich im Vergleich zu herkömmlichen Zinklegierungen durch hohe Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit aus.

Vorteile

ZA-8 hat viele Vorteile. Es verfügt über:

• verbesserte mechanische Eigenschaften
• Kriechfestigkeit
• hohe Fließfähigkeit, geeignet für Druckguss
• hohe Beschichtung und Oberflächenveredelung
• verbesserte Korrosionsbeständigkeit.
• funkt nicht.

Einschränkungen

ZA-8 weist nur wenige Einschränkungen auf. Es ist:

• Bei Belastung mit hohen Temperaturen ist es anfällig für plastische Verformungen.
• weist nach Alterung Dimensionsänderungen auf
• hat spröde Natur

Typische Anwendungen

ZA-8 hat viele Anwendungen in:

• dekorative Produkte
• Lager, bei denen Einsätze und Buchsen mit minimalem Verschleiß benötigt werden.
• langlebige Komponenten, bei denen Haltbarkeit und Festigkeit entscheidend sind.
• dünnwandige Teile
• Anwendungen mit ästhetischen Oberflächen

(Klicken Sie auf diese Schaltflächen, um die chemische Zusammensetzung anzuzeigen)

6.ZA-12

ZA-12 ist für seine hohe Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit bekannt. Darüber hinaus verfügt es über eine hervorragende Gießbarkeit und Kosteneffizienz.

Vorteile

ZA-12 hat viele Vorteile. Es verfügt über:

• hohe Festigkeit und Härte
• ausgezeichnete Verschleißfestigkeit
• gute Gießbarkeit
• Dimensionsstabilität
• Bearbeitbarkeit und Plattierungsfähigkeit

Einschränkungen

ZA-12 weist folgende Einschränkungen auf:

• nicht für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
• anfällig für Wasserstoffgasporosität (in einigen Fällen)

Typische Anwendungen

ZA-12 verwendet in

• Druckguss
• Dauerformguss
• Schwerkraftguss
• Lagerkomponenten
• Motorkomponenten
• Baubeschläge
• Geschäftsmaschinen
• Öl- und Benzinventile

7.ZA-27

ZA-27 ist bekannt für seine hohe Festigkeit und sein geringes Gewicht. Es besteht hauptsächlich aus Zink mit einem hohen Anteil an Aluminium und Kupfer.

Vorteile

ZA-27 hat Vorteile von

• hohe Festigkeit
• leichte Natur
• Gute Verschleißfestigkeit
• funkenhemmende Natur

Einschränkungen

ZA-27 weist einige Einschränkungen auf:

• erfordert Kaltkammer-Druckguss
• Schrumpfungsprobleme
• Eigenschaftsverschlechterung bei höheren Temperaturen
• nicht zum Plattieren geeignet
• Dimensionsinstabilität

Typische Anwendungen

ZA-27 wird verwendet in

• Lageranwendungen
• Kfz-Komponenten
• Maschinen und Anlagen
• Marine Strukturmaterialien

8.EZAC

Die Zusammensetzung der technischen Zinklegierung besteht hauptsächlich aus Zink, Aluminium und anderen Elementen. Sie weist eine höhere Kriechfestigkeit und Festigkeit als herkömmliche Zinklegierungen auf.

Vorteile

EZAC bietet folgende Vorteile:

• hohe Kriechfestigkeit
• verbesserte Festigkeit und Härte
• Heißkammerverarbeitung
• verbesserte Fließfähigkeit
• gute Beschichtungs- und Veredelungseigenschaften

Einschränkungen

EZAC hat einige Einschränkungen, wie:

• potenzielles sprödes Verhalten
• Korrosionsempfindlichkeit
• begrenzte Hochtemperaturanwendungen

Typische Anwendungen

EZAC hat viele Anwendungen in Bereichen wie

• Kfz-Komponenten
• elektrische Komponenten
• industrielle Ausrüstung
• konsumgüter
• Medizinprodukte

9.ACuZink

Es besteht hauptsächlich aus Zink, Kupfer und Aluminium, wobei je nach Anwendung unterschiedliche Anteile an Kupfer und Aluminium vorhanden sind.

Vorteile

ACuZinc hat viele Vorteile wie:

• verbesserte mechanische Eigenschaften
• hohe Verschleißfestigkeit
• Kosteneffektivität

Einschränkungen

ACuZinc weist folgende Einschränkungen auf:

• Werkzeugverschleiß
• Eingeschränkter Arbeitstemperaturbereich

Typische Anwendungen

ACuZinc wird in Branchen wie

• Automobilindustrie
• Lageranwendungen
• elektronische/elektrische Systeme

10.Tombak

Es handelt sich um eine Kupferlegierung mit dem Legierungsmittel Zink und weiteren Elementen wie Zinn, Blei oder Arsen.

Vorteile

Tombak hat Vorteile wie:

• Hochglanz
• Anlaufbeständigkeit
• einfach zu arbeiten
• Kosteneffektivität

Einschränkungen

Tombak weist folgende Einschränkungen auf:

• geringere Festigkeit
• reduzierte Bearbeitbarkeit
• nicht ideal für hochfeste Anwendungen
• nicht so häufig wie Messing

Typische Anwendungen

Tombak wird in Dekorationsartikeln verwendet wie:

• Kunstguss
• historisches Artefakt
• Münzplattierung
• Metallblatt

CNC-Prozesse optimiert für Zinkteile

Bearbeitungsprozesse können für das Zinkfräsen je nach Faktoren wie Werkzeugauswahl, Schnittparametern und Materialeigenschaften optimiert werden.

Hochgeschwindigkeits-Frästechniken für Zink

Die Bearbeitung von Zinklegierungen wie ZAMAK 3 und ZA-27 erfolgt mittels 5-achsigem CNC-Fräsen. Bei dieser Technik werden kleinere Werkzeuge und höhere Drehzahlen eingesetzt, um den Werkzeugverschleiß zu minimieren und die Produktivität zu maximieren. Der CNC-Prozess ist für das Zinkfräsen durch positive Wendeschneidplattengeometrien, scharfe Kanten und mögliche Trockenschnittstrategien optimiert.

Präzisionsdrehen für Zinkgewinde

Dieses Verfahren bietet hohe Genauigkeit und Flexibilität bei der Gewindeherstellung auf Zink. Es gewährleistet eine gleichbleibende Gewindegröße und -position sowie eine bessere Oberflächengüte. Dieses Verfahren eignet sich für Anwendungen in der Medizin und der Luft- und Raumfahrt, wo Präzision entscheidend ist.

Mikrobohren und Gewindeschneiden in Zink

Bei dieser Methode werden mithilfe von Spezialwerkzeugen kleine Löcher und Gewinde in Zinkmaterialien eingebracht. Diese sind für komplizierte Designs, Miniaturkomponenten und präzise Befestigungsanwendungen erforderlich.

EDM für komplizierte Zinkhohlräume

EDM eignet sich am besten zum Erzeugen komplexer Hohlräume in Zink. Es eignet sich hervorragend zum Formen komplexer Geometrien und zur Bearbeitung härterer Materialien. Bei diesem Verfahren wird eine Elektrode mit Hohlraum verwendet. Anschließend wird das Werkstück in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht, um elektrische Entladungen zu erzeugen und das Material zu erodieren.

Oberflächenveredelung und Schutzbeschichtungen

Oberflächenveredelung und Schutzbeschichtung erzeugen eine Schutzschicht auf der Materialoberfläche, die dessen Eigenschaften und Lebensdauer erhöht. Dies verbessert auch Ästhetik, Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Funktionalität.

Zink vs. Messing vs. Edelstahl bei der CNC-Bearbeitung

Messing weist im Vergleich zu Edelstahl und Zink normalerweise eine hohe Zerspanbarkeit auf, da es höhere Schnittgeschwindigkeiten und geringeren Werkzeugverschleiß ermöglicht. Die Bearbeitung von Zinklegierungen ist einfacher als die von Edelstahl.

Bearbeitbarkeit bei der CNC-Bearbeitung

• Schneideschwierigkeit

Zink lässt sich leichter bearbeiten als Edelstahl und Messing. Edelstahl ist hart und erfordert eine niedrige Schnittgeschwindigkeit. Messing ist duktil und lässt sich leicht schneiden.

• Kühlbedarf

Messing kann ohne Kühlmittel bearbeitet werden. Edelstahl und Zink benötigen jedoch Kühlmittel, um Hitzestau und Werkzeugverschleiß zu vermeiden.

• Verarbeitungsgeschwindigkeit

Messing ermöglicht die schnellste Verarbeitungsgeschwindigkeit. Zink lässt sich gut bearbeiten und arbeitet mit mittlerer Geschwindigkeit. Edelstahl weist von allen die langsamste Geschwindigkeit auf.

Materialeigenschaften

• Zugfestigkeit

Zinklegierungen haben eine geringere Zugfestigkeit als Edelstahl. Messing hat eine gute Zugfestigkeit, während Edelstahl die höchste Zugfestigkeit hat

• Wärmeleitfähigkeit

Edelstahl hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Zink hat eine mittlere Leitfähigkeit, während Messing die höchste Wärmeleitfähigkeit von allen hat.

Herausforderungen und Lösungen im Zinkherstellungsprozess

Zinkherstellungsprozesse können eine Herausforderung darstellen. Im Folgenden werden einige häufige Herausforderungen und deren Lösungen erläutert:

Kontrolle der Bildung von Gummisplittern

Zinkspäne können aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts und ihrer Duktilität klebrig sein. Dies führt zu einer schlechten Oberflächengüte und Werkzeugverschleiß. Dies kann durch optimierte Schnittparameter, den Einsatz weicher/schmierender Beschichtungen und Kühlschmiermittel sowie den Einsatz von Spanbrechern zum Brechen klebriger und langer Späne minimiert werden.

Wärmemanagement für niedrigschmelzende Legierungen

Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt, was bei der Bearbeitung zu Überhitzung, Verformung und Oberflächendefekten führt. Dies kann durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, hohe Vorschubgeschwindigkeiten, optimierte Kühlmittel- bzw. Schmiermittelzufuhr und die richtige Wahl der Werkzeuggeometrie minimiert werden.

Gratminimierung und Kantenqualität

Grate und schlechte Kanten entstehen bei Zinklegierungen aufgrund ihrer Duktilität und Verformungsneigung. Dies lässt sich durch den Einsatz geschärfter Werkzeuge, niedriger Schnittgeschwindigkeit, vibrationsunterstützter CNC-Zinkbearbeitung und Nachbearbeitungsmethoden wie Entgraten minimieren.

Werkzeugbeschichtungen & Verschleißreduzierung

Zink ist duktil und kann am Werkzeug haften, was zu Werkzeugverschleiß führt. Dieser kann durch den Einsatz spezieller Schneidwerkzeuge mit Beschichtungen wie TiN, AlTiN oder PVD, Schmierbeschichtungen, die richtige Werkzeuggeometrie und regelmäßige Werkzeugwartung minimiert werden.

Design-for-Manufacturability (DFM)-Richtlinien

DFM-Richtlinien für Zinklegierungen ermöglichen eine einfache Herstellung und Montage und sind wirtschaftlich bei verbesserter Qualität:

Minimale Wand- und Rippendicke festlegen

• Achten Sie auf eine ausreichende Dicke, um Risse zu vermeiden und hohen Belastungen während der Anwendung standzuhalten.
• Rippen mit ausreichender Dicke und ausreichendem Abstand ermöglichen strukturelle Unterstützung, ohne das Gewicht zu erhöhen.

Großzügige Rundungsradien und Entformungsschrägen hinzufügen

• Abrundungsradien an Innenecken verhindern Spannungskonzentrationen und verbessern den Materialfluss
• Entformungsschrägen an vertikalen Flächen ermöglichen das Auswerfen aus Formen oder Matrizen.

Plangewindeeinsätze und Verstärkungsvorsprünge

• Gewindeeinsätze müssen bei der Montage oder Befestigung strategisch eingesetzt werden, da direktes Gewindeschneiden in Zink anfällig für Schwächungen ist.
• Verstärkungsnocken bieten strukturelle Unterstützung und helfen, Belastungen standzuhalten, ohne zu versagen.

Kontrollieren Sie Toleranzstapelung und Passform

• Eine strenge Toleranzkontrolle gewährleistet die richtige Passform und Funktion der Teile.
• Konstruktive Teile mit ausreichendem Abstand ermöglichen eine einfache Montage und verhindern ein Festklemmen oder Verklemmen.

Fazit

Die Zerspanbarkeit von Zink ist hoch, dank schneller CNC-Bearbeitung und minimalem Werkzeugverschleiß. Der niedrige Schmelzpunkt von Zink kann zu Hitzestaus führen, doch Strategien wie Flutkühlung können Hitzestaus und Erweichung minimieren. Zerspanbare Zinklegierungen werden in ZAMAK- und ZA-Legierungen eingeteilt. ZAMAK-Legierungen sind am weitesten verbreitet und für ihre hervorragende Druckgussfähigkeit und Festigkeit bekannt. ZA-Legierungen enthalten einen höheren Aluminiumanteil und weisen eine hohe Festigkeit auf.

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Häufig gestellte Fragen zur Bearbeitung von Zinklegierungen

Welches Kühlmittel eignet sich am besten zum Hochgeschwindigkeitsfräsen von ZA-Legierungen?

Für das Hochgeschwindigkeitsfräsen von ZA-Legierungen wird emulgierbares Schneidöl im Verhältnis 20:1 mit Wasser gemischt empfohlen.

Kann Zink Aluminium in tragenden Teilen ersetzen?

Ja, Zinklegierungen ersetzen Alumni, da sie eine hohe Langlebigkeit und Haltbarkeit für Autoteile aufweisen.

Warum weist mein ZA-27-Gussteil nach der Bearbeitung Porosität auf?

Porosität oder Hohlräume in einem ZA-27-Gussteil entstehen durch Erstarrungsschrumpfung und eingeschlossene Gase. Eingeschlossene Gase wie Wasserstoff oder Feuchtigkeit führen ebenfalls zu Porosität.