Usinage des alliages de zinc : nuances, techniques et pratiques CNC

L'usinage du zinc est crucial pour de nombreuses industries grâce à ses propriétés uniques, qui facilitent l'innovation. Les alliages de zinc sont prisés pour de nombreuses applications en raison de leur rentabilité, de leur polyvalence et de leur grande précision. De plus, ses caractéristiques uniques et sa facilité de combinaison avec d'autres métaux en font un alliage idéal pour la fabrication de pièces de précision aux qualités recherchées. Cet article présente plus en détail les différents types d'alliages de zinc et leur adéquation à l'usinage CNC.

Qu'est-ce que l'alliage de zinc ?

L'alliage de zinc est une combinaison de zinc et d'autres métaux comme l'étain, l'aluminium, le cuivre ou le cadmium. Ces matériaux présentent de meilleures propriétés que le métal pur, comme une résistance élevée à la corrosion, une ductilité et une résistance mécanique élevées. Les applications courantes de l'alliage de zinc sont la projection thermique, le moulage sous pression et la fabrication de pièces pour la construction, les articles ménagers et l'automobile.

Pourquoi le zinc convient-il à l’usinage de précision ?

Le zinc est un choix privilégié pour l'usinage de précision en raison de ses remarquables propriétés d'usinage, qui lui permettent d'atteindre des tolérances strictes et une rentabilité optimale. Son point de fusion bas et sa conductivité thermique élevée sont parfaits pour les applications d'usinage. Il assure également une formation stable des copeaux, améliorant ainsi la précision et l'efficacité des opérations d'usinage.

Brève histoire des alliages de zinc

L'histoire de l'alliage de zinc remonte à des millénaires. Il a été utilisé pour la première fois dans l'Antiquité sous le nom de laiton, car le zinc, métal pur, n'a été reconnu que plus tard, au XVe siècle. La production et le raffinage du zinc ont débuté en Chine et en Inde, puis la production européenne a débuté au XVIIIe siècle.

10 types d'alliages de zinc pour l'usinage

Pour l'usinage, les alliages de zinc utilisés sont le Zamak 2, le Zamak 3, le Zamak 5, le Zamak 7, le ZA-8 et bien d'autres. Les dix alliages de zinc les plus couramment utilisés sont détaillés ci-dessous :

1.zamak 3

Le Zamak 3 est un alliage de moulage sous pression à base de zinc courant. Il présente une coulabilité, un rapport résistance/poids et une résistance à la corrosion élevés. Il est reconnu pour ses capacités de moulage sous pression et de finition, adaptées à de nombreuses applications.

Avantages

Zamak 3 offre de nombreux avantages. Il a:

• Une fluidité élevée permet un moulage facile
• Bonne ductilité pour les applications de pliage et de formage
• Précision et stabilité de grande dimension
• Bon niveau de résistance à la corrosion
• Rentabilité élevée

Limites

Zamak 3 a peu de limites. Il a

• Force de traction plus faible que certains autres alliages
• Et il est susceptible de ramper

Applications typiques

Zamak 3 utilisé dans

• divers composants automobiles, comme des poignées de porte et des pièces de garniture.
• boîtiers électroniques, connecteurs et autres composants.
• Charnités, serrures et autres éléments matériels.
• meubles, appareils électroménagers et autres produits ménagers.
• dispositifs et instruments médicaux.

2.zamak 5

Le Zamak 5 est principalement composé de zinc et d'aluminium, ainsi que d'autres éléments d'alliage. Il est réputé pour sa résistance à la corrosion, sa robustesse et ses excellentes propriétés de moulage sous pression.

Avantages

Zamak 5 présente de nombreux avantages. Il a

• Haute résistance et dureté
• Bonne résistance à la corrosion
• Excellentes propriétés de casting de matrices
• Rentabilité élevée

Limites

Zamak 5 a quelques limites. Il a:

• Ductilité inférieure
• Faible résistance thermique à des températures élevées
• Poids lourd et ne convient pas aux applications sensibles au poids.

Applications typiques

Zamak 5 a de nombreuses applications. Il est utilisé dans

• Composants automobiles tels que supports, carters d'engrenages et composants de moteur
• Biens de consommation pour pièces décoratives, serrures et poignées de meubles.
• Équipement industriel dans les machines et l'équipement
• Quincaillerie de construction
• Ffttings sanitaires

3.zamak 7

Le Zamak 7 est reconnu pour sa bonne ductilité, son excellente coulabilité et sa résistance relativement élevée. Il contient principalement du zinc, ainsi que de plus petites quantités d'aluminium et d'autres éléments.

Avantages

Zamak 7 a:

• Excellente coulabilité
• Haute ductilité
• Bonne résistance
• Stabilité dimensionnelle.
• Résistance à la corrosion
• Point de fusion bas

Limites

Zamak 7 a certaines limites. C'est:

• Susceptible de saisir l'hydrogène
• A une résistance plus faible par rapport à certains autres alliages
• Ne convient pas aux applications à haute température
• Peut nécessiter un traitement de surface

Applications typiques

Il est principalement utilisé dans:

• Composants automobiles tels que supports de moteur, composants de direction
• Composants électriques et électroniques tels que boîtiers, connecteurs et autres pièces
• Composants industriels comme les pompes, les vannes
• Les appareils électroménagers comme les poignées
• Machines textiles

4.zamak 2

Le Zamak 2 est principalement utilisé en moulage sous pression. Il est reconnu pour sa résistance, sa dureté et sa résistance au fluage élevées. Il est principalement composé de zinc, de cuivre et d'autres éléments.

Avantages

Zamak 2 a:

• Force et dureté à forte traction
• excellente résistance au fluage
• bonne résistance à la corrosion
• Facile à couler et à usiner
• haute précision dimensionnelle
• Capacité d'atténuation et d'amortissement des vibrations

Limites

Zamak 2 a certaines limites. Il a

• fragilité accrue
• rétrécissement élevé
• pas idéal pour les applications à fortes contraintes ou à haute température
• coût plus élevé

Applications typiques

Zamak 2 utilisé dans

• Dies de formation de métaux
• outils d'injection plastique
• accessoires et engrenages industriels
• composants automobiles
• appareils ménagers
• biens de consommation

5.ZA-8

Le ZA-8 est un alliage à base de zinc, riche en aluminium et en cuivre. Il est reconnu pour sa résistance, sa dureté et sa résistance à l'usure supérieures à celles des alliages de zinc conventionnels.

Avantages

Le ZA-8 présente de nombreux avantages. Il offre :

• propriétés mécaniques améliorées
• résistance au fluage
• Fluidité élevée adaptée à la coulée de la matrice
• Placage élevé et finition de surface
• Amélioration de la résistance à la corrosion.
• ne stimule pas.

Limites

ZA-8 a peu de limites. C'est:

• sensible à la déformation plastique lorsqu'il est soumis à des contraintes à haute température.
• a des changements dimensionnels après le vieillissement
• a la nature fragile

Applications typiques

ZA-8 a de nombreuses applications dans:

• produits décoratifs
• roulements où des inserts et des bagues à usure minimale sont nécessaires.
• composants durables où la durabilité et la résistance sont essentielles.
• pièces à parois minces
• Applications avec des finitions de surface esthétiques

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6.ZA-12

Le ZA-12 est connu pour sa résistance élevée, sa dureté et sa résistance à l'usure. Il présente également une excellente aptitude au moulage et une excellente rentabilité.

Avantages

Le ZA-12 présente de nombreux avantages. Il offre :

• haute résistance et dureté
• excellente résistance à l'usure
• Bonne coulée
• stabilité dimensionnelle
• machinabilité et plaquenabilité

Limites

ZA-12 a des limites de:

• pas adapté aux applications à haute température.
• sensible à la porosité de l'hydrogène gazeux (dans certains cas)

Applications typiques

ZA-12 utilisé dans

• Moulage sous pression
• moulage de moule permanent
• coulée par gravité
• composants de roulement
• composants du moteur
• matériel de construction
• machines professionnelles
• vannes de pétrole et d'essence

7.ZA-27

Le ZA-27 est réputé pour sa grande résistance et sa légèreté. Il est principalement composé de zinc, avec une forte teneur en aluminium et en cuivre.

Avantages

ZA-27 a des avantages de

• haute résistance
• caractère léger
• Bonne résistance à l'usure
• Nature anti-sapeur

Limites

Le ZA-27 présente certaines limitations :

• nécessite un moulage de la chambre à la chambre froide
• Problèmes de retrait
• Dégradation des biens à des températures plus élevées
• ne convient pas au placage
• instabilité dimensionnelle

Applications typiques

ZA-27 est utilisé dans

• applications de roulements
• composants automobiles
• machines et équipements
• Matériaux structurels marins

8.Ezac

L'alliage de zinc technique est principalement composé de zinc, d'aluminium et d'autres éléments. Il présente une résistance au fluage et une résistance mécanique supérieures à celles des alliages de zinc traditionnels.

Avantages

Ezac a des avantages comme:

• haute résistance au fluage
• force et dureté améliorées
• traitement en chambre chaude
• Amélioration de la fluidité
• Bonne caractéristiques de placage et de finition

Limites

EZAC présente quelques limitations telles que :

• comportement fragile potentiel
• sensibilité à la corrosion
• Applications limitées à haute température

Applications typiques

EZAC a de nombreuses applications dans des champs comme

• composants automobiles
• composants électriques
• Equipement industriel
• biens de consommation
• dispositifs médicaux

9.acuzinc

Il est principalement composé de zinc, de cuivre et d'aluminium, avec des pourcentages différents de cuivre et d'aluminium selon les applications

Avantages

ACuZinc présente de nombreux avantages tels que :

• propriétés mécaniques améliorées
• haute résistance à l'usure
• rentabilité

Limites

Acuzinc a des limites de:

• usure des outils
• Plage de température de travail limitée

Applications typiques

Acuzinc est utilisé dans des industries comme

• automobile
• applications de roulements
• Systèmes électroniques / électriques

10.Tombak

Il s'agit d'un alliage à base de cuivre avec un agent d'alliage de zinc et d'autres éléments comme l'étain, le plomb ou l'arsenic.

Avantages

Tombak a des avantages comme:

• Éclat élevé
• résistance au ternissement
• facile à travailler
• rentabilité

Limites

Tombak a des limites de:

• résistance inférieure
• Machinabilité réduite
• Pas idéal pour les applications à haute résistance
• Pas aussi commun que le laiton

Applications typiques

Tombak est utilisé dans des articles décoratifs comme:

• moulage d'art
• artefact historique
• placage de pièces de monnaie
• feuille de métal

Processus CNC optimisés pour les pièces de zinc

Les processus d'usinage peuvent être optimisés pour le fraisage du zinc en fonction de facteurs tels que la sélection de l'outil, les paramètres de coupe et les propriétés du matériau.

Techniques de zinc à haute vitesse

Usinage : Les alliages de zinc comme le ZAMAK 3 et le ZA-27 sont usinés par fraisage CNC 5 axes. Cette technique utilise des outils plus petits et des vitesses plus élevées pour minimiser l'usure et maximiser la productivité. Le procédé CNC est optimisé pour le fraisage du zinc grâce à des géométries de plaquettes positives, des arêtes vives et des stratégies de coupe à sec.

Retour de précision pour les fils de zinc

Cette méthode offre une grande précision et une grande flexibilité pour la réalisation de filetages sur zinc. Elle permet d'obtenir une taille et un emplacement de filetage constants, ainsi qu'un meilleur état de surface. Ce procédé est adapté aux applications médicales et aérospatiales, où la précision est essentielle.

Micro-linge et tapotement du zinc

Cette méthode permet de réaliser de petits trous et filetages dans les matériaux en zinc à l'aide d'outils spécialisés. Ces outils sont indispensables pour les conceptions complexes, les composants miniatures et les applications de fixation précises.

EDM pour cavités de zinc complexes

L'électroérosion est idéale pour créer des cavités complexes dans le zinc. Elle excelle dans le façonnage de géométries complexes et le travail des matériaux plus durs. Ce procédé utilise une électrode munie d'une cavité, puis immerge la pièce dans un fluide diélectrique pour appliquer des décharges électriques et éroder le matériau.

Finition de surface et revêtements de protection

La finition de surface et le revêtement protecteur créent une couche protectrice à la surface d'un matériau, augmentant ainsi ses propriétés et sa durée de vie. Cela améliore également son esthétique, sa durabilité, sa résistance à la corrosion et sa fonctionnalité.

Zinc, laiton et acier inoxydable dans l'usinage CNC

Le laiton présente généralement une usinabilité supérieure à celle de l'acier inoxydable et du zinc, car il permet une vitesse de coupe plus élevée et une usure moindre de l'outil. L'usinage des alliages de zinc est plus facile que celui de l'acier inoxydable.

Machinabilité dans l'usinage CNC

• Difficulté de coupe

L'usinage du zinc est plus facile que celui de l'acier inoxydable et du laiton. L'acier inoxydable est dur et nécessite une faible vitesse. Le laiton est ductile et se découpe facilement.

• Besoins de refroidissement

Le laiton peut être usiné sans liquide de refroidissement. En revanche, l'acier inoxydable et le zinc nécessitent un liquide de refroidissement pour éviter l'accumulation de chaleur et l'usure de l'outil.

• Vitesse de traitement

Le laiton permet une vitesse de traitement très rapide. Le zinc est usinable à vitesse modérée, tandis que l'acier inoxydable présente la vitesse la plus lente.

Propriétés matérielles

• Résistance à la traction

Les alliages de zinc ont une résistance à la traction inférieure à celle de l'acier inoxydable. Le laiton a une bonne résistance à la traction tandis que l'acier inoxydable a la résistance à la traction la plus élevée.

• Conductivité thermique

L'acier inoxydable présente une conductivité thermique plus faible. Le zinc présente une conductivité thermique modérée, tandis que le laiton présente la conductivité thermique la plus élevée.

Défis et solutions dans le processus de fabrication du zinc

Les procédés de fabrication du zinc peuvent s'avérer complexes. Voici quelques difficultés courantes et leurs solutions :

Contrôle de formation de puces gamiques

Les copeaux de zinc peuvent être collants en raison de leur faible point de fusion et de leur ductilité. Cela entraîne une mauvaise finition de surface et une usure de l'outil. L'optimisation des paramètres de coupe, l'utilisation de revêtements souples/lubrifiants et de lubrifiants de refroidissement, ainsi que l'utilisation d'un brise-copeaux pour briser les copeaux collants et longs, peuvent réduire ce risque.

Gestion thermique des alliages à bas point de fusion

Le zinc a un point de fusion bas, ce qui entraîne surchauffe, déformation et défauts de surface lors de l'usinage. Ces risques peuvent être minimisés par l'usinage à grande vitesse, une avance rapide, un arrosage ou une lubrification optimisés et une géométrie d'outil adaptée.

Minimisation de la bavure et qualité des bords

Les alliages de zinc présentent des bavures et des arêtes de coupe de mauvaise qualité en raison de leur ductilité et de leur tendance à la déformation. L'utilisation d'outils affûtés, de faibles vitesses de coupe, d'un usinage CNC du zinc assisté par vibrations et de méthodes de post-traitement comme l'ébavurage peut réduire ce phénomène.

Revêtements d'outils et réduction de l'usure

Le zinc est ductile et peut adhérer à l'outil, ce qui entraîne son usure. L'utilisation d'outils de coupe spécialisés avec revêtement TiN, AlTiN ou PVD, l'application de revêtements lubrifiants, une géométrie d'outil adaptée et un entretien régulier permettent de minimiser ce phénomène.

Lignes directrices sur la conception pour la fabricabilité (DFM)

Les directives DFM pour les alliages de zinc permettent une production et un assemblage faciles et sont économiques avec une qualité améliorée :

Régler une épaisseur minimale de paroi et de côtes

• Prévoir une épaisseur suffisante pour éviter les fissures et pour résister aux contraintes élevées lors des applications.
• Des nervures d'épaisseur et d'espacement adéquats permettent un support structurel sans introduire de complexité de poids.

Ajoutez des rayons de congé généreux et des angles de dépouille

• Les rayons de congé aux coins internes empêchent la concentration des contraintes et améliorent le flux de matière
• les angles de dépouille sur les surfaces verticales permettent l'éjection des moules ou des matrices.

Planifier des inserts de fil et des boss de renforcement

• Les inserts filetés doivent être utilisés de manière stratégique pour le montage ou la fixation, car le filetage direct dans le zinc est sujet à l'affaiblissement.
• Les bossages de renfort permettent un soutien structurel et aident à résister aux contraintes sans défaillance.

Pile et ajustement de la tolérance de contrôle

• Un contrôle de tolérance strict permet un ajustement et un fonctionnement corrects des pièces.
• Les pièces de conception avec un jeu adéquat permettent un assemblage facile et empêchent le blocage ou le blocage.

Conclusion

L'usinabilité du zinc est élevée grâce à des cadences d'usinage CNC rapides et à une usure minimale des outils. Le bas point de fusion du zinc peut entraîner un échauffement, mais des stratégies, comme le refroidissement par inondation, peuvent minimiser l'échauffement et le ramollissement. Les alliages de zinc usinés sont classés en alliages ZAMAK et ZA. Les alliages ZAMAK sont les plus courants et réputés pour leur excellente aptitude au moulage sous pression et leur résistance. Les alliages ZA contiennent des quantités plus élevées d'aluminium et présentent une résistance élevée.

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FAQ d'usinage en alliage en zinc

Quel liquide de refroidissement est le meilleur pour le fraisage à grande vitesse des alliages ZA ?

L'huile de coupe émulsifiable mélangée à de l'eau, dans un rapport de 20:1, est recommandée pour le fraisage à grande vitesse des alliages ZA.

Le zinc peut-il remplacer l'aluminium dans les pièces porteuses?

Oui, les alliages de zinc remplacent l’aluminium car ils ont une longévité et une durabilité élevées pour les pièces automobiles.

Pourquoi ma pièce moulée ZA-27 présente-t-elle une porosité après usinage ?

La porosité, ou les vides, dans une pièce moulée en ZA-27 sont dus au retrait de solidification et aux gaz emprisonnés. Les gaz emprisonnés, comme l'hydrogène ou l'humidité, sont également à l'origine de la porosité.