Zinklegeringbewerking: soorten, CNC-technieken en -praktijken

Zinklegeringen worden in tal van industrieën gewaardeerd om hun combinatie van sterkte, ductiliteit, corrosiebestendigheid en opmerkelijk hoge verspaanbaarheid. Hoewel ze het meest bekend zijn om hun gebruik in spuitgieten, maken hun uitstekende eigenschappen ze ook een populaire keuze voor zeer precieze componenten met een klein volume, vervaardigd via Computer Numerical Control (CNC)-bewerking. Het begrijpen van de verschillende soorten en het toepassen van de beste praktijken is essentieel om de unieke kenmerken van het materiaal te overwinnen en een onberispelijke eindcomponent te garanderen.

Soorten zinklegering voor bewerking

De zinklegeringsfamilie is uitgebreid, maar de meest voorkomende soorten die worden aangetroffen bij CNC-bewerking zijn de Zamak-serie en de hoog-aluminium ZA-serie. De juiste selectie van de legering is de eerste cruciale stap, aangezien de mechanische eigenschappen en de verspaanbaarheid aanzienlijk variëren.

• Zamak 3 (ASTM AG40A):Dit is de basislijn en de meest gebruikte zinklegering wereldwijd. Het biedt een uitstekende balans van fysieke en mechanische eigenschappen, waardoor het zeer stabiel en maatvast is. De uitstekende vloeibaarheid en gietbaarheid leiden vaak tot onderdelen die bijna de netto vorm hebben, maar het is uitzonderlijk goed te bewerken voor extra functies en nauwere toleranties. Het is de voorkeurskeuze wanneer algemene sterkte, ductiliteit en stabiliteit vereist zijn.

• Zamak 5 (ASTM AC41A):Zamak 5 bevat een hoger percentage koper dan Zamak 3 en biedt meer sterkte, hardheid en kruipweerstand. Hoewel het iets minder ductiel is dan Zamak 3, maken de verbeterde mechanische prestaties het geschikt voor onderdelen die meer structurele integriteit en duurzaamheid vereisen. Het blijft zeer goed verspaanbaar.

• ZA-8 (Zink-aluminiumlegering):Deze legering bevat ongeveer 8,4% aluminium. Het staat bekend om zijn goede sterkte en hardheid en valt tussen Zamak 3 en Zamak 5. Het vertoont kritisch gezien betere prestaties bij verhoogde temperaturen dan de Zamak-legeringen en heeft uitstekende lagereigenschappen. Het biedt een zeer goede verspaanbaarheid en wordt vaak gebruikt voor veeleisende functionele componenten.

• ZA-27 (Zink-aluminiumlegering):ZA-27 bevat ongeveer 27% aluminium en is de sterkste van de gangbare zinklegeringen. Het wordt gebruikt in toepassingen waar maximale sterkte, hardheid en slijtvastheid van het grootste belang zijn. Hoewel het nog steeds verspaanbaar is, maken het hogere aluminiumgehalte en de verhoogde hardheid het schurender en iets moeilijker te bewerken dan de Zamak-legeringen, wat meer robuuste tooling-overwegingen vereist.

Uitdagingen en overwegingen bij CNC-bewerking van zinklegeringen

Ondanks hun over het algemeen hoge verspaanbaarheid, brengen zinklegeringen een paar specifieke uitdagingen met zich mee die CNC-operators moeten beheersen:

• Gomachtig gedrag en spaanbeheer:Zinklegeringen zijn relatief zacht en ductiel. Tijdens de bewerking kan het materiaal 'gomachtig' of 'plakkerig' worden en aan de snijkant van de tool hechten. Deze neiging om een opgebouwde snijkant (BUE) te vormen, tast de oppervlakteafwerking aan, verhoogt de snijkrachten en versnelt de slijtage van de tool.

• Thermische verzachting en laag smeltpunt:Zinklegeringen hebben een relatief laag smeltpunt (rond $380^circtext{C}$ tot $420^circtext{C}$). Warmte die wordt gegenereerd tijdens agressieve bewerking kan leiden tot thermische verzachting, wat het gomachtige gedrag verergert en kan leiden tot maatonnauwkeurigheden of kromtrekken.

• Broosheid (hoog-aluminiumlegeringen):Hoewel ze over het algemeen ductiel zijn, kunnen sommige hoog-aluminium zinklegeringen zoals ZA-27 een zekere mate van broosheid of afbrokkeling vertonen, met name wanneer ze worden blootgesteld aan hoge impactkrachten of snijden met hoge snelheid en hoge aanvoersnelheid.

Essentiële CNC-technieken en -praktijken

Om zinklegeringen succesvol te bewerken en deze inherente uitdagingen te overwinnen, zijn gespecialiseerde CNC-technieken en toolmanagementpraktijken nodig.

Tooling selectie en geometrie:

• Scherpte is essentieel:De belangrijkste praktijk is het gebruik van extreem scherpe snijgereedschappen. Scherpe randen minimaliseren wrijving en snijkracht, waardoor de neiging van het materiaal om aan de tool te hechten, wordt verminderd en de vorming van een opgebouwde snijkant wordt voorkomen.

• Toolmateriaal:Carbide tools hebben vaak de voorkeur vanwege hun uitstekende slijtvastheid, thermische stabiliteit en het vermogen om een scherpe rand langer vast te houden. High-Speed Steel (HSS) kan worden gebruikt voor lichtere sneden, maar kan vaker vervangen moeten worden vanwege snellere slijtage.

• Toolgeometrie:Tools moeten voldoende spaanhoek en vrijloophoeken hebben om een efficiënte spaanstroom te bevorderen en wrijving te minimaliseren. Hoge positieve spaanhoeken worden aanbevolen om het materiaal schoon te scheren in plaats van het te duwen of te ploegen. Sterk gepolijste of gecoate groeven (bijv. gepolijst carbide) helpen verder bij de spaanverwijdering en voorkomen plakken.

Snijparameters (voedingen en snelheden):

• Matige tot hoge snijsnelheden:In tegenstelling tot sommige metalen met een laag smeltpunt, kan het gebruik van een iets hogere snijsnelheid soms voordelig zijn bij zink. Hogere snelheden kunnen de duur verkorten dat de snijtool in contact staat met het materiaal, wat leidt tot een betere warmteafvoer via de spanen in plaats van in het werkstuk of de tool.

• Geoptimaliseerde aanvoersnelheden en snedediepte:Aanvoersnelheden moeten genereus genoeg zijn om ervoor te zorgen dat de tool altijd vers materiaal snijdt en spanen wegscheert, in plaats van alleen maar te wrijven. Er moet echter zorgvuldig worden omgegaan met agressieve snededieptes om overmatige warmteontwikkeling te voorkomen die leidt tot thermische verzachting. Een evenwicht is essentieel voor het maximaliseren van materiaalverwijdering zonder de oppervlakteafwerking of maatvastheid op te offeren.

Koeling en smering:

• Overstromingskoeling is cruciaal:Vanwege het risico op thermische verzachting is een royale toevoer van koelmiddel essentieel. Overstromingskoeling of mist-smering met een hoog volume wordt sterk aanbevolen om warmte effectief af te voeren, de snijinterface te smeren en een schone spaanverwijdering te bevorderen. Koelmiddelen op waterbasis worden vaak gebruikt.

• Temperatuurregeling:Het belangrijkste doel van koeling is om de temperatuur in de snijzone laag te houden, waardoor wordt voorkomen dat het materiaal gomachtig wordt en aan de tool hecht.

Oppervlakteafwerking en secundaire bewerkingen:

• Oppervlakteafwerking:Zinklegeringen krijgen over het algemeen een zeer goede oppervlakteafwerking direct van de CNC-machine dankzij hun fijne korrelstructuur.

• Afbramen:De ductiliteit van zink kan soms leiden tot de vorming van bramen. Zorgvuldige selectie van tooling en snijrichting, gevolgd door licht handmatig of geautomatiseerd afbramen, is vaak vereist.

• Coatings:Zinklegeringsonderdelen worden vaak gegalvaniseerd (bijv. met koper, nikkel of chroom) of gepoedercoat om de corrosiebestendigheid, slijteigenschappen te verbeteren of een gewenste esthetische uitstraling te bereiken.

Kortom, de succesvolle CNC-bewerking van zinklegeringen is afhankelijk van het respecteren van de gevoeligheid van het materiaal voor warmte en de neiging tot gomachtigheid. Door de juiste Zamak- of ZA-kwaliteit te selecteren, extreem scherpe carbide tools met de juiste geometrie te gebruiken en thermische omstandigheden zorgvuldig te beheren door middel van effectieve overstromingskoeling, kunnen fabrikanten de hoge inherente verspaanbaarheid van zink benutten om ingewikkelde, zeer precieze componenten betrouwbaar en efficiënt te produceren. Zinklegeringen blijven een hoeksteenmateriaal in grootschalige, precisieproductie, met name wanneer spuitgieten alleen niet de nauwe toleranties kan bereiken die vereist zijn door moderne technische normen.