Usinage du zinc :sélection d'alliages et de procédés pour une production optimale de pièces

Le zinc (symbole :Zn) est un métal utilitaire dans l'industrie manufacturière en raison de ses propriétés matérielles favorables telles que sa bonne résistance à la corrosion, ses performances électrochimiques et sa biocompatibilité.

Dans cet article, nous discutons des qualités du zinc et de ses alliages en tant que matériaux d'usinage CNC. Il comprend également les propriétés du zinc, les différents types d'alliages de zinc, divers processus d'usinage du zinc et une analyse approfondie de l'usinabilité des alliages de zinc.

Propriétés et caractéristiques du zinc

Le zinc métallique, sous sa forme pure, est un élément chimique grisâtre brillant et cassant dont les applications industrielles sont limitées. En tant que métal pur, il est utile pour galvaniser d'autres métaux comme le fer afin d'améliorer la résistance à la corrosion.

Les alliages de zinc, cependant, sont incroyablement utiles, possédant une variété de qualités souhaitables qui les placent en bonne place parmi la liste des matériaux d'usinage courants. Les alliages de zinc ont une bonne résistance à la traction, une bonne résistance à la corrosion et une ductilité élevée. De plus, ils sont respectueux de l’environnement grâce à leur recyclabilité. De plus, le zinc est un métal peu coûteux et abondant.

Chaque alliage de zinc offre un mélange spécifique de propriétés matérielles. Dans cette section, nous aborderons certains alliages de zinc populaires. Certains des principaux éléments d'alliage du zinc sont le cuivre, l'étain, le magnésium et l'aluminium.

Zamak 3

La famille d'alliages de zinc Zamak comprend les nuances d'alliage de zinc les plus courantes, le Zamak 3 étant la norme parmi elles. Zamak 3 contient 96 % de zinc hautement pur et 4 % d'aluminium. De plus, certaines variantes du Zamak 3 peuvent également contenir des traces de cuivre, de magnésium et de fer.

Il offre une combinaison de ductilité, de résistance, de finition et de stabilité dimensionnelle. Ces qualités, augmentées par son point de fusion de 384°C, le rendent hautement coulable. Par conséquent, le moulage est sans doute son utilisation industrielle la plus populaire.

De plus, le Zamak 3 possède également la résistance à la corrosion et la conductivité électrique caractéristiques des alliages de zinc.

Zamak 5

Le Zamak 5 est une autre nuance d'alliage de zinc du groupe Zamak. Sa composition contient ~1 % de cuivre en plus des 4 % d'aluminium, ce qui est courant parmi toutes les qualités de Zamak.

Cet ajout de cuivre ajoute de la résistance et de la dureté à l'alliage de zinc. Cependant, ces propriétés se font au détriment d’une diminution de la ductilité et de la précision dimensionnelle. Dans l'ensemble, cependant, le Zamak 5 constitue un excellent alliage de zinc avec une bonne coulabilité et usinabilité.

ZA 8

ZA 8 est un alliage zinc-aluminium avec une teneur en aluminium de 8,4 %. Ses principales qualités comprennent une résistance et une dureté élevées, ainsi qu'une résistance au fluage, qui est une propriété unique parmi les nuances d'alliage de zinc. En outre, il prend en charge divers processus de finition de surface et constitue donc un choix courant pour fabriquer des objets à des fins décoratives.

L’un de ses principaux avantages est sa compatibilité avec les méthodes de moulage sous pression, y compris le moulage sous pression en chambre chaude. Sa fluidité permet de couler des géométries complexes avec des traits fins.

EZAC

EZAC est une nuance d'alliage de zinc innovante contenant de l'aluminium et du cuivre. Il présente une résistance, une dureté et des performances de fluage remarquables, souvent citées comme les meilleures parmi les nuances d'alliage de zinc courantes.

Il est particulièrement adapté aux applications de moulage sous pression en raison de son point de fusion et de sa fluidité. Son faible point de fusion signifie qu'il est compatible avec le moulage sous pression en chambre chaude, augmentant ainsi ses applications potentielles dans plusieurs industries.

ZA 27

Le ZA 27 est un autre alliage de zinc à haute teneur en aluminium, avec environ 28 % d'aluminium et 2,5 % de cuivre. Il est léger, solide, dur et possède de bonnes propriétés de fluage. De plus, il a un point de fusion relativement élevé parmi les alliages de zinc, ce qui le rend adapté au moulage sous pression en chambre froide.

Tombak

Le tombak est principalement un alliage de laiton contenant environ 5 à 20 % de zinc. Il est connu pour son faible coût, sa malléabilité et son aspect brillant. Selon la composition d'autres éléments d'alliage (étain, cuivre, plomb, etc.), il peut prendre différentes colorations.

C'est un choix populaire pour fabriquer des produits à valeur ornementale comme des médailles, des pièces décoratives et des boutons en raison de son aspect doré.

Usinabilité des alliages de zinc

Les alliages de zinc sont généralement faciles à usiner et ne posent pas beaucoup de problèmes. Cependant, comme pour tout matériau, ils présentent des comportements spécifiques qui nécessitent certaines considérations et ajustements de la part des machinistes pour obtenir les meilleurs résultats. Certains aspects essentiels de l'usinabilité du zinc sont abordés ci-dessous.

Comportement gommeux

Le zinc s'échauffe rapidement lors de l'usinage. Le ramollissement thermique accompagnant l’augmentation de la température peut conduire à un « caractère gommeux » du matériau. Cela signifie que l'alliage de zinc a tendance à coller au tranchant de l'outil, ce qui augmente l'usure de l'outil et détériore les performances de coupe.

Faible point de fusion

Un problème similaire lié à la température est que le ramollissement thermique peut parfois empêcher les machinistes d'adopter une approche d'usinage agressive. Par exemple, des avances très élevées peuvent ne pas être possibles en raison d'un cisaillement excessif du matériau.

Fragilité

Bien que intrinsèquement ductiles, le comportement fragile de certaines nuances d'alliages à haute teneur en aluminium peut créer des problèmes d'écaillage.

Dangers pour la sécurité

Alors que l'usinage du zinc produit des copeaux courts et gérables, les applications d'usinage fin ou de meulage peuvent produire des poussières qui ne doivent pas être inhalées. Ainsi, il est recommandé d'avoir une ventilation adéquate lors de l'exécution de telles opérations.

Différents procédés d'usinage pour l'alliage de zinc

Les alliages de zinc sont un matériau courant dans les ateliers d'usinage. Ils sont compatibles avec une variété d'opérations d'usinage, dont certaines sont brièvement expliquées ci-dessous.

Fraisage

Le fraisage est le procédé d'usinage le plus largement reconnu pour l'usinage du zinc. Avec des capacités avancées telles que l'usinage CNC 5 axes, il s'agit d'un processus haut de gamme pour fabriquer des formes prismatiques irrégulières.

Tournage

Le tournage est utile pour usiner des objets de forme cylindrique sur des tours. Les tours modernes offrent des capacités multi-axes avec une grande précision, y compris les opérations de tournage-fraisage. Le tournage du zinc, comme le fraisage, est facile mais peut poser quelques problèmes de ramollissement (gommage) du matériau.

Forage

Le perçage est le processus d'usinage standard pour la fabrication de trous, utilisant des forets de différents rapports longueur/rayon avec des cannelures hélicoïdales. Le perçage des alliages de zinc est mieux effectué avec un refroidissement par inondation et des forets affûtés pour minimiser l'accumulation de chaleur dans la zone de coupe. Sinon, les alliages de zinc peuvent être usinés avec des paramètres de coupe généreux, permettant des taux d'enlèvement de matière élevés.

Coulage sous pression

Le moulage sous pression est un procédé de fabrication très efficace et populaire pour produire des composants en zinc aux formes complexes et aux tolérances serrées. Contrairement aux processus d'usinage traditionnels, le moulage sous pression implique l'utilisation de moules ou de matrices pour créer la pièce souhaitée.

Usinage par électroérosion (EDM)

L'EDM n'est pas une opération d'usinage classique mais reste une méthode très utile et régulière pour produire des pièces prismatiques dans les ateliers d'usinage. La bonne conductivité électrique du zinc en fait un matériau compatible EDM.

Options de finition de surface pour les pièces en zinc

Les alliages de zinc sont compatibles avec une gamme de méthodes de finition de surface, notamment :

• Galvanoplastie  : Les alliages de zinc permettent la galvanoplastie avec des matériaux comme le nickel et le cobalt pour obtenir des finitions de surface, des propriétés et une résistance à la corrosion améliorées.
• Revêtement de conversion au chromate :Le revêtement de conversion au chromate améliore l'aspect esthétique et la résistance à la corrosion des alliages de zinc. De plus, il est disponible en différentes couleurs.
• Revêtement en poudre :Le revêtement en poudre donne un aspect plus rugueux à la surface et la rend résistante aux actions abrasives comme l'écaillage et les rayures.
• Anodisation :L'anodisation crée une fine couche protectrice d'oxydes sur la surface de l'alliage de zinc, ce qui améliore la résistance à la corrosion.
• Peinture  :Les alliages de zinc sont compatibles avec les peintures, permettant aux utilisateurs d'obtenir la couleur de leur choix.

Trucs et astuces pour l'usinage de l'alliage de zinc

Dans les sections précédentes, nous avons établi que l’usinabilité des alliages de zinc est élevée. Ils ne sont pas aussi difficiles à manipuler que d’autres matériaux comme l’usinage du titane par exemple. Cependant, il existe également quelques solutions expertes pour optimiser les processus d'usinage des alliages de zinc.

Préférez les alliages de zinc usinables

Même si cela va sans dire, il est également facile de l’oublier. Lorsque vous avez le choix entre plusieurs alliages de zinc, optez pour celui que vos machinistes trouvent plus facile à gérer, comme le Zamak 3 ou le Zamak 5. Il sera payant en termes de précision dimensionnelle et de gain de temps.

Outils de coupe tranchants

Pour lutter contre le caractère gommeux des alliages de zinc et minimiser la progression de l'usure des outils, des outils de coupe plus tranchants sont préférables. Ils appliquent des forces de coupe concentrées et minimisent l’effet de labour. Ainsi, on produit des copeaux courts qui s'envolent plutôt que de coller à l'outil.

Soyez généreux avec le liquide de refroidissement

Le ramollissement thermique est un problème majeur dans l’usinage du zinc. Par conséquent, un apport suffisant de liquide de refroidissement permet de minimiser la friction et de maintenir les températures sous contrôle, ce qui améliore la finition de surface et la production de copeaux. De plus, le liquide de refroidissement à base d'eau devrait être votre choix préféré.

Vitesses de coupe modérées à élevées

Si l'alliage de zinc chauffe rapidement, augmentez légèrement sa vitesse de coupe pour réduire les températures de coupe. Cela diminue la durée de contact outil-matériau et conduit à une dissipation thermique plus élevée à travers les puces.

Outillage carbure/HSS

Les alliages de zinc peuvent provoquer une usure excessive des outils ou des déformations thermiques. Ainsi, le carbure est un bon choix en raison de sa bonne résistance à l’usure ainsi que de sa stabilité thermique. Pour les travaux plus légers, le HSS fonctionne également très bien avec les nuances d'alliage de zinc.

Applications des pièces en zinc

Maintenant que nous comprenons les aspects d’usinabilité des alliages de zinc, il est temps de discuter de certaines des applications des pièces usinées en zinc. Une courte liste de pièces en alliage de zinc est donnée ci-dessous.

• Composants automobiles :Les constructeurs automobiles utilisent des alliages de zinc pour fabriquer des composants de bloc moteur, des supports, des objets de décoration, etc.
• Boîtiers électroniques :La bonne conductivité électrique et thermique des alliages de zinc les rend idéaux pour la fabrication de boîtiers et de dissipateurs thermiques pour appareils électroniques.
• Instruments médicaux :La biocompatibilité des alliages de zinc en fait un matériau favorable pour certains instruments médicaux.
• Matériel :Les alliages de zinc sont un choix populaire pour les fixations telles que les vis, les écrous et les boulons pour les applications à faible impact telles que les appareils électroménagers et les raccords. Ils offrent de nombreuses options de solidité, de résistance à la corrosion et de finition de surface esthétique pour de telles applications.
• Biens de consommation  :Les alliages de zinc sont également un choix populaire pour les articles de consommation tels que les fermetures éclair, les charnières et les bijoux en raison de leur faible coût et de leur aspect ornemental.

Démarrage de l'usinage du zinc chez WayKen

WayKen est une entreprise de fabrication rapide proposant des services professionnels d'usinage des métaux, y compris l'usinage du zinc. Notre usine de fabrication de pointe et notre équipe de professionnels sont bien équipées pour produire des pièces en alliage de zinc avec des normes de précision et de tolérance élevées.

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Conclusions

Les alliages de zinc font certainement partie des groupes de matériaux les plus importants dans l'industrie de l'usinage, avec une gamme variée de nuances, de procédés et d'applications. Leurs qualités bénéfiques, ainsi que leur grande usinabilité, les rendent parfaits pour les environnements d'atelier d'usinage.