Usinage du zinc : sélection d'alliés et procédés pour une production optimale des pièces

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

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

Propriétés et caractéristiques du zinc

Le métal zinc, sous sa forme pure, est un élément chimique gris brillant, cassant, avec des applications industrielles limitées. En tant que métal pur, il est utile pour galvaniser d'autres métaux comme le fer pour améliorer la résistance à la corrosion.

Les alliages de zinc, cependant, sont incroyablement utiles, vantant une variété de qualités souhaitables qui les placent haut dans la liste des matériaux d'usinage courants. Les alliages de zinc ont une bonne résistance à la traction, une résistance à la corrosion et une haute ductilité. De plus, ils sont respectueux de l'environnement en raison de leur recyclabilité. En plus de cela, le zinc est un métal pas cher avec un approvisionnement abondant.

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

Zamak 3

La famille d'alliages de zinc Zamak a les nuances d'alliages de zinc les plus courantes, le Zamak 3 étant la norme parmi eux. Le Zamak 3 contient 96 % de zinc hautement pur avec 4 % d'aluminium. De plus, certaines variantes au sein du Zamak 3 peuvent également contenir des quantités infimes de cuivre, magnésium et fer.

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

De plus, le Zamak 3 a aussi la résistance à la corrosion caractéristique et la conductivité électrique 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, qui est commun à toutes les nuances 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 ductilité et d'une précision dimensionnelle diminuées. Dans l'ensemble, cependant, le Zamak 5 fait un excellent alliage de zinc avec une bonne moulabilité et usinabilité.

ZA 8

Le ZA 8 est un alliage zinc-aluminium avec 8,4 % de teneur en aluminium. Ses principales qualités incluent une haute résistance et dureté, ainsi que la résistance au fluage, qui est une propriété unique parmi les nuances d'alliages de zinc. De plus, il supporte divers procédés de finition de surface et est donc un choix courant pour la fabrication d'articles 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 à chambre chaude. Sa fluidité permet le moulage de géométries complexes avec des parois minces.

EZAC

L'EZAC est une nuance d'alliage de zinc innovante avec une teneur en aluminium et cuivre. Il a une résistance, dureté et performance de fluage remarquables, souvent citées comme les meilleures parmi les nuances d'alliages de zinc courantes.

Il est particulièrement adapté pour les applications de moulage sous pression en raison de son point de fusion et de sa fluidité. Son point de fusion bas signifie qu'il est compatible avec le moulage sous pression à chambre chaude, augmentant 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, résistant, dur et a de bonnes propriétés de fluage. De plus, il a un point de fusion relativement élevé parmi les alliages de zinc, le rendant adapté au moulage sous pression à chambre froide.

Tombak

Le Tombak est principalement un alliage de laiton avec environ 5-20 % de teneur en zinc. Il est connu pour son faible coût, sa malléabilité et son apparence brillante. Selon la composition des autres éléments d'alliage (étain, cuivre, plomb, etc.), il peut prendre différentes colorations.

C'est un choix populaire pour la fabrication de produits de valeur ornementale comme des médailles, des pièces décoratives et des boutons en raison de son apparence dorée.

Usinabilité des alliages de zinc

Les alliages de zinc sont généralement faciles à usiner et ne causent pas beaucoup de problèmes. Cependant, comme avec 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 fondamentaux de l'usinabilité du zinc sont discutés ci-dessous.

Comportement gommeux

Le zinc chauffe rapidement pendant l'usinage. Le ramollissement thermique accompagnant l'élévation de température peut entraîner de la « gommosité » dans le matériau. Cela signifie que l'alliage de zinc a tendance à coller au bord de coupe de l'outil, augmentant l'usure de l'outil et détériorant les performances de coupe.

Point de fusion bas

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 du cisaillement excessif du matériau.

Fragilité

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

Risques de sécurité

Bien que l'usinage du zinc produise des copeaux courts et gérables, les applications de finition ou de meulage fin peuvent produire de la poussière qui ne doit pas être inhalée. Ainsi, il est recommandé d'avoir une ventilation appropriée lors de l'exécution de telles opérations.

Différents procédés d'usinage pour 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, certaines étant 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 comme l'usinage CNC 5 axes, c'est un procédé de premier ordre pour fabriquer des formes prismatiques irrégulières.

Tournage

Le tournage est utile pour l'usinage d'objets de forme cylindrique sur des tours. Les tours modernes offrent des capacités multi-axes avec une haute précision, y compris les opérations de tournage-fraisage. Le tournage du zinc, comme le fraisage, est facile mais peut avoir des problèmes avec le ramollissement (gommosité) du matériau.

Perçage

Le perçage est le procédé d'usinage standard pour la création de trous, utilisant des forets de divers rapports longueur/rayon avec des goujures hélicoïdales. Le perçage des alliages de zinc est mieux fait 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.

Moulage sous pression

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

Usinage par décharge électrique (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 avec l'EDM.

Options de finition de surface pour pièces en zinc

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

• Électrodéposition : Les alliages de zinc supportent l'électrodéposition avec des matériaux comme le nickel et le cobalt pour obtenir des finitions de surface, propriétés et une résistance à la corrosion améliorée spécifiques.
• Revêtement de conversion chromate : Le revêtement de conversion chromate améliore l'apparence esthétique et la résistance à la corrosion des alliages de zinc. De plus, il est disponible dans différentes couleurs.
• Revêtement par poudre : Le revêtement par poudre donne un aspect plus rugueux à la surface et la rend résistante aux actions abrasives comme l'écaillage et le rayage.
• 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 qu'ils souhaitent.

Astuces pour l'usinage d'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 gérer que d'autres matériaux comme l'usinage du titane, par exemple. Cependant, il y a aussi quelques solutions d'experts pour optimiser les procédés d'usinage des alliages de zinc.

Privilégier les alliages de zinc usinables

Bien que cela aille de soi, il est facile de l'oublier aussi. 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. Cela paiera en termes de précision dimensionnelle et de gain de temps.

Outils de coupe affûtés

Pour contrer la gommosité des alliages de zinc et minimiser la progression de l'usure de l'outil, des outils de coupe plus affûtés sont préférables. Ils appliquent des forces de coupe concentrées et minimisent l'effet de labour. Ainsi, ils produisent des copeaux courts qui s'envolent au lieu de coller à l'outil.

Être généreux avec le liquide de refroidissement

Le ramollissement thermique est un problème majeur dans l'usinage du zinc. Donc, un approvisionnement ample en liquide de refroidissement aide à minimiser le frottement et à maintenir les températures sous contrôle, ce qui améliore à son tour 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-matière et conduit à une dissipation de chaleur plus élevée à travers les copeaux.

Outillage carbure/HSS

Les alliages de zinc peuvent causer une usure excessive de l'outil 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 aussi assez bien avec les nuances d'alliages 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 applications des pièces usinées en zinc. Une courte liste de pièces en alliage de zinc est donnée ci-dessous.

• Composants automobiles : Les entreprises automobiles utilisent les alliages de zinc pour fabriquer des composants de bloc moteur, supports, articles décoratifs, 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.
• Quincaillerie : Les alliages de zinc sont un choix populaire pour les fixations comme les vis, écrous et boulons pour des applications à faible impact comme les appareils électroménagers et les raccords. Ils fournissent une résistance ample, une résistance à la corrosion et des options de finition de surface esthétiques pour de telles applications.
• Biens de consommation : Les alliages de zinc sont aussi un choix populaire pour les articles de consommation comme les fermetures éclair, charnières et bijoux en raison de leur faible coût et de leur apparence ornementale.

Usinage du zinc chez WayKen

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Conclusions

Les alliages de zinc sont sûrement parmi les groupes de matériaux les plus importants dans l'industrie de l'usinage, avec une gamme diversifiée de nuances, procédés et applications. Leurs qualités bénéfiques, ainsi que leur haute usinabilité, les rendent parfaits pour les environnements d'atelier d'usinage.