Zink ist eines der vielseitigsten Metalle in der Fertigungsindustrie. Dank seiner natürlichen Fähigkeit, Rost zu bekämpfen, wird es häufig als Schutzbeschichtung auf Stahl und anderen Metallen verwendet.
Im Allgemeinen werden Zinklegierungen im Druckgussverfahren geformt, um Teile herzustellen. Für Präzisionsteile und die Herstellung komplexer Geometrien, die allein durch Gießen nicht möglich sind, ist jedoch nach wie vor eine maschinelle Bearbeitung erforderlich.
In diesem Artikel erfahren Sie alles über die Eigenschaften von Zink und wie es sich bei der Bearbeitung verhält. Außerdem erfahren Sie, welche Legierungen sich hierfür am besten eignen und welche Best Practices bei der Zinkbearbeitung angewendet werden.
Ein Überblick über die Eigenschaften von Zink
Zink ist ein Übergangsmetall mit der Ordnungszahl 30. Es hat eine bläulich-weiße Farbe und eine moderate Dichte (7.14 g/cm³), die es zwischen Metallen wie Aluminium und Stahl platziert.
Reines Zink ist bei Zimmertemperatur spröde, Aber wird duktil bei etwas höheren Temperaturen, bei etwa 120 °C. Es hat auch einen niedrigen Schmelzpunkt (419.5 °C), was das Gießen erleichtert.
Einige Eigenschaften, die Zink zu einer industriellen Wahl machen:
Korrosionsbeständigkeit
Zink bildet eine schützende Oxidschicht (Patina genannt), die das darunterliegende Metall vor Rost schützt. Dies ist auch ein Grund, warum es zum Verzinken von Eisenmetallen wie Stahl verwendet wird, die anfälliger für Korrosion sind.
Erschwinglichkeit
Zink ist billiger als viele andere gängige Metalle wie Aluminium, Stahl und Kupfer. Diese niedrigeren Kosten machen es zu einer attraktiven Wahl für Produktanwendungen.
Legierungseigenschaften
Zink bringt von Natur aus großartige Eigenschaften mit sich, weshalb es ein häufig verwendetes Legierungselement ist. Beispielsweise trägt die Zugabe von Zink zu Aluminiumlegierungen dazu bei, die Festigkeit und Korngröße zu verbessern. In einigen Fällen verbessert es auch die Hitzebeständigkeit der Legierung.
Zinkbearbeitung: Verfahren und Anwendung
Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts und seiner Fließfähigkeit wird Zink meist im Druckgussverfahren hergestellt. Um jedoch bei Gussprodukten engere Toleranzen zu erreichen, Merkmale zu verfeinern oder aus Zinkbarren komplizierte Geometrien zu erzeugen, ist häufig eine maschinelle Bearbeitung erforderlich.
Zinkfräsen
Fräsen ist ein vielseitiges Bearbeitungsverfahren, bei dem Material von Zinkwerkstücken entfernt wird, indem ein Metallblock in einen rotierenden Fräser eingeführt wird.
Das Zinkfräsen wird zur Herstellung von Halterungen, Gehäusen und Ummantelungen verwendet, die flache Oberflächen oder präzise Rillen erfordern. Es wird auch verwendet, um Teile für die Oberflächenbearbeitung oder Montage vorzubereiten.
Zinkdrehen
Beim Drehen wird ein Zinkwerkstück auf einer Drehbank gedreht, während ein Schneidwerkzeug Material entfernt, um das Teil zu formen. Diese Methode wird zum Erstellen zylindrischer oder konischer Komponenten (Buchsen, Distanzstücke, Wellen) und zum Verfeinern von Durchmessern verwendet.
Beste Zinklegierungen für die Bearbeitung
Reines Zink wird hauptsächlich zum Verzinken und für Anwendungen verwendet, die eine hohe Leitfähigkeit erfordern. Für die Bearbeitung wird es seltener verwendet. Zinklegierungen bieten jedoch ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit, was sie ideal für die Präzisionsfertigung macht.
Einige im Handel bekannte Zinklegierungen sind:
Zamak-Serie
Die Zamak-Familie ist eine der kommerziell bekannten Familien von Zinklegierungen. Darunter sind zwei Sorten sehr verbreitet:
- Zamak 3 ist die Standardqualität mit 96 % reinem Zink und 4 % Aluminium und weist eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur ist es sehr gut gießbar und daher eine häufige Wahl in industriellen Umgebungen.
- Zamak 5 hat eine ähnliche Zusammensetzung, jedoch mit 1 % Kupferzusatz. Das verleiht mehr Festigkeit und Härte, die Duktilität wird jedoch beeinträchtigt. Dennoch bietet es eine hervorragende Bearbeitbarkeit und Gießbarkeit.
Speer
Tombak ist eine messingähnliche Legierung mit einem Zinkgehalt von 5–20 %. Es wird wegen seiner Formbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und seines glänzenden Aussehens geschätzt (die Farbe hängt von den Legierungselementen ab). Es wird häufig für ästhetische Anwendungen verwendet, beispielsweise für Medaillen, Knöpfe und Zierstücke.
EZAC
EZAC ist eine Hochleistungs-Zinklegierung mit Aluminium und Kupfer. Sie bietet außergewöhnliche Festigkeit, Härte und Kriechfestigkeit. Sie eignet sich am besten für den Druckguss von Industriekomponenten, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
ZA27
Dank eines höheren Aluminiumgehalts (28 %) ist es eine der stärksten Zinklegierungen. Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner guten Kriecheigenschaften eignet es sich für Hochleistungsanwendungen wie Automobilkomponenten und Strukturteile.
Herausforderungen bei der Bearbeitung von Zink
Die Weichheit von Zink lässt vermuten, dass es leicht zu bearbeiten ist. Das stimmt bis zu einem gewissen Grad auch, aber die Bearbeitung von Zink bringt noch weitere, einzigartige Herausforderungen mit sich.
Gummibärchen Natur
Der niedrige Schmelzpunkt von Zink (419.5 °C) ist eine der größten Herausforderungen bei der Bearbeitung. Beim Schneiden kann die erzeugte Hitze das Material erweichen, wodurch es gummiartig wird und am Schneidwerkzeug klebt. Dies führt zu Werkzeugverschleiß, verringerter Präzision und Problemen mit der Oberflächengüte.
Sprödigkeit
Reines Zink ist spröde, aber die meisten seiner Legierungen sind duktil. Bei Legierungen mit höherem Aluminiumgehalt kann die Sprödigkeit wieder auftreten, insbesondere bei Gussformen, was bei der Bearbeitung zu Absplitterungen oder Rissen führen kann.
Sicherheitsherausforderungen
Bei der Bearbeitung entstehender Zinkstaub ist entflammbar und kann bei Einatmen zu Atemreizungen führen. Außerdem kann Zink bei Überhitzung oxidieren und Zinkoxid bilden. Das Einatmen von Zinkoxiddämpfen kann zu einem Zustand führen, der als Metalldampffieber bekannt ist.
Best Practices für die Zinkbearbeitung
Unter Berücksichtigung der Eigenschaften und Herausforderungen, die mit der Bearbeitung von Zink verbunden sind, haben wir eine Liste mit Vorgehensweisen zusammengestellt, die Ihnen dabei helfen, diesen Prozess effizient zu bewältigen.
Auswahl der Noten
Die richtige Wahl der Legierung ist entscheidend. Experten bevorzugen Zamak 3 und Zamak 5 für den Guss und die Bearbeitung aufgrund ihrer einfachen Handhabung und hervorragenden Dimensionsstabilität.
Schneidwerkzeuge und Parameter
Zink wird oft mit Aluminium 6061 verglichen, um die Bearbeitungsparameter zu vergleichen. Zum Fräsen von Zink ist das Umfangsfräsen mit einem Standard-HSS-Schaftfräser effektiv. Die empfohlenen Schnittgeschwindigkeiten liegen bei etwa 50 % der für Aluminium, wobei die Vorschubgeschwindigkeiten 93 % der für Aluminium typischen Geschwindigkeiten betragen.
Reduzieren Sie beim Schlitzen mit einem HSS-Schaftfräser die Geschwindigkeit auf 68 % der Aluminiumgeschwindigkeit und verwenden Sie einen Vorschub von 34 % der typischen Aluminiumgeschwindigkeit.
Auswahl der Kühlmittel
Der niedrige Schmelzpunkt von Zink erfordert eine effektive Kühlung, um Überhitzung und Verformung zu vermeiden. Es können sowohl lösliche als auch wasserbasierte Kühlmittel verwendet werden. Kühlmittel auf Wasserbasis sind besonders effektiv, da sie ein ausgezeichnetes Wärmemanagement bieten.
Sicherheitsausrüstung
Aufgrund von Zinkstaub und -dämpfen ist eine geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) – einschließlich Handschuhen, Schutzbrillen und Atemmasken – erforderlich. Die Werkstatt muss über eine ausreichende Belüftung verfügen, um das Einatmen von Zinkoxiddämpfen zu verhindern.
Oberflächenveredelungsmöglichkeiten für Zink
Zink ist zwar korrosionsbeständig, jedoch ist häufig eine zusätzliche Oberflächenbearbeitung erforderlich, um das Aussehen zu verbessern, die Haltbarkeit zu erhöhen oder es für bestimmte Anwendungen vorzubereiten.
Lackierung
Beim Lackieren wird die Oberfläche gefärbt. Es bietet zusätzlichen Korrosionsschutz und ermöglicht eine ästhetische Individualisierung. Das Verfahren wird bei Architekturelementen, Konsumgütern und Autoteilen angewandt.
Galvanotechnik
Beim Galvanisieren wird mithilfe eines elektrischen Stroms eine dünne Schicht eines anderen Metalls (wie Nickel, Chrom oder Gold) auf die Zinkoberfläche aufgebracht. Das Zinkbauteil wird in eine Lösung mit Metallionen getaucht, die sich während des Prozesses mit dem Zink verbinden.
Durch Galvanisieren wird die Oberflächenhärte verbessert, die Verschleißfestigkeit erhöht und die elektrische Leitfähigkeit erhöht. Wie andere Veredelungsmethoden wird es für dekorative Oberflächen in der Elektronik, Automobilindustrie und bei Industriekomponenten verwendet.
Chromatumwandlungsbeschichtung
Die Chromatierung (Alodine) erfolgt durch Eintauchen von Zinkkomponenten in ein chemisches Bad, das eine Konversionsschicht auf der Oberfläche bildet. Die Beschichtung dient zwei Zwecken: Sie verhindert Korrosion und dient als Haftgrund für die Anhaftung von Farben.
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