Le zinc est l'un des métaux les plus polyvalents de l'industrie manufacturière. Il sert souvent de revêtement protecteur sur l'acier et d'autres métaux, grâce à sa capacité naturelle à lutter contre la rouille.
En général, les alliages de zinc sont façonnés par moulage sous pression pour créer des pièces. Cependant, l'usinage reste essentiel pour les pièces de précision et pour créer des géométries complexes que le moulage seul ne peut pas fournir.
Cet article vous présentera les propriétés du zinc, ses performances lors de l'usinage, les meilleurs alliages pour le travail et les meilleures pratiques en matière d'usinage du zinc.
Aperçu des propriétés du zinc
Le zinc est un métal de transition de numéro atomique 30. Il a une couleur blanc bleuâtre et une densité modérée (7.14 g/cm³) qui le place entre des métaux comme l'aluminium et l'acier.
Le zinc pur est cassant à température ambiante , mais devient ductile à des températures légèrement plus élevées, aux alentours de 120 °C. Il possède également un point de fusion bas (419.5 °C), ce qui facilite sa mise en forme.
Quelques propriétés qui font du zinc un choix industriel :
Résistance à la corrosion
Le zinc forme une couche d'oxyde protectrice (appelée patine) qui protège le métal sous-jacent de la rouille. C'est aussi la raison pour laquelle il est utilisé pour galvaniser les métaux ferreux comme l'acier, qui sont plus sensibles à la corrosion.
Accessibilité
Le zinc est moins cher que de nombreux autres métaux courants tels que l'aluminium, l'acier et le cuivre. Ce coût plus faible en fait un choix intéressant pour les applications de produits.
Propriétés d'alliage
Le zinc possède naturellement d'excellentes propriétés, c'est pourquoi il est souvent utilisé dans les alliages. Par exemple, l'ajout de zinc aux alliages d'aluminium permet d'améliorer la résistance et la taille des grains. Dans certains cas, il améliore également la résistance à la chaleur de l'alliage.
Usinage du zinc : procédés et applications
Le zinc, en raison de son point de fusion bas et de sa fluidité, est principalement utilisé pour fabriquer des pièces moulées sous pression. Cependant, l'usinage est souvent nécessaire pour obtenir des tolérances plus strictes dans les produits moulés, affiner les caractéristiques ou créer des géométries complexes à partir de lingots de zinc.
Usinage du zinc
Le fraisage est un processus d'usinage polyvalent qui enlève de la matière des pièces en zinc en introduisant un bloc de métal dans une fraise rotative.
Le fraisage du zinc est utilisé pour produire des supports, des boîtiers et des boîtiers qui nécessitent des surfaces planes ou des rainures précises. Il est également utilisé pour préparer les pièces pour la finition de surface ou l'assemblage.
Tournage du zinc
Le tournage consiste à faire tourner une pièce en zinc sur un tour tandis qu'un outil de coupe enlève de la matière pour façonner la pièce. Cette méthode est utilisée pour créer des composants cylindriques ou coniques (bagues, entretoises, arbres) et affiner les diamètres.
Les meilleurs alliages de zinc pour l'usinage
Le zinc pur est principalement utilisé dans la galvanisation et les applications nécessitant une conductivité élevée et est moins courant pour l'usinage. Cependant, les alliages de zinc offrent un équilibre entre résistance, résistance à la corrosion et usinabilité, ce qui les rend idéaux pour la fabrication de précision.
Certains alliages de zinc commercialement connus sont :
Série Zamak
La famille Zamak est l'une des familles d'alliages de zinc les plus connues commercialement. Parmi elles, deux nuances sont très courantes :
- Zamak 3 est la nuance standard, avec 96 % de zinc pur et 4 % d'aluminium, présentant une excellente stabilité dimensionnelle et une excellente résistance à la corrosion. Il est hautement coulable, compte tenu de sa faible température de fusion ; il s'agit donc d'un choix courant dans les environnements industriels.
- Zamak 5 a une composition similaire, avec 1 % de cuivre ajouté. Cela ajoute plus de résistance et de dureté, mais la ductilité est compromise. Il offre néanmoins une grande usinabilité et une excellente coulabilité.
Tombak
Le tombak est un alliage semblable au laiton contenant entre 5 et 20 % de zinc. Il est apprécié pour sa malléabilité, sa résistance à la corrosion et son aspect brillant (la couleur dépend des éléments d'alliage). Il est couramment utilisé pour des applications esthétiques, notamment pour les médailles, les boutons et les pièces ornementales.
EZAC
L'EZAC est un alliage de zinc hautes performances avec de l'aluminium et du cuivre. Il offre une résistance, une dureté et une résistance au fluage exceptionnelles. Il est particulièrement adapté au moulage sous pression de composants industriels soumis à de fortes contraintes.
ZA27
C'est l'un des alliages de zinc les plus résistants, grâce à une teneur en aluminium plus élevée (28 %). En raison de sa nature légère et de ses bonnes propriétés de fluage, il convient aux applications lourdes telles que les composants automobiles et les pièces structurelles.
Les défis de l'usinage du zinc
La souplesse du zinc peut laisser penser qu'il est facile à usiner. C'est vrai dans une certaine mesure, mais l'usinage du zinc présente également d'autres défis uniques.
Nature Gomme
Le point de fusion bas du zinc (419.5 °C) constitue l'un des plus grands défis de l'usinage. Lors de la découpe, la chaleur générée peut ramollir le matériau, le rendant collant à l'outil de coupe. Cela entraîne une usure de l'outil, une réduction de la précision et des problèmes de finition de surface.
Fragilité
Le zinc pur est fragile, mais la plupart de ses alliages sont connus pour être ductiles. Dans les alliages à teneur plus élevée en aluminium, la fragilité peut réapparaître, en particulier dans les formes moulées, entraînant un écaillage ou des fissures lors de l'usinage.
Défis de sécurité
La poussière de zinc produite pendant l'usinage est inflammable et peut provoquer une irritation respiratoire en cas d'inhalation. De plus, lorsque le zinc surchauffe, il peut s'oxyder et former de l'oxyde de zinc. L'inhalation de fumées d'oxyde de zinc peut provoquer une maladie appelée fièvre des fondeurs.
Bonnes pratiques pour l'usinage du zinc
Compte tenu des propriétés et des défis associés à l’usinage du zinc, nous avons compilé une liste de pratiques pour vous aider à naviguer efficacement dans ce processus.
Choix de notes
Le choix de l'alliage est essentiel. Les experts privilégient le Zamak 3 et le Zamak 5 pour la coulée et l'usinage en raison de leur facilité de manipulation et de leur excellente stabilité dimensionnelle.
Outils de coupe et paramètres
Le zinc est souvent comparé à l'aluminium 6061 comme référence pour les paramètres d'usinage. Pour le fraisage du zinc, le fraisage périphérique avec une fraise HSS standard est efficace. Les vitesses de coupe recommandées sont d'environ 50 % de celles de l'aluminium, avec des vitesses d'avance de 93 % des vitesses typiques de l'aluminium.
Lors du rainurage avec une fraise HSS, réduisez les vitesses à 68 % des vitesses de l'aluminium et utilisez des vitesses d'avance à 34 % des vitesses typiques de l'aluminium.
Choix des liquides de refroidissement
Le point de fusion bas du zinc nécessite un refroidissement efficace pour éviter la surchauffe et la déformation. Des liquides de refroidissement solubles et à base d'eau peuvent être utilisés. Les liquides de refroidissement à base d'eau sont particulièrement efficaces, car ils offrent une excellente gestion thermique.
Équipement de sécurité
En raison de la poussière et des fumées de zinc, un équipement de protection individuelle (EPI) approprié, comprenant des gants, des lunettes et des masques respiratoires, est nécessaire. L'atelier doit disposer d'une ventilation adéquate pour éviter l'inhalation de fumées d'oxyde de zinc.
Choix de finition de surface pour le zinc
Le zinc peut être résistant à la corrosion, mais une finition de surface supplémentaire est souvent nécessaire pour améliorer son apparence, améliorer sa durabilité ou le préparer à des applications spécifiques.
Peinture
La peinture consiste à colorer la surface. Elle offre une protection supplémentaire contre la corrosion et permet une personnalisation esthétique. Cette pratique est utilisée pour les éléments architecturaux, les biens de consommation et les pièces automobiles.
Electroplating
La galvanoplastie consiste à déposer une fine couche d'un autre métal (comme le nickel, le chrome ou l'or) sur la surface du zinc à l'aide d'un courant électrique. Le composant en zinc est immergé dans une solution contenant des ions métalliques, qui se lient au zinc pendant le processus.
La galvanoplastie permet de prouver la dureté de la surface, la résistance à l'usure et la conductivité électrique. Comme d'autres options de finition, elle est utilisée pour les finitions décoratives dans les composants électroniques, automobiles et industriels.
Revêtement de conversion au chromate
Le revêtement de conversion au chromate (alodine) est réalisé en immergeant les composants en zinc dans un bain chimique qui forme une couche de conversion sur la surface. Le revêtement a deux fonctions : il inhibe la corrosion et sert d'apprêt pour l'adhérence des peintures.
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