亜鉛は、製造業において最も用途の広い金属の 1 つです。亜鉛は、錆びを防ぐ天然の能力があるため、鋼鉄やその他の金属の保護コーティングとしてよく使用されます。
一般的に、亜鉛合金はダイカストで成形され、部品が作られます。しかし、精密部品や、鋳造だけでは実現できない複雑な形状を作成するには、機械加工が不可欠です。
この記事では、亜鉛の特性、機械加工時の性能、作業に最適な合金、亜鉛加工のベストプラクティスについて説明します。
亜鉛の特性の概要
亜鉛は原子番号30の遷移金属です。青みがかった白色をしており、密度は中程度（7.14 g/cm³）で、アルミニウムや鋼鉄などの金属の中間に位置します。
純亜鉛は室温では脆いが、 120℃程度とやや高温になると延性を示すようになる。また、融点が低い（419.5℃）ため、鋳造しやすい。
亜鉛が工業的に選ばれる理由となる特性には次のようなものがあります。
耐食性
亜鉛は、下地の金属を錆から守る保護酸化物層（緑青と呼ばれる）を形成します。これは、腐食の影響を受けやすい鋼鉄などの鉄金属の亜鉛メッキに亜鉛が使用される理由でもあります。
値ごろ感
亜鉛は、アルミニウム、鋼、銅など他の多くの一般的な金属よりも安価です。この低コストにより、製品用途には魅力的な選択肢となります。
合金の特性
亜鉛は自然に優れた特性をもたらすため、一般的な合金元素となっています。たとえば、アルミニウム合金に亜鉛を加えると、強度と粒径が向上します。場合によっては、合金の耐熱性も向上します。
亜鉛の加工：プロセスとアプリケーション
亜鉛は融点が低く流動性が高いため、部品を作るには主にダイカストで製造されます。ただし、鋳造製品の許容誤差を狭くしたり、機能を改良したり、亜鉛インゴットから複雑な形状を作成したりするには、機械加工が必要になることがよくあります。
亜鉛製粉
フライス加工は、回転するカッターに金属ブロックを送り込み、亜鉛のワークピースから材料を除去する多目的加工プロセスです。
亜鉛フライス加工は、平らな表面や精密な溝を必要とするブラケット、エンクロージャ、ハウジングの製造に使用されます。また、表面仕上げや組み立て用の部品の準備にも使用されます。
亜鉛旋削
旋削加工では、旋盤で亜鉛のワークピースを回転させながら、切削工具で材料を削り取って部品を成形します。この方法は、円筒形または円錐形の部品 (ブッシング、スペーサー、シャフト) を作成し、直径を微調整するために使用されます。
機械加工に最適な亜鉛合金
純亜鉛は主に亜鉛メッキや高導電性を必要とする用途に使用され、機械加工にはあまり使用されません。ただし、亜鉛合金は強度、耐腐食性、機械加工性のバランスが取れているため、精密製造に最適です。
商業的に知られている亜鉛合金には以下のものがあります。
ザマックシリーズ
ザマック ファミリーは、商業的に知られている亜鉛合金ファミリーの 1 つです。その中で、2 つのグレードが非常に一般的です。
- ザマック3 標準グレードで、96% の純亜鉛と 4% のアルミニウムを含み、寸法安定性と耐腐食性に優れています。融点が低いため鋳造性が高く、産業現場でよく使用されます。
- ザマック5 同様の組成で、銅が 1% 追加されています。これにより強度と硬度が増しますが、延性は低下します。それでも、機械加工性と鋳造性は優れています。
スピア
トンバックは、亜鉛含有量が 5～20% の真鍮のような合金です。展性、耐腐食性、光沢のある外観 (色は合金元素によって異なります) が評価されています。メダル、ボタン、装飾品などの美観によく使用されます。
イーザック
EZAC は、アルミニウムと銅を含む高性能亜鉛合金です。優れた強度、硬度、耐クリープ性を備えています。高応力を受ける工業用部品のダイカストに最適です。
ZA27
アルミニウム含有量が多い (28%) ため、最も強度の高い亜鉛合金の XNUMX つです。軽量でクリープ特性が優れているため、自動車部品や構造部品などの高負荷用途に適しています。
亜鉛の加工における課題
亜鉛は柔らかいので、機械加工が簡単だと思われるかもしれません。それはある程度は真実ですが、亜鉛の機械加工には別の特有の課題が伴います。
グミネイチャー
亜鉛の融点が低い (419.5°C) ことが、機械加工における最大の課題の XNUMX つです。切削中に発生する熱によって材料が軟化し、粘性が生じて切削工具に付着することがあります。これにより、工具の摩耗、精度の低下、表面仕上げの問題が発生します。
もろさ
純粋な亜鉛は脆いですが、その合金のほとんどは延性があることが知られています。アルミニウム含有量が多い合金では、特に鋳造品では脆さが再び現れ、機械加工中に欠けや割れが生じることがあります。
安全上の課題
機械加工中に発生する亜鉛粉塵は可燃性があり、吸入すると呼吸器系に炎症を起こす可能性があります。さらに、亜鉛が過熱すると酸化されて酸化亜鉛を形成する可能性があります。酸化亜鉛の煙を吸入すると、金属煙熱と呼ばれる症状を引き起こす可能性があります。
亜鉛加工のベストプラクティス
亜鉛の機械加工に伴う特性と課題を考慮して、このプロセスを効率的に進めるための実践例のリストをまとめました。
グレードの選択
合金の正しい選択が鍵となります。専門家は、取り扱いが容易で寸法安定性に優れているため、鋳造と機械加工にはザマック 3 とザマック 5 を好みます。
切削工具とパラメータ
亜鉛は、加工パラメータの基準としてアルミニウム 6061 と比較されることがよくあります。亜鉛のフライス加工には、標準 HSS エンド ミルを使用した外周フライス加工が効果的です。推奨される切削速度はアルミニウムの約 50% で、送り速度はアルミニウムの標準速度の 93% です。
HSS エンド ミルでスロット加工する場合は、速度をアルミニウムの速度の 68% に下げ、送り速度をアルミニウムの標準速度の 34% で使用します。
冷却剤の選択
亜鉛は融点が低いため、過熱や変形を防ぐために効果的な冷却が必要です。水溶性冷却剤と水性冷却剤の両方を使用できます。水性冷却剤は優れた熱管理を提供するため、特に効果的です。
安全装置
亜鉛の粉塵と煙が発生するため、手袋、ゴーグル、呼吸用マスクなどの適切な個人用保護具 (PPE) が必要です。作業場には、酸化亜鉛の煙を吸い込まないように十分な換気が必要です。
亜鉛の表面仕上げの選択肢
亜鉛は耐腐食性がありますが、外観を良くしたり、耐久性を向上させたり、特定の用途に備えるために、追加の表面仕上げが必要になることがよくあります。
絵画
塗装とは、表面を着色することです。これにより、腐食防止効果が追加され、美観をカスタマイズできます。この方法は、建築要素、消費財、自動車部品に使用されます。
電気めっき
電気めっきでは、電流を使用して亜鉛の表面に別の金属（ニッケル、クロム、金など）の薄い層を堆積します。亜鉛成分は金属イオンを含む溶液に浸され、処理中に亜鉛と結合します。
電気めっきは、表面硬度、耐摩耗性、導電性を実現します。他の仕上げオプションと同様に、電子機器、自動車、工業用部品の装飾仕上げに使用されます。
クロメート化成皮膜
クロメート変換（アロジン）コーティングは、亜鉛成分を化学浴に浸して表面に変換層を形成することによって行われます。コーティングには、腐食を抑制し、塗料の接着のためのプライマーとして機能するという 2 つの目的があります。
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