亜鉛機械加工:最適な部品製造のための合金とプロセスの選択

亜鉛 (記号:Zn) は、優れた耐食性、電気化学的性能、生体適合性などの優れた材料特性により、製造業で実用的な金属です。

この記事では、CNC 加工材料としての亜鉛およびその合金の品質について説明します。また、亜鉛の特性、さまざまなタイプの亜鉛合金、さまざまな亜鉛加工プロセス、亜鉛合金の被削性の詳細な分析も含まれています。

亜鉛の性質と特徴

純粋な形の亜鉛金属は、光沢のある灰色がかった脆い化学元素であり、工業用途は限られています。純粋な金属として、鉄などの他の金属を亜鉛メッキして耐食性を向上させるのに役立ちます。

しかし、亜鉛合金は非常に有用であり、一般的な機械加工材料のリストの中で上位に位置するさまざまな望ましい品質を誇っています。亜鉛合金は、優れた引張強度、耐食性、高い延性を備えています。さらに、リサイクル可能なため環境にも優しいです。さらに、亜鉛は豊富に供給されている高価ではない金属です。

各亜鉛合金は、材料特性の特定の組み合わせを提供します。このセクションでは、いくつかの一般的な亜鉛合金について説明します。亜鉛の主な合金元素には、銅、錫、マグネシウム、アルミニウムなどがあります。

ザマック 3

亜鉛合金の Zamak ファミリーには最も一般的な亜鉛合金グレードがあり、その中でも Zamak 3 が標準です。ザマック 3 には、96% の高純度亜鉛と 4% のアルミニウムが含まれています。さらに、ザマック 3 内の特定の変異体には、微量の銅、マグネシウム、鉄が含まれている可能性があります。

延性、強度、仕上げ、寸法安定性の組み合わせを提供します。これらの品質は、384oC の融点によって強化され、鋳造性を高めています。したがって、鋳造は間違いなく最も一般的な産業用途です。

さらに、Zamak 3 は亜鉛合金特有の耐食性と導電性も備えています。

ザマック 5

Zamak 5 は、Zamak グループの別の亜鉛合金グレードです。その組成には、4% のアルミニウムに加えて、約 1% の銅が含まれており、これはすべてのザマック グレードに共通です。

この銅の添加により、亜鉛合金に強度と硬度が追加されます。ただし、これらの特性は延性と寸法精度の低下を犠牲にします。ただし、全体としては、ザマック 5 は鋳造性と機械加工性に優れた優れた亜鉛合金になります。

ZA 8

ZA 8 は、アルミニウム含有量が 8.4% の亜鉛アルミニウム合金です。その主な品質には、高い強度と硬度、および亜鉛合金グレードの中で独特の特性であるクリープ強度が含まれます。また、さまざまな表面仕上げプロセスをサポートしているため、装飾目的のアイテムを作成する場合によく選択されます。

その主な利点の 1 つは、ホット チャンバー ダイカストなどのダイカスト方法との互換性です。その流動性により、薄いフィーチャを含む複雑なジオメトリを鋳造することができます。

EZAC

EZAC は、アルミニウムと銅を含む革新的な亜鉛合金グレードです。優れた強度、硬度、クリープ性能を備えており、一般的な亜鉛合金グレードの中で最高であると言われることがよくあります。

融点と流動性により、ダイカスト用途に特に適しています。融点が低いため、ホット チャンバー ダイカストとの互換性があり、さまざまな業界での潜在的な用途が広がります。

ZA 27

ZA 27 もアルミニウム含有量の高い亜鉛合金で、アルミニウムが約 28%、銅が 2.5% 含まれています。軽量で、強度があり、硬く、優れたクリープ特性を持っています。また、亜鉛合金の中では融点が比較的高いため、コールドチャンバーダイカストに適しています。

トンバク

Tombak は主に、約 5 ～ 20% の亜鉛含有量を含む真鍮合金です。低コスト、展性、光沢のある外観で知られています。他の合金元素 (錫、銅、鉛など) の組成に応じて、異なる色になることがあります。

ゴールドの外観のため、メダル、装飾品、ボタンなどの装飾価値のある製品を作るのに人気があります。

亜鉛合金の被削性

亜鉛合金は一般に機械加工が容易であり、多くの問題を引き起こしません。ただし、他の材料と同様に、最良の結果を得るには機械工による特定の考慮と調整が必要となる特定の挙動を示します。亜鉛の被削性の核心的な側面については、以下で説明します。

ガム状の動作

亜鉛は加工中に急速に発熱します。温度上昇に伴う熱軟化により、材料に「粘着性」が生じる可能性があります。これは、亜鉛合金が工具の刃先に固着しやすく、工具の摩耗が促進され、切削性能が低下する傾向があることを意味します。

低融点

同様の温度関連の問題は、熱による軟化により、機械工が積極的な加工アプローチを行うのを妨げる場合があるということです。たとえば、材料の過剰なせん断により、非常に高い送りが不可能になる場合があります。

脆性

本質的に延性がありますが、一部の高アルミニウム合金グレードは脆い性質を持っているため、チッピングの問題が発生する可能性があります。

安全上の危険

亜鉛の機械加工では短く扱いやすい切りくずが生成されますが、微細加工や研削用途では吸入すべきではない粉塵が発生する可能性があります。したがって、このような操作を実行するときは、適切な換気を行うことをお勧めします。

亜鉛合金のさまざまな加工プロセス

亜鉛合金は機械工場で一般的な材料です。これらはさまざまな加工操作と互換性があり、その一部については以下で簡単に説明します。

フライス加工

フライス加工は、亜鉛加工の最も広く認識されている加工プロセスです。 5 軸 CNC 加工などの高度な機能を備えた、不規則な角柱形状を製造するための最高級のプロセスです。

方向転換

旋削加工は、旋盤で円筒形の物体を加工する場合に役立ちます。最新の旋盤は、ターンミーリング操作を含む高精度の多軸機能を提供します。亜鉛の旋削は、フライス加工と同様に簡単ですが、材料の軟化 (粘着性) に関して問題が発生する可能性があります。

穴あけ

ドリリングは、らせん状のフルートを備えたさまざまな長さと半径の比率のドリルビットを使用する標準的な穴あけ加工プロセスです。亜鉛合金の穴あけは、切削ゾーンでの熱の蓄積を最小限に抑えるために、フラッド冷却と鋭利なドリルビットを使用して行うのが適切です。それ以外の場合は、亜鉛合金を十分な切削パラメータで加工できるため、高い材料除去率が可能になります。

ダイカスト

ダイカストは、複雑な形状と厳しい公差を持つ亜鉛部品を製造するための非常に効率的で一般的な製造プロセスです。従来の機械加工プロセスとは異なり、ダイカストでは金型や金型を使用して目的の部品を作成します。

放電加工 (EDM)

EDM は古典的な機械加工操作ではありませんが、機械工場で角柱部品を製造するための非常に便利な通常の方法です。亜鉛は優れた導電性を備えているため、EDM 対応の材料となります。

亜鉛部品の表面仕上げオプション

亜鉛合金は、次のようなさまざまな表面仕上げ方法と互換性があります。

• 電気メッキ :亜鉛合金は、ニッケルやコバルトなどの材料による電気めっきをサポートし、特定の表面仕上げ、特性、耐食性の向上を実現します。
• クロメート化成コーティング ：クロメート化成処理により、亜鉛合金の美観と耐食性が向上します。さらに、さまざまな色もご用意しています。
• 粉体塗装 :パウダー コーティングにより、表面に粗い外観が与えられ、欠けや引っかき傷などの研磨作用に耐性が得られます。
• 陽極酸化処理 :陽極酸化により、亜鉛合金の表面に酸化物の薄い保護層が形成され、耐食性が向上します。
• 絵を描く :亜鉛合金は塗料と互換性があるため、ユーザーは希望する色を得ることができます。

亜鉛合金の機械加工に関するヒントとコツ

前のセクションでは、亜鉛合金の被削性が高いことを確認しました。たとえばチタンの機械加工など、他の材料ほど取り扱いが難しくありません。ただし、亜鉛合金の機械加工プロセスを最適化する専門的なソリューションもいくつかあります。

機械加工可能な亜鉛合金を好む

言うまでもないことですが、見落としがちな点でもあります。複数の亜鉛合金から選択する場合は、Zamak 3 や Zamak 5 など、機械工が管理しやすいと判断したものを選択してください。寸法精度と時間の節約の点で効果的です。

鋭利な切削工具

亜鉛合金の粘着性に対処し、工具の摩耗の進行を最小限に抑えるには、より鋭利な切削工具が望ましいです。集中的な切削力を適用し、耕起効果を最小限に抑えます。したがって、短い切りくずが生成され、工具に付着するのではなく飛び散ります。

冷却剤は多めに入れてください

熱軟化は亜鉛加工における大きな問題です。したがって、クーラントを十分に供給することで摩擦を最小限に抑え、温度を制御することができ、その結果、表面仕上げと切りくずの生成が向上します。さらに、水ベースの冷却剤を優先的に選択する必要があります。

中～高速の切削速度

亜鉛合金が急速に加熱する場合は、切断速度をわずかに上げて切断温度を下げます。これにより、工具と材料の接触時間が短縮され、チップ全体の熱放散が増加します。

超硬/ハイス工具

亜鉛合金は、工具の過度の磨耗や熱変形を引き起こす可能性があります。したがって、カーバイドは、優れた耐摩耗性と熱安定性を備えているため、良い選択です。軽度の作業の場合、HSS は亜鉛合金グレードでも非常にうまく機能します。

亜鉛部品の用途

亜鉛合金の機械加工性の側面を理解したところで、今度は亜鉛機械加工部品の用途のいくつかについて説明します。亜鉛合金部品の短いリストを以下に示します。

• 自動車部品 :自動車会社は、亜鉛合金を使用してエンジン ブロックのコンポーネント、ブラケット、装飾品などを製造しています。
• 電子エンクロージャ :亜鉛合金は電気伝導性と熱伝導性に優れているため、電子機器のエンクロージャやヒートシンクの製造に最適です。
• 医療機器 :亜鉛合金は生体適合性があるため、一部の医療機器にとって好ましい材料となっています。
• ハードウェア :亜鉛合金は、家電製品や付属品などの低衝撃用途のネジ、ナット、ボルトなどの留め具としてよく選ばれています。このような用途に十分な強度、耐食性、美しい表面仕上げのオプションを提供します。
• 消費財 :亜鉛合金は、低コストで装飾的な外観を備えているため、ジッパー、ヒンジ、宝飾品などの消費者向けアイテムとしても人気があります。

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結論

亜鉛合金は、さまざまなグレード、プロセス、および用途を備えた機械加工業界で最も重要な材料グループの 1 つであることは間違いありません。その有益な特性と高い機械加工性により、機械工場の環境に最適です。