Механическая обработка цинкового сплава: марки, методы ЧПУ и практика

Цинковые сплавы ценятся в различных отраслях промышленности за сочетание прочности, пластичности, коррозионной стойкости и выдающейся обрабатываемости. Хотя они наиболее известны своим применением в литье под давлением, их превосходные свойства также делают их популярным выбором для высокоточных компонентов небольшого объема, изготавливаемых методом механической обработки с помощью числового программного управления (ЧПУ). Понимание различных марок и применение передовых методов имеют важное значение для преодоления уникальных характеристик материала и обеспечения безупречного конечного компонента.

Марки цинкового сплава для механической обработки

Семейство цинковых сплавов обширно, но наиболее распространенными марками, встречающимися при механической обработке с ЧПУ, являются серии Zamak и высокоалюминиевая серия ZA. Правильный выбор сплава является первым критическим шагом, поскольку механические свойства и обрабатываемость значительно различаются.

• Zamak 3 (ASTM AG40A):Это базовая и наиболее широко используемая марка цинкового сплава во всем мире. Он обеспечивает превосходный баланс физических и механических свойств, что делает его очень стабильным и размерно согласованным. Его выдающаяся текучесть и литейные свойства часто приводят к деталям, близким к чистой форме, но он исключительно хорошо обрабатывается для добавления функций и более жестких допусков. Это предпочтительный выбор, когда требуются общая прочность, пластичность и стабильность.

• Zamak 5 (ASTM AC41A):Содержащий более высокий процент меди, чем Zamak 3, Zamak 5 обеспечивает большую прочность, твердость и сопротивление ползучести. Хотя он немного менее пластичен, чем Zamak 3, его улучшенные механические характеристики делают его подходящим для деталей, требующих большей структурной целостности и долговечности. Он остается высокообрабатываемым.

• ZA-8 (цинково-алюминиевый сплав):Этот сплав содержит примерно 8,4% алюминия. Он известен хорошей прочностью и твердостью, находясь между Zamak 3 и Zamak 5. Критически важно, что он демонстрирует лучшие характеристики при повышенных температурах, чем сплавы Zamak, и обладает отличными антифрикционными свойствами. Он обеспечивает очень хорошую обрабатываемость и часто используется для требовательных функциональных компонентов.

• ZA-27 (цинково-алюминиевый сплав):Содержащий около 27% алюминия, ZA-27 является самым прочным из распространенных цинковых сплавов. Он используется в приложениях, где максимальная прочность, твердость и износостойкость имеют первостепенное значение. Хотя он все еще обрабатывается, более высокое содержание алюминия и повышенная твердость делают его более абразивным и немного более сложным в обработке, чем сплавы Zamak, требуя более надежных инструментов.

Проблемы и соображения при механической обработке цинковых сплавов с ЧПУ

Несмотря на их в целом высокую оценку обрабатываемости, цинковые сплавы представляют собой несколько конкретных проблем, которые операторы ЧПУ должны решать:

• Липкое поведение и управление стружкой:Цинковые сплавы относительно мягкие и пластичные. Во время механической обработки материал может становиться «липким» или «клейким», прилипая к режущей кромке инструмента. Эта тенденция к образованию нароста (BUE) ухудшает качество поверхности, увеличивает усилия резания и ускоряет износ инструмента.

• Термическое размягчение и низкая температура плавления:Цинковые сплавы имеют относительно низкую температуру плавления (около $380^circtext{C}$ до $420^circtext{C}$). Тепло, выделяемое во время агрессивной механической обработки, может привести к термическому размягчению, что усугубляет липкое поведение и может привести к неточностям размеров или деформации.

• Хрупкость (высокоалюминиевые сплавы):Хотя в целом пластичные, некоторые высокоалюминиевые цинковые сплавы, такие как ZA-27, могут проявлять некоторую степень хрупкости или сколов, особенно при воздействии больших ударных сил или высокоскоростной резке с высокой скоростью подачи.

Основные методы и практика ЧПУ

Для успешной механической обработки цинковых сплавов и преодоления этих присущих им проблем необходимы специализированные методы ЧПУ и практика управления инструментом.

Выбор инструмента и геометрия:

• Острота - это ключ:Самая важная практика - использование чрезвычайно острых режущих инструментов. Острые кромки минимизируют трение и усилие резания, уменьшая тенденцию материала прилипать к инструменту и предотвращая образование нароста.

• Материал инструмента:Твердосплавные инструменты часто предпочтительны из-за их превосходной износостойкости, термической стабильности и способности дольше сохранять острую кромку. Быстрорежущая сталь (HSS) может использоваться для более легких резов, но может потребовать более частой замены из-за более быстрого износа.

• Геометрия инструмента:Инструменты должны иметь достаточные углы наклона и задние углы для обеспечения эффективного отвода стружки и минимизации трения. Рекомендуются высокие положительные углы наклона, чтобы чисто срезать материал, а не толкать или вспахивать его. Высокополированные или покрытые канавки (например, полированный твердый сплав) дополнительно помогают в удалении стружки и предотвращают прилипание.

Параметры резания (подачи и скорости):

• Средние и высокие скорости резания:В отличие от некоторых металлов с низкой температурой плавления, использование немного более высокой скорости резания иногда может быть полезным с цинком. Более высокие скорости могут уменьшить продолжительность контакта режущего инструмента с материалом, что приведет к лучшему рассеиванию тепла через стружку, а не в заготовку или инструмент.

• Оптимизированные скорости подачи и глубина резания:Скорости подачи должны быть достаточно высокими, чтобы инструмент всегда резал свежий материал и срезал стружку, а не просто натирал. Однако агрессивную глубину резания необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать чрезмерного выделения тепла, которое приводит к термическому размягчению. Баланс необходим для максимального удаления материала без ущерба для качества поверхности или стабильности размеров.

Охлаждение и смазка:

• Заливное охлаждение имеет решающее значение:Из-за риска термического размягчения жизненно важна обильная подача охлаждающей жидкости. Настоятельно рекомендуется заливное охлаждение или смазка туманом большого объема для эффективного рассеивания тепла, смазки интерфейса резания и обеспечения чистого удаления стружки. Обычно используются охлаждающие жидкости на водной основе.

• Контроль температуры:Основная цель охлаждения - поддерживать низкую температуру в зоне резания, предотвращая размягчение материала и прилипание к инструменту.

Отделка поверхности и вторичные операции:

• Отделка поверхности:Цинковые сплавы обычно обеспечивают очень хорошее качество поверхности непосредственно с станка с ЧПУ благодаря своей мелкозернистой структуре.

• Удаление заусенцев:Пластичность цинка иногда может приводить к образованию заусенцев. Часто требуется тщательный выбор инструмента и направления резания, а затем легкое ручное или автоматическое удаление заусенцев.

• Покрытия:Детали из цинкового сплава часто подвергаются гальваническому покрытию (например, медью, никелем или хромом) или порошковому покрытию для повышения коррозионной стойкости, износостойкости или достижения желаемого эстетического вида.

В заключение, успешная механическая обработка цинковых сплавов с ЧПУ зависит от уважения к чувствительности материала к нагреву и его склонности к липкости. Выбирая правильную марку Zamak или ZA, используя чрезвычайно острые твердосплавные инструменты с соответствующей геометрией и тщательно управляя термическими условиями посредством эффективного заливного охлаждения, производители могут использовать высокую присущую обрабатываемость цинка для надежного и эффективного производства сложных, высокоточных компонентов. Цинковые сплавы продолжают оставаться краеугольным камнем в крупносерийном, прецизионном производстве, особенно когда только литье под давлением не может достичь жестких допусков, требуемых современными инженерными стандартами.