Der Zamak ist eine Legierung auf der Basis von Zink im Wesentlichen daran gebunden aus Aluminium , Magnesium und Kupfer . Es hat seinen Namen von dem Akronym in Deutsch jeden Elements in seiner Zusammensetzung verwendet: Z Tinte, A luminium , MA gnesium und K upfer (Kupfer). Seine Dichte beträgt 6700 kg/m 3 und sein Schmelzpunkt 400 °C .
Zinklegierungen sind besonders für den Druckguss geeignet und ermöglichen die Herstellung von dünnen Teilen und Teilen mit komplexer Konfiguration.
Die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften von Zamak, die sehr gute Gießbarkeit unter Druck, die Dimensionsstabilität , die Korrosionsbeständigkeit (die Hauptfunktion von Zink besteht darin, den Stahl zu schützen ) machen es zu einer Legierung, die sich für die Herstellung sehr dünner Teile mit komplexer Form eignet, ermöglicht hohe Produktionsraten und macht diese Legierung zu einem technisch zuverlässigen und wirtschaftlich sehr wettbewerbsfähigen Bauteil für Technologieentwickler.
Zinklegierungen sind zu 100 % wiederverwendbar, ohne Eigenschaftsverlust durch Recycling von Altprodukten. Sie tragen somit zu einem rationellen Rohstoffverbrauch bei.
Zamak wird in den folgenden Branchen verwendet
Der Handelsname "Zamak" stammt aus dem ersten Patent (1926), das von August Heckscher und Stephen S. Palmer, den Direktoren der New Jersey Zinc Company , später Horsehead Corporation, eingereicht wurde . Es unterstreicht die Notwendigkeit, für die Herstellung dieser Legierungen hochreines Zink mit einer Reinheit von 99,995% zu verwenden. Durch die Zugabe von Elementen wie Aluminium , Kupfer und Magnesium werden die mechanischen, dimensionalen und gießtechnischen Eigenschaften optimiert.
Die Entwicklung der chemischen Zusammensetzung von Zinklegierungen ist das Ergebnis langjähriger Forschung, die für vielfältige Anwendungen geeignete Eigenschaften garantiert. Jede der Komponenten spielt eine wesentliche Rolle und die Eigenschaften, die sie der Legierung verleihen, sind für sie spezifisch.
Wenn das verwendete Zink zu viele Verunreinigungen enthält, kann es mit der Zeit verschlechtern. Zamak aus den 1950er Jahren zerfiel oft zu Staub: Wir sprachen über die Zinkpest .
Gemäß den AFNOR-Normen A 55-102 „Zinclegierungen in Barren“ und A 55-010 „Druckgussteile in Zinklegierungen“ ist die standardisierte Zusammensetzung von Zamak:
- Für Z-A4 G (vermarktet unter dem Namen Zamak 3): 3,9 bis 4,3 % Aluminium, 0 bis 0,10 % Kupfer, 0,03 bis 0,06 % Magnesium, die restliche Legierung (also mindestens 95,54 %) besteht aus Zink consisting
- Für Z-A4 U1 G (vermarktet unter dem Namen Zamak 5): 3,9 bis 4,3 % Aluminium, 0,75 bis 1,25% Kupfer, 0,03 bis 0,06 % Magnesium, der Rest der Legierung (mindestens 94,39 %) ist Zink
Bei Raumtemperatur ist die Streckgrenze von Zinklegierungen viel höher als die von Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie die der stärksten Kunststoffe. Zinklegierungen sind in der Lage, eine große Energiemenge zu absorbieren, indem sie sich unter der Einwirkung einer Spannung viel größer als die maximal zulässige Spannung verformen.
Zinklegierungen gelten als starre Materialien. Ihre Beständigkeit gegen Scherung , Torsion , Biegung und Druck ist hoch. Diese Eigenschaften in Kombination mit der mechanischen Widerstandsfähigkeit von Zamak ermöglichen es, das Volumen der zu produzierenden Teile zu reduzieren und somit Gewicht und Platz zu sparen.
Hohe Schlagzähigkeit und gute Duktilität sind die intrinsischen Eigenschaften von Zinklegierungen, die bei anderen unter Druck hergestellten Gießereilegierungen seltener zu finden sind. Duktilität ist wichtig in der Nachgießerei, wie zum Beispiel beim Nieten und Crimpen . Die Schlagzähigkeit ( Resilienz ) ermöglicht den Einsatz von Zinklegierungen unter schwierigen Arbeitsbedingungen.
Zinklegierungen sind härter als Aluminium- oder Magnesiumlegierungen. Zusatzelemente wie Kupfer verbessern die Verschleißfestigkeit. Zinklegierungen werden daher in Reibungsanwendungen mit mittlerer Belastung eingesetzt, bei denen die Reibungseigenschaften von Zamak die Herstellung von Teilen ohne Rückgriff auf Oberflächenbehandlungen ermöglichen . Somit gibt es viele Anwendungen im Schlosser- oder Uhrmacherhandwerk.
Da Zinklegierungen Wärme und Strom gut leiten, können sie zur Herstellung von Kühlkörpern verwendet werden. Die hervorragende Fließfähigkeit (Fließfähigkeit) von Zinklegierungen ermöglicht somit die Ausbildung sehr feiner Kühlrippen an den Teilen. Die elektrische Leitfähigkeit ermöglicht es, Gehäuse zu entwerfen, die den elektronischen Anforderungen in Bezug auf Schutz und elektromagnetische Abschirmung (EMI, RFI und ESD) entsprechen.
Ermüdungsbeständigkeit ist ein wichtiges Kriterium bei der Wahl eines Materials, Versagen aufgrund von Ermüdung der häufigste Fall der mechanischen Teile. Zinklegierungen haben eine sieben- bis zehnmal höhere Ermüdungsfestigkeit als ABS-Kunststoff.
Alle Materialien fließend. Das Kriechen ist ein physikalisches Phänomen, das die Verformung eines Materials unter konstanter Belastung unterhalb der Elastizitätsgrenze des Materials für eine ausreichende Zeit irreversibel verzögert verursacht . Zinklegierungen können wie alle Materialien Verformungen aufweisen, wenn sie dauerhaft einem hohen Paar „Temperatur + Spannung“ ausgesetzt sind. Generell ist bei Anwendungen über 70 °C unter Dauerbelastung besondere Aufmerksamkeit zu schenken . Bei Anwendungen, bei denen Kriechgefahr besteht , wie z. B. bei kontinuierlicher Krafteinwirkung bei erhöhter Temperatur, haben Zinklegierungen im Vergleich zu herkömmlichen gespritzten Kunststoffen eine überlegene Festigkeit. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz von Zinklegierungen bei statischer Belastung. Um die Kompatibilität der Zinklegierungen mit den Spezifikationen der Endanwendung zu überprüfen, sind jedoch ein optimiertes Design hinsichtlich Mindestspannungen und eine eingehende Untersuchung der angewendeten Temperaturen erforderlich.
Die Materialgesundheit der Teile hängt weitgehend mit dem Produktdesign, dem ordnungsgemäßen Formenbau und der Einspritzsteuerung zusammen. Diese kontrollierten Parameter ermöglichen es, die Dichtungsanforderungen eines Teils zu erfüllen, das einem bestimmten Druck ausgesetzt ist. Wie bei allen gespritzten Materialien, Kunststoff oder Metall, besteht eine starke Verflechtung zwischen der Gestaltung des Teils und der Optimierung der Füllung.
Das Dämpfungsvermögen von Zinklegierungen in Bezug auf die Energieaufnahme ( mechanische oder Eigenschwingungen ) ist vergleichbar mit Magnesiumlegierungen und fünf- bis zehnmal so hoch wie das von Aluminiumlegierungen. Diese Eigenschaft macht Zinklegierungen zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Schwingungsdämpfung erforderlich ist.
In Innenräumen laufen Zinklegierungen an. Diese Farbänderung entspricht der Bildung eines sehr dünnen Zinkoxidfilms . Es ist daher keine Schutzbehandlung erforderlich, wenn kein dekorativer Aspekt angestrebt wird. Zink wird häufig verwendet, um Stahl im Außenbereich zu schützen ( Verzinkung ): Pylone, Dächer, Leitplanken. In einer aggressiven Außenumgebung (tropisch, petrochemisch, marine) erscheint diese Zinkoxidschicht in einer weißlichen Form, die allgemein als Weißrost bezeichnet wird . Diese Oxidation verändert die mechanischen Eigenschaften von Zamak in keiner Weise. Sie kann durch das Aufbringen einer Passivierung verzögert werden . Zinklegierungen werden weder von raffinierten flüssigen Kohlenwasserstoffen noch von den verschiedenen gasförmigen Brennstoffen angegriffen , die für Haushaltszwecke verwendet werden, daher wird sie zur Herstellung von Vergasern und Geräten für die Verteilung von Erdgas verwendet .
Alle Zinklegierungen außer ZA 27 gelten als „nicht funkend“. Sie sind eine perfekte und kostengünstige Alternative zu Bronzen in explosionsgefährdeten Umgebungen. Da Zink nicht magnetisch ist , kann es ein ideales Material in der Elektronik oder für Anwendungen sein, die empfindlich auf magnetische Störungen reagieren.
Zinklegierungen sind technische, langlebige und wirtschaftliche Materialien. Kein anderer Legierungstyp bietet eine solche Kombination aus mechanischer Festigkeit und Recyclingfähigkeit unter wettbewerbsfähigen wirtschaftlichen Bedingungen.
Die intrinsischen Eigenschaften von Zamak ermöglichen es, Einsparmöglichkeiten während der gesamten Lebensdauer eines Produkts zu nutzen.
Mit einer einfachen und sicheren Lieferkette . Die verschiedenen Zinklegierungen sind in geringer Zahl genormt und werden daher von mehreren Herstellern vertrieben. Darüber hinaus ermöglicht die ausgezeichnete Korrosions- und Verschleißbeständigkeit eine lange Lebensdauer (über zwanzig Jahre).
Zamak kann mit geringem Energieaufwand (niedrige Schmelztemperatur) zu 100 % recycelt werden. Entweder wird das Produkt zu Zamak recycelt, ohne seine Eigenschaften zu verlieren, und nimmt somit die Form eines neuen Produkts an, unter voller Beachtung des Cradle-to-Cradle-Modells (oder der Kreislaufwirtschaft mit positiven Auswirkungen). Entweder wird das Produkt durch eine Destillationslinie oder eine Oxidproduktionslinie recycelt . Dies geschieht, wenn der Gehalt an bestimmten Zusammensetzungselementen der erhaltenen Legierung die Grenzwerte der Norm NF EN 1774 überschreitet .
Dieser Schritt wird in enger Zusammenarbeit zwischen dem Gründer und dem Kunden durchgeführt, um die Anforderungen des Lastenhefts und die Anforderungen der Technologie des Druckgusses von Zinklegierungen zu erfüllen . Diese digitalisierte Funktionsdefinition wird nach ihrer Neudefinition für die Durchführung von Werkzeugstudien verwendet. Diese Arbeit ermöglicht es, die Kosten zu optimieren und die Herstellung des Produkts zuverlässiger zu machen.
Das Rapid Prototyping von Zamak-Teilen erfolgt im sogenannten „ Wachsausschmelzverfahren “ im Vakuumgussverfahren . Die Verwendung der Legierung ILZRO 12 ermöglicht die Herstellung von Teilen, deren mechanische Eigenschaften denen von Zinkdruckgusslegierungen sehr nahe kommen, jedoch mit geringerer Maßgenauigkeit.
Die Konstruktion der Werkzeuge erfolgt auf 3D-CAD aus den vorherigen Elementen (DFN des Teils und Füllsimulation). Eine Form lässt sich schematisch in drei Teile unterteilen:
Die Realisierung wird Spezialisten anvertraut. Dabei kommen unterschiedliche Bearbeitungstechniken zum Einsatz: konventionelles Fräsen und Drehen, Plan- und Rundschleifen, Elektroerosion durch Senken oder Draht; 3D-Fräsen auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine .
Das Werkzeug wird an der Spritzgießmaschine montiert und der Techniker nimmt Anpassungen an der Presse vor. Er verifiziert:
Abbeeren ist die Trennung des Teils und der anderen Elemente, die den "Cluster" bilden: das Zuführsystem, dh alle Kanäle, die das Befüllen des Teils ermöglichen, und die Waschabsätze, eine Art nachgelagerte Taschen Teil, wodurch Oxide und andere Verunreinigungen zurückgewonnen werden können. Diese Trennung kann mechanisch mit einem Schneidewerkzeug oder auch manuell oder sogar durch einen Massenprozess namens "Fass" durchgeführt werden, bei dem die Trennung durch Rühren der Bündel erfolgt und dann eine Sortierung erforderlich ist, um die edlen Teile vom Abfall zu isolieren. wiederverwerten.
Auf die Rohteile können mehrere Veredelungsprozesse angewendet werden:
Ein gutes Teiledesign in Kombination mit dem Spritzgussverfahren für Zinklegierungen führt zu Teilen mit komplexen Formen, präzisen Details und einer Oberflächenbeschaffenheit , die es ermöglicht , während der Fertigung bestimmte Gewinde und Gewindebohrungen zu erzielen . Es können jedoch Nacharbeiten erforderlich sein, um die Teile fertigzustellen: Entfernen bestimmter Hinterschneidungen, Einhaltung sehr enger Toleranzen, Herstellen von Gewinden oder Gewindeschneiden, die nicht vom Gießen stammen können. Die Bearbeitbarkeit von Zinklegierungen ist hervorragend. In der Regel werden hohe Schnittgeschwindigkeiten, geringer Vorschub und reichlich Schmierung verwendet. Nach der Bearbeitung werden die Teile gewaschen und entfettet, damit sie frei von Spänen und Schmiermittelspuren sind. Die Duktilität von Zamak ermöglicht die Herstellung von Gewinden durch Stauchen, wodurch die Bildung von Spänen verhindert wird.
Die Möglichkeiten der Beschichtung von Teilen aus Zinklegierungen sind zahlreich und ermöglichen es, bestimmte Eigenschaften wie Abrieb- oder Reibungsbeständigkeit zu verbessern , eine Vielzahl von Präsentationen und dekorativen Aspekten zu erhalten, ihr Verhalten unter besonderen korrosiven Bedingungen zu verstärken.
Um Bearbeitungsvorgänge (Bohren, Gewindeschneiden und Gewindeschneiden) und die Montageelemente (Schrauben, Muttern, Nieten) zu eliminieren , bieten Zinklegierungen die Möglichkeit, Verbindungen der Art herzustellen:
Das Verfahren des Einspritzens eines Metalls im flüssigen Zustand unter Druck ermöglicht die Herstellung von dünnen Teilen mit den komplexesten Formen mit sehr engen Maßtoleranzen. Am weitesten verbreitet ist das Prinzip des Druckgusses in einer Heißkammer, auch aufgrund seiner technischen und wirtschaftlichen Vorteile.
Zamak eignet sich gut für das Heißkammer-Druckinjektion und ermöglicht so die Herstellung von Teilen mit hoher Präzision (in der Größenordnung von einem Hundertstel Millimeter) mit einer kurzen Zykluszeit (weniger als zwei Sekunden für kleine Teile. 30 Sekunden für größere Teile) ). In diesem Fall sehen die Formen aus wie für thermoplastische Materialien ; das Versorgungssystem und die Beschaffenheit der Stähle sind unterschiedlich. Aufgrund der Fließfähigkeit von Zamak im flüssigen Zustand, die größer ist als die von Wasser, ist bei der Herstellung von Werkzeugverschlüssen große Sorgfalt geboten, um Gratbildung zu vermeiden.
Der Tiegel grenzt an die Formschließgruppe. Die Baugruppe Schwanenhals (Schwanenhals) und Kolben wird in das Bad aus flüssigem Metall eingetaucht. Die Legierung wird durch den Schwanenhals, die Maschinendüse und die Formenversorgungskanäle zu den Abformungen geführt. Das Teil wird aus der Form ausgeworfen. Der Kolben kehrt in die obere Position zurück, die Schwanenhalsöffnung wird freigegeben und die Einspritzkammer füllt sich automatisch mit flüssigem Metall. Die Maschine ist dann bereit für die nächste Injektion.
Die Produktionsraten auf konventionellen Heißkammermaschinen sind hoch und können bei dünnen und kleinen Teilen mehr als tausend Einspritzungen pro Stunde erreichen.
Spritzgießmaschinen zeichnen sich durch ihre Schließkraft aus. Dies ist in Wirklichkeit der Widerstand, den die Maschine den zum Öffnen des Werkzeugs neigenden Einspritzkräften entgegensetzt. Bei geschlossener Maschine wird der Spritzdruck auf die Säulen der Maschine übertragen. Die Schließkraft ist somit die maximal zulässige Spannung, die zum Zeitpunkt des Einspritzens innerhalb der elastischen Verformung der Säulen verbleibt.
Zinklegierungen erfüllen die Ökodesign- Anforderungen perfekt, da sie vollständig recycelbar sind. Sie behalten ihre mechanischen Eigenschaften unabhängig von der Anzahl der Reflexionen. Der Recyclingsektor gibt es schon lange und ermöglicht die Sammlung und automatische Sortierung von Abfällen in den verschiedenen Prozessstufen, von der Produktion von Rohmaterialbarren bis hin zu Altteilen.
So werden die identifizierten Abfälle in Zinklegierungen (Gussdüse, Altteile) umgeschmolzen. Das erhaltene Bad wird dann gefiltert, analysiert, erneut titriert und erneut analysiert, um seine Normkonformität zu überprüfen, und dann in Form von Barren gegossen, die wieder verwendet werden können.