Os setores industriais dependem da usinagem de bronze para fazer peças resistentes e à prova de ferrugem. Este metal versátil é especial em comparação com outras ligas devido ao seu baixo atrito, ótima usinabilidade e alta resistência ao desgaste.
Nesta postagem do blog, revisaremos os aspectos importantes do bronze, suas propriedades, tipos, métodos de usinagem e também usos industriais.
O que é usinagem de bronze?
Para simplificar, a usinagem de bronze é um processo que converte ligas de bronze em peças úteis por meio da remoção adequada do material. Ele usa várias técnicas que incluem fresamento, usinagem CNC, torneamento e perfuração. Devido à sua resistência inerente à corrosão e à sua força, o bronze é usado em vários campos, como aeroespacial, marítimo e máquinas em geral.
Veja também: O que é usinagem de precisão CNC
Composição do Bronze
Diferentes tipos de ligas têm diferentes composições de bronze. O tradicional “bronze clássico” contém 12% de estanho e 88% de cobre. Ligas mais novas adicionam elementos adicionais, como alumínio, zinco, chumbo e silício para atingir características de desempenho específicas.
A porcentagem de composição desses elementos está resumida na tabela abaixo:
| Element | Faixa de porcentagem (%) | Classificação |
|---|---|---|
| Estanho | 3.5% a% 12.5 | Primário |
| Cobre | 57% a% 97 | Primário |
| Alumínio: | 5% a% 14 | Adicional |
| zinco | 1.5% a% 40 | Adicional |
| Fósforo | 0.01% a% 0.5 | Adicional |
| Conduzir | 0% a% 4.5 | Adicional |
| Níquel | 0% a% 6 | Adicional |
| Ferro | 0% a% 6 | Adicional |
| Silício | 0% a% 3.8 | Adicional |
| Manganês | 0% a% 3.5 | Adicional |
Propriedades do Bronze
1. Propriedades Físicas
Ponto de Fusão
O ponto de fusão do bronze varia de 315°C a 1180°C, o que depende de sua composição. Esse alto ponto de fusão o torna adequado para aplicações de temperaturas extremas e fundição.
Densidade
O bronze tem uma densidade de 7.4 a 8.9 g/cm³ que varia de acordo com a composição da liga. Essa densidade mais alta é boa para uso pesado e também dá melhor resistência.
Condutividade Elétrica e Térmica
Com condutividade térmica variando de 1.01 a 208 W/mK, o bronze é perfeito para aplicações que exigem dissipação de calor.
2. Propriedades Mecânicas
Ductilidade
O bronze é altamente dúctil, o que permite que formas complexas sejam feitas sem quebrar. Essa característica é importante na fundição de produtos de arte e peças complexas.
Força e Dureza
Apresenta alta resistência à tração (de 350 a 635 MPa) e dureza Brinell (de 40 a 420).
Resistência à Corrosão
O bronze forma uma pátina protetora ao longo do tempo, o que resulta em grande resistência à corrosão.
Propriedades de Fricção
O baixo coeficiente de atrito do bronze com outros metais diminui o desgaste em peças móveis, como rolamentos e engrenagens.
5 tipos de ligas de bronze na usinagem
1. Bronze Alumínio
Esta liga contém de 5% a 12% de alumínio com adições de níquel e ferro. Suas principais características incluem grande resistência à ferrugem e excelente resistência à tração. A liga permanece não magnética, o que a torna perfeita para sistemas marítimos.
Os fabricantes geralmente o usam para fazer fixadores e hélices subaquáticas. Sua cor dourada única também fez seu lugar na produção de gemas.
2. Bronze Fósforo
Esta liga é uma mistura de estanho (4.2% a 5.8%), cobre (93.4% a 95.32%) e fósforo (0.01-0.35%). A presença de estanho previne a corrosão e aumenta a resistência, enquanto o fósforo maximiza a usinabilidade e a resistência ao desgaste. Os usos comuns incluem molas, conectores elétricos, buchas de manga, bem como rolamentos.
3. Bronze de manganês
Esta liga à base de cobre-zinco também contém proporções específicas de outros metais_alumínio 3% a 7% e magnésio 2.5% a 5%. Suas principais qualidades são resistência ao desgaste, durabilidade e capacidade de suportar cargas pesadas.
Embora seja mais difícil de usinar do que outros tipos de bronze, ele é eficaz na produção de rolamentos, engrenagens, buchas e peças industriais pesadas.
4. Bronze Silício
A composição do bronze de silício consiste de 94% a 98% de cobre com 2% a 6% de silício. Quantidades menores de ferro, magnésio e zinco completam a liga. Suas principais vantagens incluem excelente resistência, resistência à corrosão e fácil conformabilidade.
As indústrias usam esse tipo de bronze para diversos fins, incluindo design arquitetônico, peças automotivas, equipamentos marítimos e sistemas de conexão elétrica.
5. Bronze de estanho
A composição primária inclui estanho com cobre de 8% a 12%. Essas ligas são diferenciadas em três áreas principais que são resistência ao desgaste, força e capacidade de suportar cargas pesadas em baixas velocidades. As instalações de fabricação usam principalmente bronze de estanho para fazer buchas, engrenagens, bem como impulsores de bombas.
Equipamentos e ferramentas para usinagem de bronze
Máquinas-Ferramenta
A indústria depende muito de equipamentos CNC para usinagem de bronze. Isso inclui fresadoras, tornos e máquinas de parafuso suíço. Sistemas automatizados dão controle e precisão necessários para formas complexas, mantendo tolerâncias dimensionais precisas.
Ferramentas de corte
Ferramentas de corte de carboneto para usinagem de bronze proporcionam os melhores resultados devido a três propriedades importantes: resistência ao desgaste, dureza e retenção de aresta em altas velocidades.
Aço Rápido (HSS) ferramentas são boas para operações de baixa velocidade e trabalhos detalhados.
Além disso, o revestimento TiN prolonga a vida útil da ferramenta, enquanto operações sem revestimento proporcionam cortes mais precisos.
Processos de Usinagem de Bronze
Diferentes técnicas de usinagem atendem às necessidades de inúmeras peças na fabricação de bronze.
fresagem
O processo de fresagem remove material por meio de ferramentas de corte rotativas. Fresagem CNC moderna atinge tolerâncias de precisão de até 0.02 mm. Essa precisão é muito importante para peças específicas, como buchas e rolamentos personalizados. A fresagem é particularmente benéfica para peças que devem evitar corrosão, mantendo a resistência estrutural.
Veja também: O que é Fresagem CNC
Passando
Este processo cria peças cilíndricas girando peças de bronze contra ferramentas de corte fixas. Os fabricantes usam volta para fabricar itens como buchas, eixos e válvulas que exigem superfícies lisas e dimensões uniformes.
abordando
É um processo de passagem única que contém uma ferramenta de corte multidentada para executar operações de brochamento em peças de bronze. Este processo cria eficientemente formas irregulares, splines, rasgos de chaveta ou perfis complexos. Além disso, este método fornece resultados consistentes em vários componentes.
Perfuração
No processo de perfuração, brocas criam furos precisos em peças de bronze por meio de pressão e rotação reguladas. Este processo desempenha um papel importante na criação de passagens de fluidos, bem como em operações de montagem.
Aplicações marítimas se beneficiam particularmente desse processo porque o bronze resiste bem à corrosão da água. O sucesso das operações de perfuração depende da seleção das brocas corretas e das configurações de velocidade para o nível de dureza de uma liga de bronze específica.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
Tecnologia EDM remove material de ligas de bronze condutoras por meio de descargas elétricas controladas. Esta técnica é capaz de fazer formas e contornos internos complexos que não são possíveis com usinagem convencional. As peças de bronze fosforoso retêm suas propriedades térmicas e condutividade por meio deste processo sem contato.
Usos de componentes de bronze usinados
Buchas e rolamentos industriais
Máquinas pesadas dependem de buchas e rolamentos de bronze para alta resistência ao desgaste e baixo atrito. Esses componentes garantem uma operação suave mesmo sob cargas pesadas em sistemas hidráulicos, máquinas de construção, bem como equipamentos agrícolas.
Instrumentos musicais
As propriedades sonoras do bronze criam sons únicos e ressonantes em címbalos, sinos e também em partes de instrumentos de corda. O bronze também dá apelo estético a esses instrumentos devido à sua aparência especial.
Setor Marítimo
O setor marítimo depende de componentes de bronze para sua ótima proteção contra corrosão em água salgada. O bronze é usado em hélices de submarinos e navios, peças de bombas, mangas de estoque de leme, bem como acessórios de casco. Esses componentes retêm suas propriedades mesmo em condições marítimas adversas.
Elementos Arquitetônicos e Esculturas Artísticas
Arquitetos e artistas escolhem o bronze por sua capacidade de desenvolver uma pátina atraente em ambientes externos e reter detalhes finos. Usos comuns incluem grades, esculturas, maçanetas de portas e vigas fundidas personalizadas. A durabilidade deste material garante proteção de longo prazo de obras de arte.
Automotiva
Os fabricantes automotivos usam bronze em rolamentos, engrenagens, buchas e conectores elétricos. Essas peças oferecem resistência ao desgaste e desempenho confiável durante a rotação em alta velocidade. As peças de bronze diminuem os requisitos de manutenção e aumentam a vida útil do veículo.
Peças elétricas e eletrônicas
A excelente resistência à corrosão e condutividade elétrica do bronze o tornam indispensável para conectores, interruptores e contatos. Eletrônicos, assim como sistemas elétricos, precisam de usinagem de precisão de peças de bronze com demandas de tolerância apertadas.
Desafios e suas soluções na usinagem de bronze
Qualidade do acabamento da superfície
O bronze frequentemente gruda em ferramentas de corte, o que dificulta a obtenção de superfícies lisas. Usar o refrigerante errado e ferramentas cegas piora o problema.
A solução está em duas coisas: manter as ferramentas com ângulos de ataque afiados e altamente positivos e usar lubrificantes à base de óleo. Fazer isso garantirá um acabamento de superfície consistente e suave.
Desgaste e lascamento de ferramentas
A natureza abrasiva e a dureza do bronze desgastam a ferramenta rapidamente. Esse problema é mais pronunciado com ligas de bronze e alumínio.
Para superar esse desafio, os fabricantes devem usar ferramentas de carboneto com revestimentos protetores de TiAlN ou TiN. Esses revestimentos diminuem o número de trocas e aumentam muito a vida útil da ferramenta. Além disso, o ajuste adequado de avanços e velocidades de corte diminuirá ainda mais o estresse nas ferramentas.
Geração de Calor
As propriedades térmicas do bronze geram muito calor durante as operações de usinagem. Esse excesso de calor pode causar erros dimensionais e degradar o material.
Três soluções úteis para evitar esses problemas são: manter velocidades de corte moderadas, usar refrigerante de alto fluxo e garantir ajustes constantes da ferramenta. Essas medidas evitam o superaquecimento e protegem a integridade da peça.
Formação e gerenciamento de chips
O processo de usinagem produz cavacos de bronze longos e fibrosos. Esses cavacos apresentam uma série de riscos que incluem danos à superfície, paradas de máquinas, bem como maior tempo de inatividade.
O ajuste preciso das taxas de avanço, a implementação de quebra-cavacos e a manutenção de um fluxo de refrigerante adequado são três estratégias úteis para gerenciar esse problema.
Melhores práticas e recomendações
Diretrizes para seleção de materiais
A escolha da liga de bronze depende dos requisitos de aplicação pretendidos. Aplicações marítimas exigem ligas de cobre-níquel ou bronze de alumínio para excelente resistência à corrosão. O bronze de silício é melhor para peças que precisam de resistência à corrosão e boa capacidade de desgaste. As peças de rolamento se beneficiam das excelentes características de atrito do bronze de fósforo.
Medidas de controle de qualidade
Crie um plano de inspeção detalhado com tolerâncias específicas e pontos de medição. Use CMMs para reparos de precisão.
Componentes de alto valor exigem testes adicionais por meio de métodos não destrutivos, como raio X ou inspeção ultrassônica. Esses métodos detectam defeitos internos enquanto mantêm a integridade do material.
Parâmetro de usinagem de ajuste fino
Mantenha as velocidades de corte na faixa de 100 a 300 SFM. Defina positivo ângulos de inclinação para maximizar a qualidade da superfície e diminuir as forças de corte. Use taxas de avanço ajustáveis para controlar a geração de calor e o desgaste da ferramenta. Para ligas de bronze mais duras, diminua as taxas de avanço e as velocidades de corte para evitar o endurecimento por trabalho.
Veja também: Taxa de avanço e velocidade de corte na usinagem CNC
Resumindo
O processo de usinagem de bronze dá ótima proteção contra corrosão e durabilidade às peças fabricadas. Bons resultados na usinagem de bronze dependem de três fatores principais que são a seleção da liga adequada, parâmetros de usinagem precisos e adesão estrita às melhores práticas estabelecidas.
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Perguntas relacionadas
O refrigerante é necessário na usinagem de bronze?
O refrigerante desempenha um papel importante na usinagem de bronze. Ele mantém a estabilidade do material, controla o acúmulo de calor e também aumenta a vida útil da ferramenta.
Ferramentas de corte comuns podem ser usadas para usinagem de bronze?
Ferramentas regulares funcionam efetivamente com ligas de bronze macio. Variantes ainda mais duras, como bronze de alumínio, precisam de ferramentas com geometria de inclinação especial para evitar danos e trepidação.
O bronze pode ser usinado com tolerâncias rigorosas?
Técnicas avançadas permitem que o bronze seja usinado com tolerâncias de ±0.0005". Essa precisão exige processos controlados, bem como etapas finais adicionais, como brunimento ou lapidação.
O bronze permite soldagem após a usinagem?
O bronze aceita técnicas de brasagem MIG e soldagem TIG após a usinagem.
Quais são as considerações de custo na usinagem de bronze?
Os custos de ferramentas, materiais e requisitos de pós-usinagem tornam a usinagem de bronze cara. Escolhas estratégicas de design e processos de usinagem bem planejados ajudam a diminuir esses custos.
É possível anodizar bronze após usinagem?
Algumas ligas de bronze aceitam um tratamento de anodização após a usinagem. Este processo aumenta tanto a proteção contra ferrugem quanto a aparência.
Existem considerações ambientais na usinagem de bronze?
Impactos ambientais surgem de processos de mineração e fabricação de usinagem de bronze. As empresas podem minimizar esses impactos por meio de práticas de fabricação verde, bem como do uso de materiais reciclados.
