Промышленные секторы зависят от обработки бронзы для изготовления коррозионностойких и прочных деталей. Этот универсальный металл отличается от других сплавов низким трением, отличной обрабатываемостью и высокой износостойкостью.
В этой статье мы рассмотрим важные аспекты бронзы, ее свойства, типы, методы обработки, а также промышленное применение.
Что такое обработка бронзы?
Проще говоря, обработка бронзы — это процесс, который преобразует бронзовые сплавы в полезные детали путем надлежащего удаления материала. Он использует несколько методов, включая фрезерование, обработку на станках с ЧПУ, точение, а также сверление. Благодаря своей присущей стойкости к коррозии и прочности бронза используется в ряде областей, таких как аэрокосмическая, морская и общая техника.
См. также : Что такое прецизионная обработка на станках с ЧПУ?
Композиция из бронзы
Различные типы сплавов имеют различные составы бронзы. Традиционная «классическая бронза» содержит 12% олова и 88% меди. В более новых сплавах добавляются дополнительные элементы, такие как алюминий, цинк, свинец и кремний, для достижения определенных эксплуатационных характеристик.
Процентный состав этих элементов представлен в таблице ниже:
| Элемент | Процентный диапазон (%) | классификация |
|---|---|---|
| Оловянирование | от 3.5% до 12.5% | первичная |
| Медь | от 57% до 97% | первичная |
| алюминий | от 5% до 14% | дополнительный |
| Цинк | от 1.5% до 40% | дополнительный |
| Фосфор | от 0.01% до 0.5% | дополнительный |
| Вести | от 0% до 4.5% | дополнительный |
| Никель | от 0% до 6% | дополнительный |
| Утюг | от 0% до 6% | дополнительный |
| кремний | от 0% до 3.8% | дополнительный |
| Марганец | от 0% до 3.5% | дополнительный |
Свойства бронзы
1. Физические свойства
Температура плавления
Температура плавления бронзы колеблется от 315°C до 1180°C в зависимости от ее состава. Высокая температура плавления делает ее пригодной для экстремальных температурных применений и литья.
Плотность
Бронза имеет плотность от 7.4 до 8.9 г/см³, которая варьируется в зависимости от состава сплава. Эта более высокая плотность хороша для интенсивного использования, а также обеспечивает лучшую прочность.
Электрическая и теплопроводность
Благодаря теплопроводности от 1.01 до 208 Вт/мК бронза идеально подходит для применений, требующих отвода тепла.
2. Механические свойства
тягучесть
Бронза очень пластична, что позволяет изготавливать сложные формы без разрушения. Эта особенность важна при литье художественных изделий и сложных деталей.
Прочность и твердость
Обеспечивает высокую прочность на разрыв (от 350 до 635 МПа) и твердость по Бринеллю (от 40 до 420).
Коррозионная стойкость
Со временем бронза образует защитную патину, что обеспечивает большую устойчивость к коррозии.
Свойства трения
Низкий коэффициент трения бронзы с другими металлами снижает износ движущихся деталей, таких как подшипники и шестерни.
5 видов бронзовых сплавов в обработке
1. Алюминиевая бронза
Этот сплав содержит от 5% до 12% алюминия с добавками никеля и железа. Его основные характеристики включают большую устойчивость к ржавчине и отличную прочность на разрыв. Сплав остается немагнитным, что делает его идеальным для морских систем.
Производители обычно используют его для изготовления подводных креплений и винтов. Его уникальный золотистый цвет также нашел свое применение в производстве драгоценных камней.
2. Фосфористая бронза
Этот сплав представляет собой смесь олова (4.2% - 5.8%), меди (93.4% - 95.32%) и фосфора (0.01-0.35%). Присутствие олова предотвращает коррозию и увеличивает прочность, тогда как фосфор максимизирует обрабатываемость и износостойкость. Обычно используется в пружинах, электрических соединителях, втулках, а также подшипниках.
3. Марганцевая бронза
Этот сплав на основе меди и цинка также содержит определенные пропорции других металлов: алюминия от 3% до 7% и магния от 2.5% до 5%. Его основными качествами являются износостойкость, долговечность и способность выдерживать большие нагрузки.
Хотя ее сложнее обрабатывать, чем другие виды бронзы, она эффективна при производстве подшипников, шестерен, втулок и деталей тяжелой промышленности.
4. Кремниевая бронза
Состав кремниевой бронзы состоит из 94% - 98% меди с 2% - 6% кремния. Меньшие количества железа, магния и цинка завершают сплав. Его основными преимуществами являются отличная прочность, коррозионная стойкость и легкая формуемость.
Этот тип бронзы используется в различных отраслях промышленности для различных целей, включая архитектурный дизайн, производство автомобильных деталей, судового оборудования, а также систем электрических соединений.
5. Оловянная бронза
Основной состав включает олово с медью в количестве от 8% до 12%. Эти сплавы различаются по трем основным параметрам: износостойкость, прочность и способность выдерживать большие нагрузки на низких скоростях. Производственные мощности в основном используют оловянную бронзу для изготовления втулок, шестерен, а также рабочих колес насосов.
Оборудование и инструменты для обработки бронзы
Станки
Промышленность сильно зависит от оборудования с ЧПУ для обработки бронзы. К ним относятся фрезерные станки, токарные станки и швейцарские винтовые станки. Автоматизированные системы обеспечивают контроль и точность, необходимые для сложных форм, при сохранении точных допусков размеров.
Режущие инструменты
Твердосплавные режущие инструменты для обработки бронзы дают наилучшие результаты благодаря трем важным свойствам: износостойкости, твердости и сохранению режущей кромки на высоких скоростях.
Инструменты из быстрорежущей стали (HSS) хорошо подходят для работы на низких скоростях и выполнения детальных работ.
Более того, покрытие TiN продлевает срок службы инструмента, тогда как операции без покрытия обеспечивают более острую резку.
Процессы обработки бронзы
Различные методы обработки отвечают потребностям многочисленных деталей при производстве бронзы.
Фрезерование
В процессе фрезерования материал удаляется вращающимися режущими инструментами. Современное фрезерование на станках с ЧПУ обеспечивает точность до 0.02 мм. Такая точность очень важна для изготовления таких деталей, как втулки и подшипники, изготовленные на заказ. Фрезерование особенно полезно для деталей, которые должны быть защищены от коррозии, сохраняя при этом прочность конструкции.
См. также : Что такое фрезерование на станках с ЧПУ?
Поворот
Этот процесс позволяет создавать цилиндрические детали путем вращения бронзовых заготовок относительно неподвижных режущих инструментов. Производители используют токарную обработку для изготовления таких изделий, как втулки, валы и клапаны, которые требуют гладких поверхностей и однородных размеров.
Протяжные
Это однопроходный процесс, который содержит многозубчатый режущий инструмент для выполнения операций протяжки на бронзовых деталях. Этот процесс эффективно создает нерегулярные формы, шлицы, шпоночные пазы или сложные профили. Кроме того, этот метод дает последовательные результаты для нескольких компонентов.
Бурение
В процессе сверления сверла создают точные отверстия в бронзовых деталях посредством регулируемого давления и вращения. Этот процесс играет важную роль в создании каналов для жидкости, а также в сборочных операциях.
Морские применения особенно выигрывают от этого процесса, поскольку бронза хорошо противостоит водной коррозии. Успех буровых работ зависит от выбора правильных сверл и настроек скорости для уровня твердости конкретного бронзового сплава.
Электроэрозионная обработка (EDM)
Технология электроэрозионной обработки (ЭЭО) удаляет материал из проводящих бронзовых сплавов посредством контролируемых электрических разрядов. Эта технология позволяет создавать сложные внутренние формы и контуры, недоступные при традиционной механической обработке. Детали из фосфористой бронзы сохраняют свои тепловые свойства и проводимость благодаря этому бесконтактному процессу.
Использование обработанных бронзовых деталей
Промышленные втулки и подшипники
Тяжелая техника зависит от бронзовых втулок и подшипников, которые обеспечивают высокую износостойкость и низкое трение. Эти компоненты гарантируют плавную работу даже при больших нагрузках в гидравлических системах, строительной технике, а также сельскохозяйственном оборудовании.
Музыкальные инструменты
Звуковые свойства бронзы создают уникальные, резонирующие звуки в цимбалах, колокольчиках, а также частях струнных инструментов. Бронза также придает этим инструментам эстетическую привлекательность благодаря своему особому внешнему виду.
Морской сектор
Морской сектор зависит от бронзовых компонентов, которые обеспечивают отличную защиту от коррозии в соленой воде. Бронза используется в подводных лодках и судовых винтах, в деталях насосов, втулках баллера руля, а также в корпусных деталях. Эти компоненты сохраняют свои свойства даже в суровых морских условиях.
Архитектурные элементы и художественные скульптуры
Архитекторы и художники выбирают бронзу за ее способность образовывать привлекательную патину на открытом воздухе и сохранять мелкие детали. Обычно ее используют для изготовления перил, скульптур, дверных ручек и индивидуальных литейных балок. Прочность этого материала гарантирует долгосрочную защиту произведений искусства.
Автомобильная
Производители автомобилей используют бронзу в подшипниках, шестернях, втулках и электрических разъемах. Эти детали обеспечивают износостойкость и надежную работу при высокоскоростном вращении. Бронзовые детали снижают требования к техническому обслуживанию и увеличивают срок службы автомобиля.
Электрические и электронные детали
Отличная коррозионная стойкость и электропроводность бронзы делают ее незаменимой для разъемов, переключателей и контактов. Электроника, а также электрические системы требуют точной обработки бронзовых деталей с жесткими требованиями к допускам.
Проблемы и их решения при обработке бронзы
Качество отделки поверхности
Бронза часто прилипает к режущим инструментам, что затрудняет получение гладких поверхностей. Использование неправильной охлаждающей жидкости и тупых инструментов усугубляет проблему.
Решение заключается в двух вещах: поддержание инструментов с острыми, высокими положительными углами наклона и использование смазок на масляной основе. Это гарантирует равномерную и гладкую отделку поверхности.
Износ и выкрашивание инструмента
Абразивная природа и твердость бронзы быстро изнашивают инструмент. Эта проблема более выражена в сплавах алюминиевой бронзы.
Чтобы преодолеть эту проблему, производители должны использовать твердосплавные инструменты с защитными покрытиями TiAlN или TiN. Эти покрытия уменьшают количество смен и значительно увеличивают срок службы инструмента. Более того, правильная регулировка подачи и скорости резания еще больше снизит нагрузку на инструменты.
Производство тепла
Тепловые свойства бронзы приводят к образованию большого количества тепла во время операций обработки. Это избыточное тепло может привести к размерным ошибкам и ухудшить качество материала.
Три полезных решения для предотвращения этих проблем: поддержание умеренных скоростей резания, использование высокопоточной охлаждающей жидкости и обеспечение постоянной регулировки инструмента. Эти меры предотвращают перегрев и защищают целостность детали.
Формирование и управление чипом
В процессе обработки образуются длинные и волокнистые бронзовые стружки. Эти стружки представляют ряд рисков, включая повреждение поверхности, остановку оборудования, а также увеличение времени простоя.
Точная регулировка скорости подачи, применение стружколомов и поддержание адекватного потока охлаждающей жидкости — вот три стратегии, которые полезны для решения этой проблемы.
Лучшие практики и рекомендации
Рекомендации по выбору материалов
Выбор бронзового сплава зависит от предполагаемых требований к применению. Для морского применения требуются медно-никелевые сплавы или алюминиевая бронза для превосходной коррозионной стойкости. Кремниевая бронза лучше всего подходит для деталей, которым требуется коррозионная стойкость и хорошая износостойкость. Детали подшипников выигрывают от превосходных фрикционных характеристик фосфористой бронзы.
Меры контроля качества
Разработайте подробный план контроля с указанием допусков и точек измерения. Используйте координатно-измерительные машины для точного ремонта.
Для дорогостоящих компонентов требуются дополнительные испытания с использованием неразрушающих методов, таких как рентгеновский или ультразвуковой контроль. Эти методы позволяют выявлять внутренние дефекты, сохраняя при этом целостность материала.
Тонкая настройка параметров обработки
Поддерживайте скорость резания в диапазоне от 100 до 300 SFM. Установите положительные передние углы для максимального улучшения качества поверхности и снижения сил резания. Используйте регулируемую скорость подачи для контроля тепловыделения и износа инструмента. Для более твердых бронзовых сплавов уменьшите как скорость подачи, так и скорость резания, чтобы предотвратить упрочнение при обработке.
См. также : Скорость подачи и скорость резания при обработке на станках с ЧПУ.
Подводить итоги
Процесс обработки бронзы обеспечивает отличную защиту от коррозии и долговечность изготовленных деталей. Хорошие результаты обработки бронзы зависят от трех основных факторов: выбора подходящего сплава, точных параметров обработки и строгого соблюдения установленных передовых методов.
Если вам нужны какие-либо детали из бронзы, обработанные на станке с ЧПУ, то Richconn это ваш лучший вариант. Вы можете Свяжитесь с нами в любое время.
Смежные вопросы
Нужна ли охлаждающая жидкость при обработке бронзы?
Охлаждающая жидкость играет важную роль в обработке бронзы. Она поддерживает стабильность материала, контролирует теплообразование и увеличивает срок службы инструмента.
Можно ли использовать обычные режущие инструменты для обработки бронзы?
Обычные инструменты эффективно работают с мягкими бронзовыми сплавами. Более твердые варианты, такие как алюминиевая бронза, требуют инструментов со специальной геометрией передка, чтобы избежать повреждения инструмента и вибрации.
Можно ли обрабатывать бронзу с жесткими допусками?
Передовые технологии позволяют обрабатывать бронзу с допусками ±0.0005". Такая точность требует контролируемых процессов, а также дополнительных конечных этапов, таких как хонингование или притирка.
Поддается ли бронза сварке после обработки?
После механической обработки бронзу можно подвергать как пайке MIG, так и сварке TIG.
Каковы затраты при обработке бронзы?
Инструменты, материальные затраты и требования к последующей обработке делают обработку бронзы дорогостоящей. Стратегический выбор конструкции и хорошо спланированные процессы обработки помогают снизить эти затраты.
Можно ли анодировать бронзу после обработки?
Некоторые бронзовые сплавы допускают анодирование после обработки. Этот процесс повышает как защиту от ржавчины, так и внешний вид.
Существуют ли экологические соображения при обработке бронзы?
Воздействие на окружающую среду возникает в результате процессов добычи и производства бронзовой обработки. Компании могут минимизировать это воздействие с помощью экологически чистых методов производства, а также использования переработанных материалов.
