Các ngành công nghiệp phụ thuộc vào gia công bằng đồng để tạo ra các bộ phận chống gỉ và chắc chắn. Kim loại đa năng này đặc biệt hơn so với các hợp kim khác do ma sát thấp, khả năng gia công tuyệt vời và khả năng chống mài mòn cao.
Trong bài đăng trên blog này, chúng tôi sẽ xem xét các khía cạnh quan trọng của đồng, tính chất, loại, phương pháp gia công cũng như ứng dụng trong công nghiệp.
Gia công đồng là gì?
Nói một cách đơn giản, gia công đồng là một quá trình chuyển đổi hợp kim đồng thành các bộ phận hữu ích bằng cách loại bỏ vật liệu đúng cách. Quá trình này sử dụng nhiều kỹ thuật bao gồm phay, gia công CNC, tiện cũng như khoan. Do khả năng chống ăn mòn và độ bền vốn có, đồng được sử dụng trong một số lĩnh vực như hàng không vũ trụ, hàng hải và máy móc nói chung.
Xem thêm : Gia công chính xác CNC là gì?
Thành phần của đồng
Các loại hợp kim khác nhau có thành phần đồng khác nhau. “Đồng cổ điển” truyền thống chứa 12% thiếc và 88% đồng. Các hợp kim mới hơn bổ sung thêm các nguyên tố như nhôm, kẽm, chì và silicon để đạt được các đặc tính hiệu suất cụ thể.
Tỷ lệ phần trăm thành phần của các nguyên tố này được tóm tắt trong bảng dưới đây:
| Yếu tố | Phạm vi phần trăm (%) | phân loại |
|---|---|---|
| thiếc | 3.5% đến 12.5% | Tiểu học |
| Copper | 57% đến 97% | Tiểu học |
| Nhôm | 5% đến 14% | thêm vào |
| Zinc | 1.5% đến 40% | thêm vào |
| Photpho | 0.01% đến 0.5% | thêm vào |
| Dẫn | 0% đến 4.5% | thêm vào |
| Nickel | 0% đến 6% | thêm vào |
| Bàn là | 0% đến 6% | thêm vào |
| Silicon | 0% đến 3.8% | thêm vào |
| Mangan | 0% đến 3.5% | thêm vào |
Thuộc tính của đồng
1. Tính chất vật lý
điểm nóng chảy
Điểm nóng chảy của đồng thay đổi từ 315°C đến 1180°C tùy thuộc vào thành phần của nó. Điểm nóng chảy cao này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ khắc nghiệt và đúc.
Tỉ trọng
Đồng có mật độ từ 7.4 đến 8.9 g/cm³, thay đổi tùy theo thành phần hợp kim. Mật độ cao hơn này tốt cho mục đích sử dụng nặng và cũng mang lại độ bền tốt hơn.
Độ dẫn điện và nhiệt
Với độ dẫn nhiệt từ 1.01 đến 208 W/mK, đồng là vật liệu hoàn hảo cho các ứng dụng đòi hỏi tản nhiệt.
2. Tính chất cơ học
Độ dẻo
Đồng có tính dẻo cao, cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp mà không bị gãy. Tính chất này rất quan trọng trong việc đúc các sản phẩm nghệ thuật và các bộ phận phức tạp.
Sức mạnh và độ cứng
Nó có độ bền kéo cao (từ 350 đến 635 MPa) và độ cứng Brinell (từ 40 đến 420).
Chống ăn mòn
Đồng sẽ tạo thành lớp gỉ bảo vệ theo thời gian, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Thuộc tính ma sát
Hệ số ma sát thấp của đồng với các kim loại khác làm giảm sự mài mòn ở các bộ phận chuyển động như ổ trục và bánh răng.
5 loại hợp kim đồng trong gia công
1. Đồng nhôm
Hợp kim này chứa 5% đến 12% nhôm với sự bổ sung của niken và sắt. Các đặc điểm chính của nó bao gồm khả năng chống gỉ tuyệt vời và độ bền kéo tuyệt vời. Hợp kim vẫn không có từ tính, làm cho nó hoàn hảo cho các hệ thống hàng hải.
Các nhà sản xuất thường sử dụng nó để làm ốc vít và chân vịt dưới nước. Màu vàng độc đáo của nó cũng được dùng trong sản xuất đá quý.
2. Đồng phốt pho
Hợp kim này là hỗn hợp của thiếc (4.2% đến 5.8%), đồng (93.4% đến 95.32%) và phốt pho (0.01-0.35%). Sự hiện diện của thiếc ngăn ngừa ăn mòn và tăng cường độ trong khi phốt pho tối đa hóa khả năng gia công và khả năng chống mài mòn. Các ứng dụng phổ biến bao gồm lò xo, đầu nối điện, ống lót ống lót cũng như ổ trục.
3. Đồng mangan
Hợp kim gốc đồng-kẽm này cũng chứa tỷ lệ cụ thể các kim loại khác: nhôm từ 3% đến 7% và magiê từ 2.5% đến 5%. Các đặc tính chính của nó là khả năng chống mài mòn, độ bền và khả năng chịu tải trọng nặng.
Mặc dù khó gia công hơn các loại đồng khác, nhưng nó lại hiệu quả trong sản xuất vòng bi, bánh răng, ống lót và các bộ phận công nghiệp nặng.
4. Đồng Silic
Thành phần của đồng silic bao gồm 94% đến 98% đồng với 2% đến 6% silic. Một lượng nhỏ sắt, magiê và kẽm hoàn thiện hợp kim. Ưu điểm chính của nó bao gồm độ bền tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn và dễ tạo hình.
Các ngành công nghiệp sử dụng loại đồng này cho nhiều mục đích bao gồm thiết kế kiến trúc, phụ tùng ô tô, phần cứng hàng hải cũng như hệ thống kết nối điện.
5. Đồng thiếc
Thành phần chính bao gồm thiếc với đồng ở mức 8% đến 12%. Các hợp kim này được phân biệt ở ba lĩnh vực chính là khả năng chống mài mòn, độ bền và khả năng chịu tải nặng ở tốc độ thấp. Các cơ sở sản xuất chủ yếu sử dụng đồng thiếc để làm ống lót, bánh răng cũng như cánh bơm.
Thiết bị & Công cụ gia công đồng
Công cụ máy móc
Ngành công nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào thiết bị CNC để gia công đồng. Bao gồm máy phay, máy tiện và máy vít Thụy Sĩ. Hệ thống tự động cung cấp khả năng kiểm soát và độ chính xác cần thiết cho các hình dạng phức tạp trong khi vẫn duy trì dung sai kích thước chính xác.
Dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt cacbua để gia công đồng mang lại kết quả tốt nhất nhờ ba đặc tính quan trọng là khả năng chống mài mòn, độ cứng và khả năng giữ cạnh ở tốc độ cao.
Dụng cụ làm từ thép tốc độ cao (HSS) thích hợp cho các thao tác tốc độ chậm và công việc đòi hỏi độ chính xác cao.
Hơn nữa, lớp phủ TiN kéo dài tuổi thọ của dụng cụ trong khi các hoạt động không phủ lớp này mang lại khả năng cắt sắc nét hơn.
Quy trình gia công đồng
Các kỹ thuật gia công khác nhau đáp ứng nhu cầu của nhiều bộ phận trong sản xuất đồ đồng.
Phay
Quá trình phay loại bỏ vật liệu bằng các dụng cụ cắt quay. Máy phay CNC hiện đại đạt được độ chính xác dung sai lên đến 0.02mm. Độ chính xác này rất quan trọng đối với các bộ phận đặc biệt như bạc lót và vòng bi chế tạo riêng. Phay đặc biệt có lợi cho các bộ phận cần tránh bị ăn mòn trong khi vẫn duy trì độ bền cấu trúc.
Xem thêm : Gia công phay CNC là gì?
Quay
Quá trình này tạo ra các chi tiết hình trụ bằng cách quay các phôi đồng so với các dụng cụ cắt cố định. Các nhà sản xuất sử dụng phương pháp tiện để chế tạo các sản phẩm như bạc lót, trục và van, những sản phẩm đòi hỏi bề mặt nhẵn và kích thước đồng nhất.
chuốt
Đây là quy trình một lần chạy có chứa một công cụ cắt nhiều răng để thực hiện các thao tác doa trên các bộ phận bằng đồng. Quy trình này tạo ra hiệu quả các hình dạng không đều, các rãnh, rãnh then hoặc các cấu hình phức tạp. Ngoài ra, phương pháp này mang lại kết quả nhất quán trên nhiều thành phần.
Khoan
Trong quá trình khoan, mũi khoan tạo ra các lỗ chính xác trên các bộ phận bằng đồng thông qua áp suất và vòng quay được điều chỉnh. Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các đường dẫn chất lỏng cũng như các hoạt động lắp ráp.
Các ứng dụng hàng hải đặc biệt được hưởng lợi từ quy trình này vì đồng chống ăn mòn nước tốt. Sự thành công của hoạt động khoan phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng mũi khoan và cài đặt tốc độ cho mức độ cứng của hợp kim đồng cụ thể.
Gia công phóng điện (EDM)
Công nghệ EDM loại bỏ vật liệu từ hợp kim đồng dẫn điện thông qua các phóng điện được kiểm soát. Kỹ thuật này có khả năng tạo ra các hình dạng và đường viền bên trong phức tạp mà các phương pháp gia công thông thường không thể thực hiện được. Các bộ phận bằng đồng phosphor vẫn giữ được các đặc tính dẫn nhiệt và độ dẫn điện thông qua quy trình không tiếp xúc này.
Công dụng của các thành phần đồng gia công
Ống lót và vòng bi công nghiệp
Máy móc hạng nặng phụ thuộc vào ống lót và ổ trục bằng đồng để có khả năng chống mài mòn cao và ma sát thấp. Các thành phần này đảm bảo hoạt động trơn tru ngay cả khi chịu tải nặng trong hệ thống thủy lực, máy móc xây dựng cũng như thiết bị nông nghiệp.
Nhạc cụ
Tính chất âm thanh của đồng tạo ra âm thanh cộng hưởng độc đáo trong chũm chọe, chuông cũng như các bộ phận nhạc cụ dây. Đồng cũng mang lại sức hấp dẫn thẩm mỹ cho các nhạc cụ này do vẻ ngoài đặc biệt của nó.
Lĩnh vực hàng hải
Ngành hàng hải phụ thuộc vào các thành phần đồng vì khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nước mặn. Đồng được sử dụng trong chân vịt tàu ngầm và tàu thủy, bộ phận bơm, ống lót trục lái cũng như phụ kiện thân tàu. Các thành phần này vẫn giữ được đặc tính của chúng ngay cả trong điều kiện biển khắc nghiệt.
Các yếu tố kiến trúc và tác phẩm điêu khắc nghệ thuật
Các kiến trúc sư và nghệ sĩ chọn đồng vì khả năng tạo ra lớp gỉ hấp dẫn trong môi trường ngoài trời và giữ lại các chi tiết tinh xảo. Các ứng dụng phổ biến bao gồm lan can, tác phẩm điêu khắc, tay nắm cửa và dầm đúc tùy chỉnh. Độ bền của vật liệu này đảm bảo bảo vệ lâu dài cho các tác phẩm nghệ thuật.
Ô tô
Các nhà sản xuất ô tô sử dụng đồng trong ổ trục, bánh răng, ống lót và đầu nối điện. Các bộ phận này có khả năng chống mài mòn và hiệu suất đáng tin cậy trong quá trình quay tốc độ cao. Các bộ phận đồng làm giảm yêu cầu bảo trì và tăng tuổi thọ của xe.
Linh kiện điện & điện tử
Khả năng chống ăn mòn và dẫn điện tuyệt vời của đồng khiến nó trở nên không thể thiếu đối với các đầu nối, công tắc và tiếp điểm. Các hệ thống điện tử cũng như điện cần gia công chính xác các bộ phận bằng đồng với yêu cầu dung sai chặt chẽ.
Những thách thức và giải pháp trong gia công đồng
Chất lượng hoàn thiện bề mặt
Đồng thường dính vào dụng cụ cắt khiến việc tạo ra bề mặt nhẵn trở nên khó khăn. Sử dụng chất làm mát và dụng cụ cùn không phù hợp sẽ làm vấn đề trở nên tồi tệ hơn.
Giải pháp nằm ở hai điều: duy trì các công cụ với góc cào dương cao, sắc nét và sử dụng chất bôi trơn gốc dầu. Làm như vậy sẽ đảm bảo bề mặt hoàn thiện đồng đều và mịn màng.
Dụng cụ bị mòn và sứt mẻ
Bản chất mài mòn và độ cứng của đồng làm mòn dụng cụ nhanh chóng. Vấn đề này rõ rệt hơn với hợp kim đồng nhôm.
Để vượt qua thách thức này, các nhà sản xuất nên sử dụng các công cụ carbide với lớp phủ bảo vệ TiAlN hoặc TiN. Các lớp phủ này làm giảm số lần thay đổi và tăng đáng kể tuổi thọ của công cụ. Hơn nữa, việc điều chỉnh đúng tốc độ cắt và tốc độ ăn dao sẽ làm giảm thêm ứng suất lên các công cụ.
Sinh nhiệt
Tính chất nhiệt của đồng tạo ra rất nhiều nhiệt trong quá trình gia công. Lượng nhiệt dư thừa này có thể gây ra lỗi kích thước và có thể làm hỏng vật liệu.
Ba giải pháp hữu ích để ngăn ngừa những vấn đề này là duy trì tốc độ cắt vừa phải, sử dụng chất làm mát lưu lượng cao và đảm bảo điều chỉnh dụng cụ liên tục. Các biện pháp này ngăn ngừa quá nhiệt và bảo vệ tính toàn vẹn của bộ phận.
Hình thành và quản lý chip
Quá trình gia công tạo ra các mảnh đồng dài và dai. Những mảnh đồng này gây ra một số rủi ro bao gồm hư hỏng bề mặt, ngừng máy cũng như tăng thời gian chết.
Điều chỉnh chính xác tốc độ cấp phôi, áp dụng công nghệ bẻ phoi và duy trì lưu lượng chất làm mát thích hợp là ba chiến lược hữu ích để quản lý vấn đề này.
Các phương pháp thực hành và đề xuất tốt nhất
Hướng dẫn lựa chọn vật liệu
Việc lựa chọn hợp kim đồng phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng dự định. Các ứng dụng hàng hải yêu cầu hợp kim đồng-niken hoặc đồng nhôm để có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Đồng silic là tốt nhất cho các bộ phận cần khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu mài mòn tốt. Các bộ phận ổ trục được hưởng lợi từ đặc tính ma sát tuyệt vời của đồng phốt pho.
Các biện pháp kiểm soát chất lượng
Lập kế hoạch kiểm tra chi tiết với dung sai và điểm đo cụ thể. Sử dụng máy đo tọa độ (CMM) để sửa chữa chính xác.
Các linh kiện có giá trị cao đòi hỏi phải kiểm tra bổ sung bằng các phương pháp không phá hủy như chụp X-quang hoặc siêu âm. Các phương pháp này phát hiện các khuyết tật bên trong trong khi vẫn duy trì được tính toàn vẹn của vật liệu.
Thông số gia công tinh chỉnh
Giữ tốc độ cắt trong khoảng 100 đến 300 SFM. Thiết lập góc thoát phôi dương để tối đa hóa chất lượng bề mặt và giảm lực cắt. Sử dụng tốc độ tiến dao điều chỉnh được để kiểm soát sự sinh nhiệt và mài mòn dụng cụ. Đối với các hợp kim đồng cứng hơn, hãy giảm cả tốc độ tiến dao và tốc độ cắt để ngăn ngừa hiện tượng cứng hóa phôi.
Xem thêm : Tốc độ tiến dao và tốc độ cắt trong gia công CNC
Tóm lại
Quá trình gia công bằng đồng mang lại khả năng chống ăn mòn và độ bền tuyệt vời cho các bộ phận được sản xuất. Kết quả tốt trong gia công bằng đồng phụ thuộc vào ba yếu tố chính là lựa chọn hợp kim phù hợp, thông số gia công chính xác và tuân thủ nghiêm ngặt các thông lệ tốt nhất đã được thiết lập.
Nếu bạn cần bất kỳ loại bộ phận bằng đồng gia công CNC nào, thì Richconn là lựa chọn tốt nhất của bạn. Bạn có thể liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào．
Câu hỏi liên quan
Chất làm mát có cần thiết khi gia công đồng không?
Chất làm mát đóng vai trò quan trọng trong gia công đồng. Nó duy trì sự ổn định của vật liệu, kiểm soát sự tích tụ nhiệt và cũng làm tăng tuổi thọ của dụng cụ.
Có thể sử dụng dụng cụ cắt thông thường để gia công đồng không?
Các công cụ thông thường hoạt động hiệu quả với hợp kim đồng mềm. Các biến thể cứng hơn như đồng nhôm cần các công cụ có hình dạng cào đặc biệt để tránh hư hỏng và rung lắc của công cụ.
Đồng có thể được gia công với dung sai chặt chẽ không?
Các kỹ thuật tiên tiến cho phép gia công đồng thau với dung sai ±0.0005″. Độ chính xác này đòi hỏi các quy trình được kiểm soát cũng như các bước cuối cùng bổ sung như mài hoặc mài nhẵn.
Đồng có thể hàn sau khi gia công không?
Đồng thau có thể chấp nhận cả kỹ thuật hàn MIG và hàn TIG sau khi gia công.
Những cân nhắc về chi phí khi gia công đồng là gì?
Chi phí dụng cụ, vật liệu và yêu cầu gia công sau khi gia công làm cho gia công đồng tốn kém. Lựa chọn thiết kế chiến lược và quy trình gia công được lập kế hoạch tốt giúp giảm các chi phí này.
Có thể anod hóa đồng sau khi gia công được không?
Một số hợp kim đồng được xử lý anot hóa sau khi gia công. Quá trình này làm tăng khả năng chống gỉ và vẻ ngoài.
Có cân nhắc đến vấn đề môi trường trong quá trình gia công đồng không?
Tác động môi trường phát sinh từ quá trình khai thác và sản xuất gia công đồng. Các công ty có thể giảm thiểu những tác động này thông qua các hoạt động sản xuất xanh cũng như sử dụng vật liệu tái chế.
