Como aleación de metales no ferrosos con una historia larga y destacada, el bronce ocupa un lugar insustituible en el ámbito del mecanizado de precisión CNC moderno. Gracias a su excepcional resistencia al desgaste, a la corrosión y a su conductividad eléctrica, se utiliza ampliamente en una gran variedad de aplicaciones de fabricación de alta gama. En función de los distintos elementos de aleación, el bronce puede clasificarse en las cinco series principales siguientes:
Características: Su composición química consta de un 83–92 % de Cu, un 7–12 % de Sn y un 4–8 % de Pb; presenta una dureza Brinell (HB) de 65–90 y una resistencia a la tracción de 310–415 MPa. Posee excelentes propiedades autolubricantes y resistencia al gripado, y su mecanizabilidad mediante CNC alcanza el 70 %, lo que permite el corte a velocidades de medias a altas con un desgaste mínimo de la herramienta. Entre sus inconvenientes se incluyen una baja resistencia a altas temperaturas; además, su contenido de plomo no cumple con las normativas medioambientales, por lo que no es apto para aplicaciones que impliquen contacto con alimentos o agua potable.
Aplicaciones: Adecuado para diversos componentes de transmisión por fricción de uso general, tales como rodamientos, casquillos, engranajes helicoidales, deslizadores y bloques de válvulas hidráulicas.
Características: Con un contenido de plomo de entre el 10 % y el 14 % —superior al de la aleación C93200—, esta aleación presenta una dureza Brinell de aproximadamente 75 HB y una excelente ductilidad. Su principal ventaja radica en su excepcional capacidad de incrustación, lo que le permite alojar partículas extrañas (como polvo e impurezas) presentes durante el funcionamiento; esto evita eficazmente el rayado de la pareja de fricción y proporciona un rendimiento antigripaje superior al de la C93200. Su mecanizabilidad mediante CNC es comparable a la de la C93200 (aproximadamente del 70 %); las virutas resultantes son finas y se evacúan con facilidad, lo que la hace idónea para procesos de corte a alta velocidad sin necesidad de tratamientos de refrigeración especializados.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente en rodamientos de alta velocidad y carga pesada, muñones de turbinas de vapor, componentes de fricción en maquinaria minera y componentes de transmisión que funcionan en entornos con mucho polvo.
Características: Con un contenido de plomo igual o inferior al 0,2 %, este material se clasifica como una aleación ecológica y libre de plomo. Presenta una dureza Brinell de 80–100 HB y una resistencia a la tracción de 400–500 MPa; asimismo, ofrece una excelente resistencia a la corrosión por agua de mar y ácidos débiles, y su resistencia general supone una mejora significativa respecto a los bronces al estaño con plomo. No obstante, su mecanizabilidad por CNC se reduce al 50 %; durante el corte, las virutas tienden a ser largas y a adherirse a la herramienta. Por consiguiente, el mecanizado requiere el uso de herramientas de carburo bien afiladas y un sistema de refrigeración de alta presión para optimizar la rotura de la viruta; el corte en seco está estrictamente prohibido.
Aplicaciones: Adecuado para componentes resistentes al desgaste en maquinaria alimentaria, tuberías marinas de agua de mar, engranajes helicoidales de alta resistencia y diversas piezas estructurales de precisión respetuosas con el medio ambiente.
Características: Su composición química consta de un 81–86 % de Cu, 9–11 % de Al, 2–4 % de Fe y 1–3 % de Ni. Presenta una dureza Brinell (HB) de 150–200 y una resistencia a la tracción de 550–690 MPa; sus propiedades mecánicas generales superan significativamente a las del bronce al estaño. Muestra una excelente resistencia a la corrosión por agua de mar, ácidos débiles y niebla salina, así como una resistencia superior al desgaste y al impacto, lo que le permite soportar cargas elevadas y esfuerzos alternos; no obstante, es propenso al endurecimiento por deformación durante el procesamiento. Su mecanizabilidad mediante CNC se sitúa únicamente entre el 20 % y el 30 %, caracterizándose por elevadas fuerzas de corte y un rápido desgaste de la herramienta. El corte en seco está estrictamente prohibido; las operaciones de mecanizado requieren bajas velocidades de husillo, profundidades de corte reducidas y técnicas de fresado en concordancia, utilizando refrigerante a alta presión suministrado a través de la herramienta.
Aplicaciones: Se utiliza ampliamente en hélices marinas, cuerpos de bombas de agua de mar, válvulas, engranajes de alta resistencia, levas y componentes estructurales resistentes al desgaste para maquinaria minera.
Características: Con un contenido de aluminio del 11–13 % y de hierro del 3–5 %, esta aleación presenta un mayor grado de endurecimiento y una dureza Brinell ≥190. Su resistencia al desgaste y al impacto es superior a la de la aleación C95400; sin embargo, los efectos del endurecimiento por deformación son considerablemente más pronunciados. Su mecanizabilidad por CNC es ligeramente inferior (≈22 %) y el corte conlleva una mayor dificultad, por lo que se requiere el uso de herramientas de carburo recubierto de alta dureza. Asimismo, es necesario reducir las velocidades de corte, aumentar la frecuencia de sustitución de las herramientas, mejorar la refrigeración y la evacuación de virutas, y evitar realizar cortes repetidos en la misma zona.
Aplicaciones: Adecuado para deslizadores de laminadoras, cojinetes de empuje, engranajes helicoidales de alta resistencia y diversos componentes de pares de fricción sometidos a grandes esfuerzos.
Características: Su composición química consta de un 80–85 % de Cu, 8–10 % de Al, 4–6 % de Ni y 3–5 % de Fe. Presenta una dureza Brinell (HB) de 170–210 y una resistencia a la tracción ≥620 MPa, demostrando una resistencia de primer nivel frente al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Exhibe una resistencia excepcional a la corrosión en agua de mar y en entornos ricos en cloruros, lo que lo hace idóneo para aplicaciones en aguas profundas y entornos de procesamiento químico altamente corrosivos; no obstante, su elevada dureza conlleva una gran abrasividad. Su mecanizabilidad mediante CNC se cifra en solo un 20 %, lo que resulta en una vida útil reducida de la herramienta. En consecuencia, es preciso controlar estrictamente los parámetros de corte, empleando velocidades de corte bajas, profundidades de pasada reducidas y estrategias de fresado en concordancia. Asimismo, se deben utilizar sistemas de refrigeración interna de alta presión y seleccionar herramientas de carburo con recubrimiento resistente al desgaste, sustituyéndolas de inmediato cuando pierdan el filo.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente en hélices para aguas profundas, equipos de desalinización de agua de mar, bombas y válvulas para centrales nucleares, y componentes de precisión resistentes a la corrosión para la industria química.
Características: Su composición química consta de un 94–96 % de Cu, un 6–7 % de Sn y un 0,1–0,25 % de P; el fósforo actúa tanto como desoxidante como agente endurecedor. Presenta una dureza Brinell (HB) de 90–120 y una resistencia a la tracción de 400–500 MPa; asimismo, exhibe excelentes límites elásticos y propiedades frente a la fatiga, una conductividad eléctrica y térmica estable, buena resistencia a la corrosión y características superiores para el conformado en frío y en caliente. Si bien es fácil mantener la precisión dimensional, el material es propenso al endurecimiento por deformación durante el procesamiento. Su índice de mecanizabilidad CNC es del 55 %; dado que tiende a producir virutas largas que se adhieren fácilmente a las herramientas de corte, resulta esencial utilizar herramientas bien afiladas. Las operaciones de mecanizado deben realizarse con un abundante suministro de refrigerante a alta presión y empleando una estrategia de fresado en concordancia, controlando cuidadosamente la velocidad de corte y el avance para evitar agravar el endurecimiento por deformación.
Aplicaciones: Adecuado para el mecanizado CNC de resortes, clips elásticos, conectores electrónicos, contactos de relé, componentes estructurales de precisión para instrumentación y diversos tipos de terminales.
Características: Al añadir entre un 3 % y un 4 % de plomo a la aleación base C51000, las propiedades mecánicas se reducen ligeramente —en concreto, la elasticidad disminuye de forma marginal—, pero las propiedades antifricción mejoran considerablemente. La mecanizabilidad por CNC aumenta sustancialmente hasta alcanzar el 70 %; durante el corte, las virutas se fragmentan con facilidad y se evacúan sin problemas, lo que elimina la necesidad de controles de proceso complejos. Este material es idóneo para el fresado y el roscado de precisión de estructuras complejas; los métodos de refrigeración convencionales bastan para satisfacer las necesidades del proceso y el desgaste de la herramienta es mínimo.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente para cojinetes deslizantes de precisión, contactos eléctricos deslizantes y diversos componentes compuestos elásticos resistentes al desgaste.
Características: Su composición química consta de un 97–98 % de Cu, un 1,8–2,0 % de Be y un 0,2–0,6 % de Co. Sus propiedades mecánicas varían considerablemente según el método de procesamiento; en estado de solubilización, presenta una baja dureza y una excelente mecanizabilidad. Tras el tratamiento de envejecimiento, su resistencia a la tracción puede alcanzar entre 1030 y 1380 MPa, con una dureza Rockwell de 35–42 HRC. Sus principales ventajas radican en su límite elástico, resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste —propiedades que se sitúan a la vanguardia de las aleaciones de cobre—, combinadas con una excelente resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y propiedades no magnéticas. No obstante, su mecanizabilidad mediante CNC se califica solo entre el 15 % y el 25 %; debido a su dureza extremadamente elevada tras el envejecimiento, provoca un desgaste severo de la herramienta y es propensa a que esta sufra desportilladuras. En consecuencia, se requiere una secuencia de procesos específica: «primero el tratamiento de solubilización, seguido del mecanizado y, finalmente, el envejecimiento». Durante la etapa de mecanizado —realizada una vez que el tratamiento de solubilización (temple en agua desde 790–820 °C) ha ablandado el material— es necesario emplear velocidades de corte bajas, profundidades de pasada reducidas y técnicas de refrigeración interna a alta presión, utilizando herramientas de carburo recubierto para evitar el corte en seco y las pasadas de corte repetitivas.
Aplicaciones: Adecuado para resortes de precisión para la industria aeroespacial, componentes de sensores, insertos de moldes de alta gama, sondas médicas y herramientas a prueba de explosiones.
Características: Su composición química consta de un 96 % de Cu y entre un 2 % y un 4 % de Si, con pequeñas adiciones de Mn y Zn. Sus propiedades mecánicas son moderadas, presentando una resistencia a la tracción y una dureza medias, junto con una buena ductilidad. Sus principales ventajas radican en su excelente soldabilidad y resistencia a la corrosión, así como en el acabado superficial excepcional que se obtiene tras el mecanizado CNC. Su índice de mecanizabilidad es de aproximadamente el 30 %; durante el corte, genera virutas largas, lo que requiere estrategias optimizadas de refrigeración y rotura de viruta, el uso de herramientas de corte afiladas y un control preciso de las velocidades de corte para evitar la adherencia del material a la herramienta.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente para herrajes arquitectónicos, elementos de fijación para la industria naval, terminales eléctricos y piezas decorativas de precisión.
| Curso | Material | Índice de mecanizabilidad | Dureza | Ventajas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | Bronce de estaño con alto contenido en plomo | 70% | HB 65-90 | Fácil mecanizado, autolubricante, bajo coste | Componentes de fricción de uso general, transmisión a temperatura ambiente |
| C93700 | Bronce de estaño con alto contenido en plomo | ≈70% | HB ≈75 | Excelente capacidad de penetración, potentes propiedades antiadherentes | Aplicaciones de alta velocidad y cargas pesadas, entornos con mucho polvo |
| C90300 | Bronce sin plomo | 50% | HB 80-100 | Sin plomo y respetuoso con el medio ambiente, buena resistencia a la corrosión | Situaciones relacionadas con la industria alimentaria, la exposición al agua de mar y la protección del medio ambiente |
| C95400 | Bronce de aluminio | 25% | HB 150-200 | Alta resistencia, resistente al agua de mar, resistente a los impactos | Embarcaciones, maquinaria pesada y condiciones de trabajo en alta mar |
| C95500 | Bronce con alto contenido en hierro y aluminio | ≈22% | Proyecto de ley 190 | Alta dureza, resistente al desgaste, resistente a los golpes | Pares de fricción sometidos a grandes esfuerzos, componentes de laminadores |
| C95800 | Bronce de níquel y aluminio | 20% | HB 170-210 | Ultrarresistente a la corrosión, resistente a la corrosión bajo tensión | Entornos de aguas profundas, energía nuclear y condiciones altamente corrosivas |
| C51000 | Bronce fosforoso | 55% | HB 90-120 | Alta elasticidad, conductor, dimensionalmente estable | Resortes electrónicos, conectores de precisión |
| C54400 | Bronce fosforoso con plomo | 70% | HB 90-120 | Fácil mecanizabilidad, excelentes propiedades reductoras de la fricción | Cojinetes deslizantes de precisión, contactos eléctricos deslizantes |
| C17200 | Bronce al berilio | 20% | HRC 35-42 | Resistencia mecánica extremadamente alta, gran elasticidad, resistente al desgaste | Sector aeroespacial, moldes y matrices, componentes de alta precisión |
| C65500 | Bronce al silicio | 30% | Dureza media | Resistente a la corrosión, buena soldabilidad, acabado superficial liso | Herrajes arquitectónicos, elementos de fijación para la industria naval |
| Material | Velocidad de corte Vc (m/min) | Velocidad de avance (mm/fz) | Profundidad de corte en el desbaste (mm) | Profundidad de corte de acabado (mm) |
| Bronce al estaño | 180–280 | 0,08–0,15 | 0,5–2 | 0,05–0,2 |
| Bronce de aluminio | 120–180 | 0,06–0,12 | 0,5–1,5 | 0,05–0,15 |
| Bronce al fósforo | 160–240 | 0,07–0,14 | 0,4–1,2 | 0,05–0,15 |
| Bronce de berilio | 100–160 | 0,05–0,10 | 0,3–1,0 | 0,03–0,10 |
| Bronce al silicio | 130–200 | 0,06–0,12 | 0,4–1,2 | 0,05–0,15 |
| Material | Característica | Corte | Cuchillos | Adaptaciones |
| Bronce al estaño | Fácil de cortar, pero propenso a que la herramienta se atasque y a que las virutas se enreden; el control del núcleo se centra en evitar que la herramienta se atasque y en facilitar la eliminación de virutas. | Una velocidad elevada, un avance medio y una refrigeración adecuada evitan que la herramienta se pegue y que se formen rebabas. | Incorpora rompevirutas y filos de corte pulidos; preferiblemente de carburo cementado de grano ultrafino, con recubrimiento de TiN opcional; ángulo de desprendimiento positivo de 6° a 12° y ángulo de incidencia amplio de 8° a 15°; fresas con rompevirutas y herramientas de torneado con filos redondeados. | Adecuado para piezas resistentes al desgaste; Ra de hasta 0,4–1,6 μm. |
| Bronce de aluminio | Su elevada dureza y su gran resistencia a la abrasión reducen el desgaste de la herramienta principal. | La reducción de la velocidad de corte, la refrigeración a alta presión y con gran caudal, y el control de las vibraciones evitan la formación de rebabas. | Recubrimiento de carburo cementado; preferiblemente recubrimiento de TiAlN, material de carburo cementado de grano ultrafino; ángulo de inclinación positivo de 6° a 12°, ángulo de salida amplio de 8° a 15°, filo pulido, fresas con rompevirutas, herramientas de torneado con filos redondeados. | Adecuado para piezas de alta resistencia y resistentes al desgaste. |
| Bronce al fósforo | Superficie muy flexible, propensa a que se enreden las virutas y que se raye con facilidad; el control de las virutas y la protección de la superficie son características fundamentales. | Refrigeración a alta presión, aumento adecuado de la velocidad de avance, reducción de la fuerza de corte para evitar deformaciones y parámetros optimizados para evitar el enredamiento de las virutas. | Herramientas con rompedores de virutas y ángulo de inclinación positivo; preferiblemente de metal duro de grano ultrafino, con recubrimiento de TiN opcional; ángulo de inclinación positivo de 6° a 12°, ángulo de salida amplio de 8° a 15°; machos de roscar y fresas de roscar con canal en espiral para roscas, brocas con refrigeración interna para agujeros profundos. | Adecuado para piezas elásticas de precisión. |
| Bronce de berilio | Dureza extremadamente elevada, difícil de mecanizar, polvo tóxico; las características de seguridad fundamentales incluyen el control del desgaste y la prevención de deformaciones. | La materia prima se mecaniza en estado blando tras el recocido; tras el envejecimiento, el mecanizado necesario es mínimo. La refrigeración hermética y la extracción de polvo garantizan la seguridad. | Herramientas de corte con recubrimiento de diamante; material de metal duro de grano ultrafino; ángulo de inclinación positivo de 6° a 12°, ángulo de salida amplio de 8° a 15°; machos roscadores y fresas roscadoras con canal en espiral para roscas, brocas con refrigeración interna para agujeros profundos. | Adecuado para piezas de alta precisión, con una tolerancia de ±0,01–0,03 mm. |
| Bronce al silicio | Contiene puntas de silicio, propensas a astillarse y a que la superficie se vuelva rugosa; el refuerzo del núcleo mejora la rigidez de la herramienta y la estabilidad de corte. | Equipos de alta rigidez, refrigeración abundante con aceite, pulido posterior al mecanizado. | Herramientas de corte afiladas y pulidas; recubrimiento preferencial de TiAlN, material de carburo cementado de grano ultrafino; ángulo de inclinación positivo de 6° a 12°, ángulo de salida amplio de 8° a 15°; brocas con refrigeración interna para taladros profundos. | Adecuado para el mecanizado de componentes estructurales. |
Mecanizado CNC de un engranaje helicoidal de bronce
Mecanizado CNC de piezas de bronce
Mecanizado CNC de un engranaje helicoidal de bronce
Mecanizado CNC de piezas de bronce
R: Los refrigerantes muy alcalinos pueden provocar corrosión y decoloración del bronce, lo que afecta a la calidad de la superficie y a la precisión de mecanizado de las piezas. Por lo tanto, su uso está estrictamente prohibido durante todo el proceso de mecanizado. Se recomienda utilizar preferentemente fluidos de corte a base de aceite.
R: La solución fundamental pasa por dos aspectos: en primer lugar, optimizar los parámetros de corte; en segundo lugar, utilizar herramientas con rompedores de virutas. Al mismo tiempo, se debe dar prioridad al fresado ascendente para mejorar la eficiencia en la eliminación de virutas y reducir su enredamiento.
R: El mecanizado del bronce al berilio genera polvo tóxico. El corte en seco está estrictamente prohibido. Se requiere un sistema cerrado de refrigeración y extracción de polvo, y los operarios deben tomar las medidas de seguridad adecuadas. Además, la pieza en bruto debe recocerse hasta alcanzar un estado blando antes del mecanizado y, tras el tratamiento de envejecimiento, debe reducirse al mínimo el volumen de mecanizado.
R: Para el bronce de aluminio y el bronce de silicio, se recomienda el recubrimiento de TiAlN; para el bronce de estaño y el bronce fosforoso, el recubrimiento de TiN es opcional; para el bronce de berilio, se requiere un recubrimiento de diamante, todo ello combinado con carburo cementado de grano ultrafino.
R: Reduzca la fuerza de sujeción, utilice un soporte multipunto y aplique procesos de corte por capas. Controle rigurosamente el calor generado durante el corte para evitar la deformación de las piezas de paredes delgadas debido a la tensión y al calor.
R: El tratamiento de envejecimiento es un paso obligatorio en el mecanizado del bronce al berilio. En el caso de los otros cuatro tipos de bronce (bronce al estaño, bronce al aluminio, bronce fosforoso y bronce al silicio), se puede elegir el paso adecuado en función de los requisitos de mecanizado. Tras el tratamiento de envejecimiento, se debe reducir al mínimo la cantidad de material a mecanizar.
