Alliage de métaux non ferreux riche d'une longue histoire, le bronze occupe une place irremplaçable dans le domaine de l'usinage de précision CNC moderne. Se distinguant par sa résistance exceptionnelle à l'usure, à la corrosion et à la conductivité électrique, il est largement utilisé dans une large gamme d'applications de fabrication haut de gamme. Sur la base des différents éléments d'alliage, le bronze peut être divisé en cinq séries principales :
Caractéristiques : Sa composition chimique est la suivante : 83-92% Cu, 7-12% Sn et 4-8% Pb ; il présente une dureté Brinell (HB) de 65-90 et une résistance à la traction de 310-415 MPa. Il possède d'excellentes propriétés d'autolubrification et de résistance au grippage, et son usinabilité par CNC atteint 70%, ce qui permet une coupe à vitesse moyenne à élevée avec une usure minimale de l'outil. Ses inconvénients sont une faible résistance aux températures élevées ; en outre, sa teneur en plomb n'est pas conforme aux réglementations environnementales, ce qui le rend inadapté aux applications impliquant des aliments ou de l'eau potable.
Applications : Convient à divers composants de transmission par friction à usage général, tels que les roulements, les bagues, les engrenages à vis sans fin, les coulisseaux et les blocs de vannes hydrauliques.
Caractéristiques : Avec une teneur en plomb allant de 10% à 14% - plus élevée que celle du C93200 - cet alliage possède une dureté Brinell d'environ HB 75 et fait preuve d'une excellente ductilité. Son principal avantage réside dans son exceptionnelle capacité d'encastrement, qui lui permet d'accueillir des particules étrangères telles que la poussière et les impuretés rencontrées pendant le fonctionnement ; cela empêche efficacement la rayure de la paire de frottement, ce qui se traduit par des performances anti-grippage supérieures à celles du C93200. Son usinabilité par CNC est comparable à celle du C93200 (environ 70%) ; les copeaux obtenus sont fins et facilement évacués, ce qui le rend bien adapté aux processus de coupe à grande vitesse sans nécessiter de traitements de refroidissement spécialisés.
Applications : Principalement utilisé pour les roulements à grande vitesse et à forte charge, les tourillons de turbines à vapeur, les composants de friction dans les machines minières et les composants de transmission fonctionnant dans des environnements très poussiéreux.
Caractéristiques : Avec une teneur en plomb ≤0,2%, ce matériau peut être considéré comme un alliage sans plomb, respectueux de l'environnement. Il présente une dureté Brinell de HB 80-100 et une résistance à la traction de 400-500 MPa ; il présente une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer et les acides faibles, et sa résistance globale représente une amélioration significative par rapport aux bronzes étain-plomb. Cependant, son usinabilité par CNC a été réduite à 50% ; pendant la coupe, les copeaux ont tendance à être longs et à adhérer à l'outil. Par conséquent, l'usinage nécessite l'utilisation d'outils en carbure tranchants et d'un système de refroidissement à haute pression afin d'optimiser l'efficacité de la rupture des copeaux ; la coupe à sec est strictement interdite.
Applications : Convient aux composants résistants à l'usure des machines alimentaires, aux conduites d'eau de mer, aux engrenages à vis sans fin à usage intensif et à diverses pièces structurelles de précision respectueuses de l'environnement.
Caractéristiques : Sa composition chimique est la suivante : 81-86% Cu, 9-11% Al, 2-4% Fe et 1-3% Ni. Il présente une dureté Brinell (HB) de 150-200 et une résistance à la traction de 550-690 MPa ; ses propriétés mécaniques globales sont nettement supérieures à celles du bronze d'étain. Il présente une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer, les acides faibles et le brouillard salin, ainsi qu'une résistance supérieure à l'usure et aux chocs, ce qui lui permet de supporter de lourdes charges et des contraintes alternées ; toutefois, il est sujet à l'écrouissage pendant le traitement. Son usinabilité par CNC n'est évaluée qu'à 20-30%, caractérisée par des forces de coupe élevées et une usure rapide des outils. La coupe à sec est strictement interdite ; les opérations d'usinage nécessitent de faibles vitesses de broche, de faibles profondeurs de coupe et des techniques de fraisage en avalant, en utilisant un liquide de refroidissement à haute pression à travers l'outil.
Applications : Largement utilisé dans les hélices marines, les corps de pompe à eau de mer, les vannes, les engrenages à usage intensif, les cames et les composants structurels résistants à l'usure pour les machines d'exploitation minière.
Caractéristiques : Avec une teneur en aluminium de 11-13% et une teneur en fer de 3-5%, cet alliage présente un degré de renforcement plus élevé et une dureté Brinell de ≥190. Sa résistance à l'usure et aux chocs est encore améliorée par rapport au C95400 ; cependant, les effets de l'écrouissage sont nettement plus prononcés. Son usinabilité CNC est légèrement inférieure (≈22%), et la coupe présente plus de difficultés ; par conséquent, l'utilisation d'outils en carbure revêtus à haute dureté est nécessaire. En outre, il est nécessaire de réduire les vitesses de coupe, d'augmenter la fréquence de remplacement des outils, d'améliorer les mesures de refroidissement et d'évacuation des copeaux et d'éviter les coupes répétées sur la même zone.
Applications : Convient aux coulisseaux de laminoir, aux paliers de butée, aux engrenages à vis sans fin à usage intensif et à divers composants de paires de frottement soumis à des contraintes élevées.
Caractéristiques : Sa composition chimique est la suivante : 80-85% Cu, 8-10% Al, 4-6% Ni et 3-5% Fe. Il présente une dureté Brinell (HB) de 170-210 et une résistance à la traction de ≥620 MPa, démontrant une résistance de premier ordre à la corrosion fissurante sous contrainte. Il présente une résistance exceptionnelle à la corrosion dans l'eau de mer et les environnements riches en chlorure, ce qui le rend bien adapté aux applications en haute mer et aux environnements de traitement chimique hautement corrosifs ; cependant, sa dureté élevée se traduit par une forte abrasivité. Son usinabilité par CNC n'est évaluée qu'à 20%, ce qui entraîne une faible durée de vie de l'outil. Par conséquent, les paramètres de coupe doivent être strictement contrôlés, en utilisant de faibles vitesses de coupe, de faibles profondeurs de coupe et des stratégies de fraisage en avalant. En outre, des systèmes de refroidissement interne à haute pression doivent être utilisés et des outils en carbure revêtus résistants à l'usure doivent être sélectionnés et remplacés rapidement lorsqu'ils s'émoussent.
Applications : Principalement utilisé pour les hélices de haute mer, les équipements de dessalement de l'eau de mer, les pompes et les vannes de l'énergie nucléaire, et les composants de précision résistants à la corrosion pour l'industrie chimique.
Caractéristiques : Sa composition chimique est la suivante : 94-96% Cu, 6-7% Sn et 0,1-0,25% P, le phosphore jouant à la fois le rôle de désoxydant et d'agent de renforcement. Il présente une dureté Brinell (HB) de 90-120 et une résistance à la traction de 400-500 MPa ; en outre, il présente d'excellentes limites élastiques et propriétés de fatigue, une conductivité électrique et thermique stable, une bonne résistance à la corrosion et des caractéristiques supérieures de travail à froid et à chaud. Bien que la précision dimensionnelle soit facilement maintenue, le matériau est sujet à l'écrouissage pendant le traitement. Son taux d'usinabilité CNC est de 55% ; comme il a tendance à produire de longs copeaux qui adhèrent facilement aux outils de coupe, l'utilisation d'un outillage bien affûté est essentielle. Les opérations d'usinage doivent être accompagnées d'un arrosage abondant à haute pression et utiliser une stratégie de fraisage en avalant, avec un contrôle minutieux de la vitesse de coupe et de l'avance afin d'éviter l'exacerbation de l'écrouissage.
Applications : Convient à l'usinage CNC de ressorts, de pinces à ressort, de connecteurs électroniques, de contacts de relais, de composants structurels de précision pour l'instrumentation et de divers types de terminaux.
Caractéristiques : En ajoutant du plomb 3-4% à l'alliage de base C51000, les propriétés mécaniques sont légèrement réduites - en particulier, l'élasticité diminue légèrement - mais les performances anti-friction sont considérablement améliorées. L'usinabilité CNC est considérablement améliorée avec le 70% ; pendant la coupe, les copeaux se fracturent facilement et s'évacuent en douceur, ce qui élimine le besoin de contrôles de processus complexes. Ce matériau est bien adapté au fraisage et au taraudage de précision de structures complexes ; les méthodes de refroidissement standard suffisent pour répondre aux exigences de traitement, et l'usure de l'outil reste minime.
Applications : Principalement utilisé pour les paliers lisses de précision, les contacts électriques lisses et divers composants composites élastiques résistants à l'usure.
Caractéristiques : Sa composition chimique est la suivante : 97-98% Cu, 1,8-2,0% Be et 0,2-0,6% Co. Ses propriétés mécaniques varient considérablement en fonction de la méthode de traitement ; à l'état mis en solution, il présente une faible dureté et une excellente usinabilité. Après un traitement de vieillissement, sa résistance à la traction peut atteindre 1030-1380 MPa, avec une dureté Rockwell de HRC 35-42. Ses principaux avantages résident dans sa limite élastique, sa résistance à la fatigue et sa résistance à l'usure, qui sont toutes des caractéristiques de premier plan des alliages de cuivre, tout en présentant une excellente résistance à la corrosion, une conductivité électrique et des propriétés non magnétiques. Cependant, son usinabilité par CNC n'est évaluée qu'à 15-25% ; en raison de sa dureté extrêmement élevée après vieillissement, il provoque une forte usure de l'outil et est susceptible de s'écailler. Par conséquent, une séquence de processus spécifique est nécessaire : "Le traitement en solution d'abord, puis l'usinage et enfin le vieillissement. Au cours de l'étape d'usinage - réalisée après que le traitement de mise en solution (trempe à l'eau entre 790 et 820 °C) a ramolli le matériau - il est nécessaire d'utiliser de faibles vitesses de coupe, de faibles profondeurs de coupe et des techniques de refroidissement interne à haute pression, en utilisant des outils en carbure revêtus pour éviter la coupe à sec et les passes de coupe répétitives.
Applications : Convient aux ressorts de précision de l'aérospatiale, aux composants de capteurs, aux inserts de moules haut de gamme, aux sondes médicales et aux outils antidéflagrants.
Caractéristiques : Sa composition chimique consiste en 96% Cu et 2-4% Si, avec de faibles ajouts de Mn et de Zn. Ses propriétés mécaniques sont modérées, avec une résistance à la traction et une dureté moyennes, ainsi qu'une bonne ductilité. Ses principaux atouts résident dans son excellente soudabilité et sa résistance à la corrosion, ainsi que dans la finition de surface exceptionnelle obtenue après usinage CNC. Son degré d'usinabilité est d'environ 30% ; pendant la coupe, il produit de longs copeaux, ce qui nécessite des stratégies optimisées de refroidissement et de brise-copeaux, l'utilisation d'outils de coupe tranchants et un contrôle minutieux des vitesses de coupe pour éviter l'adhérence de l'outil.
Applications : Principalement utilisé pour la quincaillerie architecturale, les fixations marines, les bornes électriques et les pièces décoratives de précision.
| Grade | Matériau | Cote d'usinabilité | Dureté | Avantages | Applications |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | Bronze étain à haute teneur en plomb | 70% | HB 65~90 | Facilité d'usinage, autolubrification, faible coût | Composants de friction à usage général, transmission à température ambiante |
| C93700 | Bronze étain à haute teneur en plomb | ≈70% | HB ≈75 | Excellente capacité d'enrobage, fortes propriétés antigrippantes | Applications à grande vitesse et à forte charge, environnements très poussiéreux |
| C90300 | Bronze étain sans plomb | 50% | HB 80~100 | Sans plomb et respectueux de l'environnement, bonne résistance à la corrosion | Transformation des aliments, exposition à l'eau de mer et scénarios de protection de l'environnement |
| C95400 | Aluminium Bronze | 25% | HB 150~200 | Haute résistance, résistance à l'eau de mer, résistance aux chocs | Navires, machines lourdes et conditions d'exploitation en mer |
| C95500 | Bronze à haute teneur en fer et en aluminium | ≈22% | HB 190 | Dureté élevée, résistance à l'usure et aux chocs | Paires de frottement à forte contrainte, composants de laminoirs |
| C95800 | Nickel-Aluminium Bronze | 20% | HB 170~210 | Ultra résistant à la corrosion, résistant à la corrosion sous contrainte | Environnements en eaux profondes, énergie nucléaire et conditions hautement corrosives |
| C51000 | Bronze phosphoreux | 55% | HB 90~120 | Haute élasticité, conductivité, stabilité dimensionnelle | Ressorts électroniques, connecteurs de précision |
| C54400 | Bronze phosphoreux plombé | 70% | HB 90~120 | Facilité d'usinage, excellentes propriétés de réduction des frottements | Roulements à billes de précision, contacts électriques à billes |
| C17200 | Bronze au béryllium | 20% | HRC 35~42 | Très haute résistance, grande élasticité, résistance à l'usure | Aérospatiale, moules et matrices, composants de précision haut de gamme |
| C65500 | Bronze au silicium | 30% | Dureté moyenne | Résistant à la corrosion, bonne soudabilité, finition de surface lisse | Quincaillerie architecturale, fixations marines |
| Matériau | Vitesse de coupe Vc (m/min) | Vitesse d'avance（mm/fz） | Profondeur de coupe en ébauche (mm) | Profondeur de coupe de finition (mm) |
| Bronze étain | 180-280 | 0.08-0.15 | 0.5-2 | 0.05-0.2 |
| Bronze d'aluminium | 120-180 | 0.06-0.12 | 0.5-1.5 | 0.05-0.15 |
| Bronze phosphoreux | 160-240 | 0.07-0.14 | 0.4-1.2 | 0.05-0.15 |
| Bronze au béryllium | 100-160 | 0.05-0.10 | 0.3-1.0 | 0.03-0.10 |
| Bronze au silicium | 130-200 | 0.06-0.12 | 0.4-1.2 | 0.05-0.15 |
| Matériau | Fonctionnalité | Découpage | Couteaux | Adaptations |
| Bronze étain | Facile à découper mais sujet au collage de l'outil et à l'enchevêtrement des copeaux ; le contrôle du noyau se concentre sur le collage de l'outil et l'enlèvement des copeaux. | La vitesse élevée, l'avance moyenne et le refroidissement adéquat empêchent le collage de l'outil et la formation d'arêtes. | Caractéristiques : brise-copeaux et arêtes de coupe polies ; de préférence carbure cémenté à grain ultrafin, revêtement TiN en option ; angle de coupe positif 6°-12°, grand angle de dépouille 8°-15° ; fraises à brise-copeaux, outils de tournage à arêtes de coupe arrondies. | Convient aux pièces résistantes à l'usure ; Ra jusqu'à 0,4-1,6μm. |
| Bronze d'aluminium | La dureté élevée et la forte résistance à l'abrasion réduisent l'usure de l'outil. | Vitesse de coupe réduite, refroidissement à haute pression et à haut débit, contrôle des vibrations pour éviter les copeaux. | Revêtement en carbure cémenté ; de préférence revêtement TiAlN, matériau en carbure cémenté à grain ultrafin ; angle de coupe positif de 6°-12°, grand angle de dépouille de 8°-15°, arête de coupe polie, fraises avec brise-copeaux, outils de tournage avec arêtes de coupe arrondies. | Convient pour les pièces à haute résistance et résistantes à l'usure. |
| Bronze phosphoreux | Hautement flexible, enclin à l'enchevêtrement de puces et à une surface facilement rayable, le contrôle des puces et la protection de la surface sont des caractéristiques essentielles. | Refroidissement à haute pression, augmentation appropriée de la vitesse d'avance, réduction de la force de coupe pour éviter les déformations et optimisation des paramètres pour éviter l'enchevêtrement des copeaux. | Outils avec brise-copeaux et angle de coupe positif ; de préférence carbure cémenté à grain ultrafin, revêtement TiN en option ; angle de coupe positif 6°-12°, grand angle de dépouille 8°-15° ; tarauds/fraises à fileter à goujure hélicoïdale pour les filetages, forets à arrosage interne pour les trous profonds. | Convient aux pièces élastiques de précision. |
| Bronze au béryllium | Dureté extrêmement élevée, difficile à usiner, poussière toxique ; les principales caractéristiques de sécurité comprennent le contrôle de l'usure et la prévention de la déformation. | La matière première est usinée à l'état mou après le recuit ; un usinage minimal est nécessaire après le vieillissement. Le refroidissement étanche et l'extraction de la poussière garantissent la sécurité. | Outils de coupe revêtus de diamants ; matériau en carbure cémenté à grain ultrafin ; angle de coupe positif 6°-12°, grand angle de dépouille 8°-15° ; tarauds à goujure spirale/fraises à fileter pour les filetages, forets à arrosage interne pour les trous profonds. | Convient aux pièces de haute précision, tolérance ±0,01-0,03 mm. |
| Bronze au silicium | Contient des pointes dures en silicium, sujettes à l'écaillage et à la rugosité de surface ; le renforcement du noyau améliore la rigidité de l'outil et la stabilité de la coupe. | Équipement à haute rigidité, refroidissement abondant à base d'huile, polissage après usinage. | Outils tranchants et polis ; revêtement TiAlN préférentiel, carbure cémenté à grain ultrafin ; angle de coupe positif de 6°-12°, grand angle de dépouille de 8°-15° ; forets à refroidissement interne pour les trous profonds. | Convient à l'usinage de composants structurels. |
Usinage CNC d'un engrenage à vis sans fin en bronze
Usinage CNC de pièces en bronze
Usinage CNC d'un engrenage à vis sans fin en bronze
Usinage CNC de pièces en bronze
R : Les liquides de refroidissement fortement alcalins peuvent provoquer la corrosion et la décoloration du bronze, ce qui affecte la qualité de la surface et la précision de l'usinage des pièces. Leur utilisation est donc strictement interdite tout au long du processus d'usinage. Les fluides de coupe à base d'huile doivent être utilisés de préférence.
R : La solution de base passe par deux points : premièrement, optimiser les paramètres de coupe ; deuxièmement, utiliser des outils munis de brise-copeaux. Simultanément, il faut donner la priorité au fraisage en avalant pour améliorer l'efficacité de l'enlèvement des copeaux et réduire l'enchevêtrement des copeaux.
R : L'usinage du bronze au béryllium produit des poussières toxiques. La coupe à sec est strictement interdite. Un système fermé de refroidissement et d'extraction des poussières est nécessaire, et les opérateurs doivent porter les précautions de sécurité appropriées. En outre, l'ébauche doit être recuite jusqu'à ce qu'elle soit souple avant d'être usinée et, après le traitement de vieillissement, le volume d'usinage doit être réduit au minimum.
R : Pour le bronze d'aluminium et le bronze au silicium, le revêtement TiAlN est préférable ; pour le bronze d'étain et le bronze phosphoreux, le revêtement TiN est facultatif ; pour le bronze au béryllium, le revêtement diamanté est nécessaire, le tout combiné avec du carbure cémenté à grain ultrafin.
A : Réduire la force de serrage, utiliser un support multipoint et employer des processus de coupe en couches. Contrôler strictement la chaleur de coupe pour éviter la déformation des pièces à parois minces sous l'effet de la contrainte et de la chaleur.
R : Le traitement de vieillissement est une étape obligatoire dans l'usinage du bronze au béryllium. Pour les quatre autres matériaux en bronze (bronze d'étain, bronze d'aluminium, bronze phosphoreux et bronze de silicium), l'étape appropriée peut être sélectionnée en fonction des exigences d'usinage. Après le traitement de vieillissement, la quantité d'usinage doit être réduite au minimum.
