Come lega metallica non ferrosa con una lunga storia, il bronzo occupa una posizione insostituibile nel campo della moderna lavorazione di precisione CNC. Caratterizzato da un'eccezionale resistenza all'usura, alla corrosione e alla conducibilità elettrica, è ampiamente utilizzato in una vasta gamma di applicazioni produttive di alto livello. In base ai diversi elementi di lega, il bronzo può essere suddiviso nelle seguenti cinque serie principali:
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 83-92% Cu, 7-12% Sn e 4-8% Pb; presenta una durezza Brinell (HB) di 65-90 e una resistenza alla trazione di 310-415 MPa. Possiede eccellenti proprietà autolubrificanti e resistenza al grippaggio, e la sua lavorabilità tramite CNC raggiunge i 70%, consentendo un taglio a velocità medio-alta con un'usura minima degli utensili. I suoi svantaggi includono una scarsa resistenza alle alte temperature; inoltre, il suo contenuto di piombo non soddisfa le normative ambientali, rendendolo inadatto per applicazioni che coinvolgono alimenti o acqua potabile.
Applicazioni: Adatto per vari componenti di trasmissione ad attrito di uso generale, come cuscinetti, boccole, ingranaggi a vite, cursori e blocchi di valvole idrauliche.
Caratteristiche: Con un contenuto di piombo compreso tra 10% e 14% - superiore a quello della C93200 - questa lega possiede una durezza Brinell di circa HB 75 e presenta un'eccellente duttilità. Il suo vantaggio principale risiede nella sua eccezionale incorporabilità, che le consente di accogliere particelle estranee come polvere e impurità incontrate durante il funzionamento; ciò impedisce efficacemente la graffiatura della coppia di attrito, con conseguenti prestazioni antigrippaggio superiori rispetto alla C93200. La sua lavorabilità tramite CNC è paragonabile a quella del C93200 (circa 70%); i trucioli risultanti sono fini e facilmente evacuabili, il che lo rende adatto ai processi di taglio ad alta velocità senza la necessità di trattamenti di raffreddamento specializzati.
Applicazioni: Utilizzato principalmente per cuscinetti ad alta velocità e per carichi pesanti, perni di turbine a vapore, componenti di attrito in macchinari minerari e componenti di trasmissione che operano in ambienti ad alta densità di polvere.
Caratteristiche: Con un contenuto di piombo di ≤0,2%, questo materiale si qualifica come lega ecologica senza piombo. Ha una durezza Brinell di HB 80-100 e una resistenza alla trazione di 400-500 MPa; presenta un'eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare e degli acidi deboli e la sua resistenza complessiva rappresenta un miglioramento significativo rispetto ai bronzi al piombo-stagno. Tuttavia, la sua lavorabilità tramite CNC è stata ridotta a 50%; durante il taglio, i trucioli tendono ad essere lunghi e ad aderire all'utensile. Di conseguenza, la lavorazione richiede l'uso di utensili in metallo duro affilati e di un sistema di raffreddamento ad alta pressione per ottimizzare l'efficienza della rottura dei trucioli; il taglio a secco è severamente vietato.
Applicazioni: Adatto per componenti resistenti all'usura in macchinari alimentari, tubature marine, ingranaggi a vite senza fine per impieghi gravosi e varie parti strutturali di precisione ecocompatibili.
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 81-86% Cu, 9-11% Al, 2-4% Fe e 1-3% Ni. Presenta una durezza Brinell (HB) di 150-200 e una resistenza alla trazione di 550-690 MPa; le sue proprietà meccaniche complessive superano notevolmente quelle del bronzo allo stagno. Presenta un'eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, degli acidi deboli e della nebbia salina, nonché un'ottima resistenza all'usura e agli urti, che gli consente di sopportare carichi pesanti e sollecitazioni alternate; tuttavia, è soggetto a incrudimento durante la lavorazione. La sua lavorabilità tramite CNC è valutata solo a 20-30%, caratterizzata da elevate forze di taglio e rapida usura degli utensili. Il taglio a secco è severamente vietato; le operazioni di lavorazione richiedono basse velocità del mandrino, profondità di taglio ridotte e tecniche di fresatura in salita, utilizzando un refrigerante passante ad alta pressione.
Applicazioni: Ampiamente utilizzato nelle eliche marine, nei corpi delle pompe per acqua di mare, nelle valvole, negli ingranaggi per impieghi gravosi, nelle camme e nei componenti strutturali resistenti all'usura per i macchinari minerari.
Caratteristiche: Con un contenuto di alluminio di 11-13% e un contenuto di ferro di 3-5%, questa lega presenta un maggior grado di rafforzamento e una durezza Brinell ≥190. La resistenza all'usura e agli urti è ulteriormente migliorata rispetto alla C95400; tuttavia, gli effetti dell'indurimento da lavoro sono significativamente più pronunciati. La lavorabilità CNC è leggermente inferiore (≈22%) e il taglio presenta maggiori difficoltà; pertanto, è necessario utilizzare utensili in metallo duro rivestiti ad alta durezza. Inoltre, è necessario ridurre le velocità di taglio, aumentare la frequenza di sostituzione degli utensili, migliorare le misure di raffreddamento e di evacuazione dei trucioli ed evitare il taglio ripetuto della stessa area.
Applicazioni: Adatto per cursori di laminatoi, cuscinetti reggispinta, ingranaggi a vite senza fine per impieghi gravosi e vari componenti di coppie ad attrito elevato.
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 80-85% Cu, 8-10% Al, 4-6% Ni e 3-5% Fe. Presenta una durezza Brinell (HB) di 170-210 e una resistenza alla trazione di ≥620 MPa, dimostrando una resistenza di alto livello alle cricche da tensocorrosione. Presenta un'eccezionale resistenza alla corrosione in acqua di mare e in ambienti ricchi di cloruri, che lo rende adatto ad applicazioni in acque profonde e ad ambienti di lavorazione chimica altamente corrosivi; tuttavia, la sua elevata durezza comporta una forte abrasività. La sua lavorabilità tramite CNC è valutata solo a 20%, con conseguente breve durata dell'utensile. Di conseguenza, i parametri di taglio devono essere rigorosamente controllati, utilizzando basse velocità di taglio, basse profondità di taglio e strategie di fresatura in salita. Inoltre, è necessario utilizzare sistemi di raffreddamento interno ad alta pressione e scegliere utensili in metallo duro rivestiti resistenti all'usura, da sostituire tempestivamente una volta che si sono opacizzati.
Applicazioni: Utilizzato principalmente per eliche di profondità, apparecchiature per la desalinizzazione dell'acqua di mare, pompe e valvole per l'energia nucleare e componenti di precisione resistenti alla corrosione per l'industria chimica.
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 94-96% Cu, 6-7% Sn e 0,1-0,25% P, dove il fosforo agisce sia come disossidante che come agente rinforzante. Presenta una durezza Brinell (HB) di 90-120 e una resistenza alla trazione di 400-500 MPa; inoltre, presenta eccellenti limiti elastici e proprietà di fatica, conducibilità elettrica e termica stabile, buona resistenza alla corrosione e caratteristiche superiori di lavorazione a freddo e a caldo. Sebbene l'accuratezza dimensionale sia facilmente mantenuta, il materiale è soggetto a incrudimento durante la lavorazione. Il suo grado di lavorabilità CNC è 55%; poiché tende a produrre trucioli lunghi che aderiscono facilmente agli utensili da taglio, è essenziale l'uso di utensili affilati. Le operazioni di lavorazione devono essere accompagnate da un'ampia fornitura di refrigerante ad alta pressione e utilizzare una strategia di fresatura in salita, con un attento controllo della velocità di taglio e dell'avanzamento per evitare l'esacerbazione dell'indurimento da lavoro.
Applicazioni: Adatto alla lavorazione CNC di molle, clip a molla, connettori elettronici, contatti di relè, componenti strutturali di precisione per la strumentazione e vari tipi di terminali.
Caratteristiche: Aggiungendo piombo 3-4% alla lega di base C51000, le proprietà meccaniche si riducono leggermente - in particolare, l'elasticità diminuisce marginalmente - ma le prestazioni antiattrito sono notevolmente migliorate. La lavorabilità CNC è notevolmente migliorata con il 70%; durante il taglio, i trucioli si rompono facilmente ed evacuano senza problemi, eliminando la necessità di complessi controlli di processo. Questo materiale è particolarmente indicato per la fresatura e la maschiatura di precisione di strutture complesse; i metodi di raffreddamento standard sono sufficienti per le esigenze di lavorazione e l'usura degli utensili rimane minima.
Applicazioni: Utilizzato principalmente per cuscinetti radenti di precisione, contatti elettrici radenti e vari componenti elastici compositi resistenti all'usura.
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 97-98% Cu, 1,8-2,0% Be e 0,2-0,6% Co. Le sue proprietà meccaniche variano significativamente a seconda del metodo di lavorazione; allo stato di trattamento in soluzione, presenta una bassa durezza e un'eccellente lavorabilità. Dopo il trattamento di invecchiamento, la sua resistenza alla trazione può raggiungere i 1030-1380 MPa, con una durezza Rockwell di 35-42 HRC. I suoi vantaggi principali risiedono nel limite elastico, nella resistenza alla fatica e all'usura - tutti elementi che si collocano ai primi posti tra le leghe di rame - e allo stesso tempo possiedono eccellenti proprietà di resistenza alla corrosione, conducibilità elettrica e amagnetismo. Tuttavia, la sua lavorabilità tramite CNC è valutata solo a 15-25%; a causa della sua durezza estremamente elevata dopo l'invecchiamento, provoca una forte usura degli utensili ed è soggetto a scheggiature. Di conseguenza, è necessaria una sequenza di processo specifica: "Prima il trattamento in soluzione, poi la lavorazione e infine l'invecchiamento". Durante la fase di lavorazione - eseguita dopo che il trattamento di solubilizzazione (tempra in acqua a 790-820°C) ha ammorbidito il materiale - è necessario impiegare basse velocità di taglio, basse profondità di taglio e tecniche di raffreddamento interno ad alta pressione, utilizzando utensili in metallo duro rivestiti per evitare il taglio a secco e le passate di taglio ripetitive.
Applicazioni: Adatto per molle di precisione aerospaziali, componenti di sensori, inserti di stampi di alta gamma, sonde mediche e strumenti antideflagranti.
Caratteristiche: La sua composizione chimica è costituita da 96% Cu e 2-4% Si, con piccole aggiunte di Mn e Zn. Le sue proprietà meccaniche sono moderate, con una moderata resistenza alla trazione e durezza, oltre a una buona duttilità. I suoi punti di forza principali sono l'eccellente saldabilità e la resistenza alla corrosione, nonché l'eccezionale finitura superficiale ottenibile dopo la lavorazione CNC. Il suo grado di lavorabilità è di circa 30%; durante il taglio produce trucioli lunghi, che richiedono strategie di raffreddamento e rottura dei trucioli ottimizzate, l'uso di utensili da taglio affilati e un attento controllo delle velocità di taglio per evitare l'adesione degli utensili.
Applicazioni: Utilizzato principalmente per ferramenta architettonica, elementi di fissaggio marini, terminali elettrici e parti decorative di precisione.
| Grado | Materiale | Valutazione della lavorabilità | Durezza | Vantaggi | Applicazioni |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | Bronzo allo stagno ad alto tenore di piombo | 70% | HB 65~90 | Facile lavorabilità, autolubrificante, basso costo | Componenti di attrito per uso generale, trasmissione a temperatura ambiente |
| C93700 | Bronzo allo stagno ad alto tenore di piombo | ≈70% | HB ≈75 | Eccellente incorporabilità, forti proprietà antigrippaggio | Applicazioni ad alta velocità e con carichi pesanti, ambienti con elevata presenza di polvere |
| C90300 | Bronzo allo stagno senza piombo | 50% | HB 80~100 | Privo di piombo ed ecologico, buona resistenza alla corrosione | Lavorazione degli alimenti, esposizione all'acqua di mare e scenari di protezione ambientale |
| C95400 | Alluminio Bronzo | 25% | HB 150~200 | Ad alta resistenza, resistente all'acqua di mare, resistente agli urti | Navi marine, macchinari pesanti e condizioni operative offshore |
| C95500 | Bronzo ad alto tenore di ferro e alluminio | ≈22% | HB 190 | Alta durezza, resistenza all'usura e agli urti | Coppie di attrito ad alta sollecitazione, componenti di laminatoio |
| C95800 | Bronzo nichel-alluminio | 20% | HB 170~210 | Ultra resistente alla corrosione, resistente alla corrosione da stress | Ambienti marini profondi, energia nucleare e condizioni altamente corrosive |
| C51000 | Bronzo fosforoso | 55% | HB 90~120 | Elevata elasticità, conduttivo, dimensionalmente stabile | Molle elettroniche, connettori di precisione |
| C54400 | Bronzo fosforoso al piombo | 70% | HB 90~120 | Facile lavorabilità, eccellenti proprietà di riduzione dell'attrito | Cuscinetti scorrevoli di precisione, contatti elettrici scorrevoli |
| C17200 | Bronzo berillio | 20% | HRC 35~42 | Altissima resistenza, elevata elasticità, resistenza all'usura | Aerospaziale, stampi e matrici, componenti di precisione di alto livello |
| C65500 | Bronzo al silicio | 30% | Durezza media | Resistente alla corrosione, buona saldabilità, finitura superficiale liscia | Ferramenta per l'architettura, elementi di fissaggio per la nautica |
| Materiale | Velocità di taglio Vc (m/min) | Velocità di avanzamento (mm/fz) | Profondità di taglio in sgrossatura (mm) | Profondità di taglio di finitura (mm) |
| Bronzo allo stagno | 180-280 | 0.08-0.15 | 0.5-2 | 0.05-0.2 |
| Bronzo all'alluminio | 120-180 | 0.06-0.12 | 0.5-1.5 | 0.05-0.15 |
| Bronzo al fosforo | 160-240 | 0.07-0.14 | 0.4-1.2 | 0.05-0.15 |
| Bronzo al berillio | 100-160 | 0.05-0.10 | 0.3-1.0 | 0.03-0.10 |
| Bronzo al silicio | 130-200 | 0.06-0.12 | 0.4-1.2 | 0.05-0.15 |
| Materiale | Caratteristica | Taglio | Coltelli | Adattamenti |
| Bronzo allo stagno | Facile da tagliare, ma incline all'incollaggio dell'utensile e all'impigliamento dei trucioli; il controllo del nucleo si concentra sull'incollaggio dell'utensile e sulla rimozione dei trucioli. | L'alta velocità, l'avanzamento medio e il raffreddamento adeguato impediscono l'incollaggio dell'utensile e la formazione di bordi. | Con rompitruciolo e taglienti lucidati; preferibilmente in carburo cementato a grana ultrafine, rivestimento TiN opzionale; angolo di spoglia positivo 6°-12°, ampio angolo di spoglia 8°-15°; frese con rompitruciolo, utensili di tornitura con taglienti arrotondati. | Adatto per parti resistenti all'usura; Ra fino a 0,4-1,6μm. |
| Bronzo all'alluminio | L'elevata durezza e la forte resistenza all'abrasione riducono l'usura dell'utensile. | Velocità di taglio ridotta, raffreddamento ad alta pressione e ad alta portata, controllo delle vibrazioni per evitare scheggiature. | Rivestimento in carburo cementato; preferibilmente rivestimento TiAlN, materiale in carburo cementato a grana ultrafine; angolo di spoglia positivo 6°-12°, ampio angolo di spoglia 8°-15°, tagliente lucidato, frese con rompitruciolo, utensili di tornitura con taglienti arrotondati. | Adatta per parti ad alta resistenza e antiusura. |
| Bronzo al fosforo | Altamente flessibile, incline all'aggrovigliamento dei trucioli e con una superficie facilmente graffiabile; il controllo dei trucioli e la protezione della superficie sono caratteristiche fondamentali. | Raffreddamento ad alta pressione, velocità di avanzamento adeguatamente aumentata, forza di taglio ridotta per evitare deformazioni e parametri ottimizzati per evitare l'impigliamento dei trucioli. | Utensili con rompitruciolo e angolo di spoglia positivo; preferibilmente in carburo cementato a grana ultrafine, rivestimento TiN opzionale; angolo di spoglia positivo 6°-12°, angolo di spoglia ampio 8°-15°; maschi a spirale/frese per filettature, punte interne per fori profondi. | Adatto per parti elastiche di precisione. |
| Bronzo al berillio | Durezza estremamente elevata, difficile da lavorare, polvere tossica; le principali caratteristiche di sicurezza includono il controllo dell'usura e la prevenzione della deformazione. | La materia prima viene lavorata in uno stato morbido dopo la ricottura; dopo l'invecchiamento è necessaria una lavorazione minima. Il raffreddamento ermetico e l'aspirazione delle polveri garantiscono la sicurezza. | Utensili da taglio con rivestimento diamantato; materiale in carburo cementato a grana finissima; angolo di spoglia positivo di 6°-12°, ampio angolo di spoglia di 8°-15°; maschi/frese a spirale per filettature, punte con refrigerante interno per fori profondi. | Adatto per pezzi di alta precisione, tolleranza ±0,01-0,03 mm. |
| Bronzo al silicio | Contiene punte dure di silicio, soggette a scheggiature e irruvidimenti superficiali; il potenziamento del nucleo migliora la rigidità dell'utensile e la stabilità di taglio. | Attrezzatura ad alta rigidità, ampio raffreddamento a base di olio, lucidatura post-lavorazione. | Utensili con taglienti affilati e lucidati; rivestimento preferenziale in TiAlN, materiale in carburo cementato a grana ultrafine; angolo di spoglia positivo di 6°-12°, ampio angolo di spoglia di 8°-15°; punte raffreddate internamente per fori profondi. | Adatto alla lavorazione di componenti strutturali. |
Lavorazione CNC di ingranaggi a vite senza fine in bronzo
Lavorazione CNC di parti in bronzo
Lavorazione CNC di ingranaggi a vite senza fine in bronzo
Lavorazione CNC di parti in bronzo
R: I refrigeranti fortemente alcalini possono causare la corrosione e lo scolorimento del bronzo, compromettendo la qualità della superficie e la precisione di lavorazione dei pezzi. Pertanto, il loro uso è severamente vietato durante tutto il processo di lavorazione. È preferibile utilizzare fluidi da taglio a base di olio.
R: La soluzione principale è rappresentata da due punti: primo, ottimizzare i parametri di taglio; secondo, utilizzare utensili con rompitruciolo. Allo stesso tempo, è necessario dare priorità alla fresatura in salita per migliorare l'efficienza di rimozione dei trucioli e ridurne l'aggrovigliamento.
R: La lavorazione del bronzo berillio produce polveri tossiche. Il taglio a secco è severamente vietato. È necessario un sistema chiuso di raffreddamento e di estrazione delle polveri e gli operatori devono indossare adeguate precauzioni di sicurezza. Inoltre, il grezzo deve essere ricotto fino a diventare morbido prima della lavorazione e, dopo il trattamento di invecchiamento, il volume di lavorazione deve essere ridotto al minimo.
R: Per il bronzo all'alluminio e il bronzo al silicio, è preferibile il rivestimento TiAlN; per il bronzo allo stagno e il bronzo al fosforo, il rivestimento TiN è opzionale; per il bronzo al berillio, è necessario il rivestimento diamantato, tutti combinati con carburo cementato a grana ultrafine.
R: Ridurre la forza di serraggio, utilizzare un supporto a più punti e impiegare processi di taglio a strati. Controllare rigorosamente il calore di taglio per evitare la deformazione delle parti a parete sottile a causa delle sollecitazioni e del calore.
R: Il trattamento di invecchiamento è una fase obbligatoria nella lavorazione del bronzo al berillio. Per gli altri quattro bronzi (bronzo allo stagno, bronzo all'alluminio, bronzo al fosforo e bronzo al silicio), la fase appropriata può essere scelta in base ai requisiti di lavorazione. Dopo il trattamento di invecchiamento, la quantità di lavorazione deve essere ridotta al minimo.
