Como uma liga metálica não ferrosa com uma história longa e marcante, o bronze ocupa uma posição insubstituível no campo da maquinação de precisão CNC moderna. Destacando-se pela sua excecional resistência ao desgaste, resistência à corrosão e condutividade elétrica, é amplamente utilizado numa vasta gama de aplicações de fabrico de alto desempenho. Com base nos diferentes elementos de liga, o bronze pode ser classificado nas cinco séries principais seguintes:
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 83–92% de Cu, 7–12% de Sn e 4–8% de Pb; apresenta uma dureza Brinell (HB) de 65–90 e uma resistência à tracção de 310–415 MPa. Possui excelentes propriedades autolubrificantes e resistência ao engripamento, e a sua maquinabilidade via CNC atinge os 70%, permitindo o corte a velocidades médias a altas com um desgaste mínimo da ferramenta. Entre as suas desvantagens estão a baixa resistência a altas temperaturas; além disso, o seu teor em chumbo não cumpre as normas ambientais, tornando-o inadequado para aplicações que envolvam alimentos ou água potável.
Aplicações: Adequado para diversos componentes de transmissão por fricção de uso geral, tais como rolamentos, buchas, engrenagens sem-fim, corrediças e blocos de válvulas hidráulicas.
Caraterísticas: Com um teor de chumbo que varia entre 10% a 14% — superior ao da liga C93200 —, esta liga apresenta uma dureza Brinell de aproximadamente HB 75 e uma excelente ductilidade. A sua principal vantagem reside na excepcional capacidade de incorporação de partículas, permitindo acomodar elementos estranhos, como poeiras e impurezas, presentes durante a operação; isto evita eficazmente riscos no par de atrito, resultando num desempenho superior de resistência ao engripamento em comparação com a C93200. A sua maquinabilidade em CNC é comparável à da C93200 (aproximadamente 70%); os aparas gerados são finos e de fácil remoção, sendo o material ideal para processos de corte a alta velocidade, sem necessidade de sistemas de refrigeração especializados.
Aplicações: Utilizado principalmente em rolamentos de alta velocidade e carga pesada, munhões de turbinas a vapor, componentes de atrito em maquinaria de mineração e componentes de transmissão que operam em ambientes com elevada concentração de poeira.
Caraterísticas: Com um teor de chumbo de ≤0,2%, este material classifica-se como uma liga ecológica e isenta de chumbo. Apresenta uma dureza Brinell entre HB 80 e 100 e uma resistência à tracção de 400 a 500 MPa; demonstra uma excelente resistência à corrosão por água do mar e ácidos fracos, e a sua resistência global representa uma melhoria significativa em relação aos bronzes de estanho com chumbo. No entanto, a sua maquinabilidade em CNC é reduzida a 50%; durante o corte, os aparas tendem a ser compridos e a aderir à ferramenta. Consequentemente, a maquinação exige a utilização de ferramentas de metal duro afiadas e de um sistema de refrigeração de alta pressão para otimizar a quebra dos aparas; o corte a seco é estritamente proibido.
Aplicações: Adequado para componentes resistentes ao desgaste em máquinas para a indústria alimentar, tubagens marítimas de água do mar, engrenagens sem-fim para serviços pesados e diversas peças estruturais de precisão ecológicas.
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 81–86% de Cu, 9–11% de Al, 2–4% de Fe e 1–3% de Ni. Apresenta uma dureza Brinell (HB) de 150–200 e uma resistência à tracção de 550–690 MPa; as suas propriedades mecânicas gerais superam significativamente as do bronze ao estanho. Demonstra uma excelente resistência à corrosão por água do mar, ácidos fracos e névoa salina, bem como uma resistência superior ao desgaste e ao impacto, permitindo suportar cargas elevadas e tensões alternadas; no entanto, é suscetível de encruamento durante o processamento. A sua maquinabilidade em CNC está classificada em apenas 20–30%, caracterizando-se por elevadas forças de corte e rápido desgaste da ferramenta. O corte a seco é estritamente proibido; as operações de maquinação requerem baixas rotações do fuso, pequenas profundidades de corte e técnicas de fresagem concordante, utilizando refrigeração a alta pressão através da ferramenta.
Aplicações: Amplamente utilizado em hélices marítimas, corpos de bombas de água do mar, válvulas, engrenagens para serviços pesados, cames e componentes estruturais resistentes ao desgaste para maquinaria de mineração.
Caraterísticas: Com um teor de alumínio de 11–13% e de ferro de 3–5%, esta liga apresenta um grau de endurecimento mais elevado e dureza Brinell ≥190. A sua resistência ao desgaste e ao impacto é superior à da liga C95400; no entanto, os efeitos do encruamento são significativamente mais acentuados. A sua maquinabilidade em CNC é ligeiramente inferior (≈22%) e o corte apresenta maior dificuldade, exigindo a utilização de ferramentas de metal duro revestido de elevada dureza. Além disso, é necessário reduzir as velocidades de corte, aumentar a frequência de substituição das ferramentas, reforçar as medidas de refrigeração e remoção de aparas, e evitar cortes repetidos na mesma zona.
Aplicações: Adequado para corrediças de laminadores, rolamentos de empuxo, engrenagens sem-fim para serviços pesados e vários componentes de pares de atrito sujeitos a elevadas tensões.
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 80–85% de Cu, 8–10% de Al, 4–6% de Ni e 3–5% de Fe. Apresenta uma dureza Brinell (HB) entre 170 e 210 e uma resistência à tracção ≥620 MPa, demonstrando uma resistência de alto nível à corrosão sob tensão. Exibe uma excelente resistência à corrosão em água do mar e ambientes ricos em cloretos, sendo ideal para aplicações em águas profundas e ambientes de processamento químico altamente corrosivos; no entanto, a sua elevada dureza resulta numa elevada abrasividade. A sua maquinabilidade em CNC está avaliada em apenas 20%, o que reduz a vida útil das ferramentas. Consequentemente, os parâmetros de corte devem ser rigorosamente controlados, utilizando baixas velocidades de corte, pequenas profundidades de corte e estratégias de fresagem concordante. Além disso, devem ser empregues sistemas de refrigeração interna de alta pressão, sendo necessário selecionar ferramentas de metal duro com revestimento resistente ao desgaste, substituindo-as prontamente assim que perdem o corte.
Aplicações: Utilizado principalmente em hélices para águas profundas, equipamentos de dessalinização de água do mar, bombas e válvulas para centrais nucleares e componentes de precisão resistentes à corrosão para a indústria química.
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 94–96% de Cu, 6–7% de Sn e 0,1–0,25% de P, sendo que o fósforo atua tanto como desoxidante como agente de endurecimento. O material apresenta uma dureza Brinell (HB) de 90–120 e uma resistência à tracção de 400–500 MPa; além disso, exibe excelentes limites de elasticidade e propriedades de fadiga, condutividade elétrica e térmica estáveis, boa resistência à corrosão e características superiores de conformação a frio e a quente. Embora a precisão dimensional seja facilmente mantida, o material é suscetível ao encruamento durante o processamento. A sua classificação de maquinabilidade CNC é de 55%; como tende a produzir aparas longas que aderem facilmente às ferramentas de corte, o uso de ferramentas bem afiadas é essencial. As operações de maquinação devem contar com um fluxo abundante de fluido de corte a alta pressão e utilizar a estratégia de fresagem concordante, com um controlo rigoroso da velocidade de corte e do avanço para evitar o agravamento do encruamento.
Aplicações: Adequado para a maquinação CNC de molas, grampos de mola, conectores eletrónicos, contactos de relés, componentes estruturais de precisão para instrumentação e vários tipos de terminais.
Caraterísticas: A adição de 3% a 4% de chumbo à liga base C51000 reduz ligeiramente as propriedades mecânicas — especificamente, a elasticidade diminui de forma marginal —, mas melhora significativamente o desempenho antifricção. A maquinabilidade em CNC é substancialmente melhorada, atingindo os 70%; durante o corte, os aparas fragmentam-se facilmente e são evacuados de forma fluida, eliminando a necessidade de controlos de processo complexos. Este material é ideal para operações de fresagem e roscagem de precisão em estruturas complexas; os métodos de refrigeração convencionais cumprem os requisitos de processamento, e o desgaste da ferramenta permanece mínimo.
Aplicações: Utilizado principalmente em rolamentos deslizantes de precisão, contactos deslizantes elétricos e diversos componentes compostos elásticos resistentes ao desgaste.
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 97–98% de Cu, 1,8–2,0% de Be e 0,2–0,6% de Co. As suas propriedades mecânicas variam significativamente consoante o método de processamento; no estado solubilizado, apresenta baixa dureza e excelente maquinabilidade. Após o tratamento de envelhecimento, a sua resistência à tracção pode atingir 1030–1380 MPa, com uma dureza Rockwell de HRC 35–42. As suas principais vantagens residem no limite elástico, na resistência à fadiga e na resistência ao desgaste — características que a colocam na vanguarda das ligas de cobre —, ao mesmo tempo que apresenta uma excelente resistência à corrosão, condutividade elétrica e propriedades não magnéticas. No entanto, a sua maquinabilidade em CNC é avaliada em apenas 15–25%; devido à sua dureza extremamente elevada após o envelhecimento, o material provoca um desgaste severo nas ferramentas e é propenso ao lascamento das mesmas. Consequentemente, exige-se uma sequência de processamento específica: "primeiro a solubilização, seguida da maquinação e, finalmente, o envelhecimento". Durante a etapa de maquinação — realizada após a solubilização (têmpera em água a 790–820°C) ter amolecido o material —, é necessário empregar baixas velocidades de corte, pequenas profundidades de corte e técnicas de refrigeração interna de alta pressão, utilizando ferramentas de metal duro revestido para evitar o corte a seco e múltiplas passagens de corte.
Aplicações: Adequado para molas de precisão para a indústria aeroespacial, componentes de sensores, insertos para moldes de alta qualidade, sondas médicas e ferramentas à prova de explosão.
Caraterísticas: A sua composição química é constituída por 96% de Cu e 2–4% de Si, com pequenas adições de Mn e Zn. As suas propriedades mecânicas são moderadas, apresentando uma resistência à tracção e dureza moderadas, bem como uma boa ductilidade. Os seus principais pontos fortes residem na excelente soldabilidade e resistência à corrosão, bem como no acabamento superficial excecional obtido após a maquinação CNC. A sua classificação de maquinabilidade é de aproximadamente 30%; durante o corte, gera aparas longas, exigindo estratégias de refrigeração e quebra de aparas otimizadas, a utilização de ferramentas de corte afiadas e um controlo rigoroso das velocidades de corte para evitar a aderência do material à ferramenta.
Aplicações: Utilizado principalmente em ferragens para arquitetura, fixadores marítimos, terminais elétricos e peças decorativas de precisão.
| Grau | Material | Índice de usinabilidade | Dureza | Vantagens | Aplicações |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | Bronze de estanho com elevado teor de chumbo | 70% | HB 65~90 | Fácil usinabilidade, autolubrificante, baixo custo | Componentes de fricção de uso geral, transmissão à temperatura ambiente |
| C93700 | Bronze de estanho com elevado teor de chumbo | ≈70% | HB ≈75 | Excelente capacidade de penetração, fortes propriedades antiaderentes | Aplicações de alta velocidade e cargas pesadas, ambientes com elevado nível de poeira |
| C90300 | Bronze de estanho sem chumbo | 50% | HB 80–100 | Sem chumbo e ecológico, com boa resistência à corrosão | Processamento alimentar, exposição à água do mar e cenários de proteção ambiental |
| C95400 | Bronze de alumínio | 25% | HB 150–200 | Alta resistência, resistente à água do mar, resistente ao impacto | Embarcações marítimas, maquinaria pesada e condições de operação em alto mar |
| C95500 | Bronze com elevado teor de ferro e alumínio | ≈22% | Projeto de Lei n.º 190 | Elevada dureza, resistente ao desgaste, resistente ao impacto | Par de atrito sujeito a elevadas tensões, componentes de laminadores |
| C95800 | Bronze de níquel-alumínio | 20% | HB 170–210 | Ultra-resistente à corrosão, resistente à corrosão sob tensão | Ambientes de águas profundas, energia nuclear e condições altamente corrosivas |
| C51000 | Bronze fosforoso | 55% | HB 90–120 | Alta elasticidade, condutor, dimensionalmente estável | Molas eletrónicas, conectores de precisão |
| C54400 | Bronze fosforoso com chumbo | 70% | HB 90–120 | Fácil usinabilidade, excelentes propriedades de redução do atrito | Rolamentos deslizantes de precisão, contactos elétricos deslizantes |
| C17200 | Bronze de berílio | 20% | HRC 35–42 | Ultra-alta resistência, alta elasticidade, resistente ao desgaste | Setor aeroespacial, moldes e matrizes, componentes de alta precisão |
| C65500 | Bronze de silício | 30% | Dureza média | Resistente à corrosão, boa soldabilidade, acabamento superficial liso | Ferragens para arquitetura, fixadores para a indústria naval |
| Material | Velocidade de corte Vc (m/min) | Velocidade de avanço (mm/fz) | Profundidade de corte no desbaste (mm) | Profundidade de corte de acabamento (mm) |
| Bronze com estanho | 180–280 | 0,08–0,15 | 0,5–2 | 0,05–0,2 |
| Bronze de alumínio | 120–180 | 0,06–0,12 | 0,5–1,5 | 0,05–0,15 |
| Bronze fosforoso | 160–240 | 0,07–0,14 | 0,4–1,2 | 0,05–0,15 |
| Bronze de berílio | 100–160 | 0,05–0,10 | 0,3–1,0 | 0,03–0,10 |
| Bronze de silício | 130–200 | 0,06–0,12 | 0,4–1,2 | 0,05–0,15 |
| Material | Característica | Corte | Facas | Adaptações |
| Bronze com estanho | Fácil de cortar, mas com tendência para a aderência da ferramenta e o emaranhamento das limalhas; o controlo do núcleo centra-se na aderência da ferramenta e na remoção das limalhas. | A alta velocidade, o avanço médio e a refrigeração adequada evitam que a ferramenta grude e a formação de rebarbas. | Possui quebra-cavacos e arestas de corte polidas; preferencialmente metal duro de grão ultrafino, com revestimento de TiN opcional; ângulo de saída positivo de 6° a 12° e ângulo de folga elevado de 8° a 15°; fresas de topo com quebra-cavacos e ferramentas de torneamento com arestas de corte arredondadas. | Adequado para peças resistentes ao desgaste; Ra até 0,4–1,6 μm. |
| Bronze de alumínio | A elevada dureza e a forte resistência à abrasão reduzem o desgaste da ferramenta principal. | A velocidade de corte reduzida, a refrigeração de alta pressão e alto caudal e o controlo de vibrações evitam a formação de lascas. | Revestimento de carboneto cimentado; de preferência, revestimento de TiAlN, material de carboneto cimentado de grão ultrafino; ângulo de inclinação positivo de 6°–12°, ângulo de desbaste amplo de 8°–15°, aresta de corte polida, fresas com quebra-cavacos, ferramentas de torneamento com arestas de corte arredondadas. | Adequado para peças de alta resistência e resistentes ao desgaste. |
| Bronze fosforoso | Superfície altamente flexível, propensa a emaranhamento de lascas e facilmente riscável; o controlo das lascas do núcleo e a proteção da superfície são características fundamentais. | Arrefecimento a alta pressão, aumento adequado da velocidade de avanço, redução da força de corte para evitar deformações e parâmetros otimizados para evitar o emaranhamento das limalhas. | Ferramentas com quebra-limalhas e ângulo de inclinação positivo; de preferência em metal duro de grão ultrafino, com revestimento TiN opcional; ângulo de inclinação positivo de 6° a 12°, ângulo de desvio amplo de 8° a 15°; machos de rosca com canal espiral e fresas de rosca para roscas, brocas com refrigeração interna para furos profundos. | Adequado para peças elásticas de precisão. |
| Bronze de berílio | Dureza extremamente elevada, difícil de maquinar, poeira tóxica; as principais características de segurança incluem o controlo do desgaste e a prevenção da deformação. | A matéria-prima é maquinada no estado maleável após o recozimento; após o envelhecimento, é necessária uma maquinação mínima. O sistema de refrigeração selado e a extração de poeiras garantem a segurança. | Ferramentas de corte revestidas a diamante; material de metal duro de grão ultrafino; ângulo de inclinação positivo de 6°–12°, ângulo de desvio amplo de 8°–15°; machos de rosca/fresas de rosca com canal espiral para roscas, brocas com refrigeração interna para furos profundos. | Adequado para peças de alta precisão, com tolerância de ±0,01–0,03 mm. |
| Bronze de silício | Contém pontos de silício endurecidos, propensos a lascar e a apresentar rugosidade superficial; o reforço do núcleo melhora a rigidez da ferramenta e a estabilidade de corte. | Equipamento de alta rigidez, refrigeração abundante à base de óleo, polimento pós-usinagem. | Ferramentas de corte afiadas e polidas; revestimento preferencial de TiAlN, material de metal duro de grão ultrafino; ângulo de inclinação positivo de 6°–12°, ângulo de desvio amplo de 8°–15°; brocas com refrigeração interna para furos profundos. | Adequado para a maquinação de componentes estruturais. |
Maquinação CNC de engrenagens helicoidais em bronze
Maquinação CNC de peças em bronze
Maquinação CNC de engrenagens helicoidais em bronze
Maquinação CNC de peças em bronze
R: Os líquidos de refrigeração fortemente alcalinos podem causar corrosão e descoloração do bronze, afetando a qualidade da superfície e a precisão de usinagem das peças. Por isso, a sua utilização é estritamente proibida ao longo de todo o processo de usinagem. Deve dar-se preferência à utilização de fluidos de corte à base de óleo.
R: A solução principal passa por dois aspetos: em primeiro lugar, otimizar os parâmetros de corte; em segundo lugar, utilizar ferramentas com quebra-cavacos. Ao mesmo tempo, dê prioridade à fresagem ascendente para melhorar a eficiência da remoção de cavacos e reduzir o emaranhamento dos mesmos.
R: A maquinagem do bronze de berílio produz poeiras tóxicas. O corte a seco é estritamente proibido. É necessário um sistema fechado de refrigeração e extração de poeiras, e os operadores devem tomar as precauções de segurança adequadas. Além disso, a peça em bruto deve ser recozida até atingir um estado macio antes da maquinagem e, após o tratamento de envelhecimento, o volume de maquinagem deve ser minimizado.
R: Para o bronze de alumínio e o bronze de silício, é preferível o revestimento de TiAlN; para o bronze de estanho e o bronze fosforoso, o revestimento de TiN é opcional; para o bronze de berílio, é necessário o revestimento de diamante, todos combinados com carboneto cimentado de grão ultrafino.
R: Reduza a força de fixação, utilize um suporte multiponto e recorra a processos de corte por camadas. Controle rigorosamente o calor gerado pelo corte para evitar a deformação de peças de paredes finas devido à tensão e ao calor.
R: O tratamento de envelhecimento é uma etapa obrigatória na maquinagem do bronze de berílio. No que diz respeito aos outros quatro materiais de bronze (bronze estanhado, bronze de alumínio, bronze fosforoso e bronze de silício), a etapa adequada pode ser selecionada com base nos requisitos de maquinagem. Após o tratamento de envelhecimento, a quantidade de maquinagem deve ser minimizada.
