Maquinação CNC de bronze: Principais propriedades, usos industriais e melhores práticas

As principais propriedades do bronze convencem as operações de maquinagem CNC a escolhê-lo para a produção, uma vez que apresenta caraterísticas mecânicas excepcionais, uma excelente imunidade à corrosão e uma condução térmica superior. O bronze supera o aço ou o aço inoxidável na maquinagem CNC devido à sua excelente resistência ao desgaste e ao baixo atrito. O bronze é ideal para o fabrico de rolamentos, casquilhos e engrenagens na maquinagem CNC. A seleção do material para o bronze deve basear-se nas necessidades de desempenho, uma vez que as diferentes composições de ligas apresentam propriedades de resistência, caraterísticas de maquinagem e resistência à corrosão variáveis. Esta análise explora as ligas de bronze utilizadas no fabrico CNC, analisando as suas aplicações industriais, exigências de processamento e princípios de seleção de materiais. A discussão irá comparar o bronze e outros materiais durante os procedimentos CNC.

As melhores ligas de bronze para maquinagem CNC: Classes e aplicações

A maquinagem CNC utiliza extensivamente o bronze porque o material demonstra propriedades mecânicas superiores, elevada resistência à corrosão e condutividade térmica eficaz. De seguida, apresentam-se as ligas de bronze disponíveis que os operadores de maquinagem CNC podem utilizar no seu trabalho.

Bronze para rolamentos C932 (SAE 660)

O material preferido nas aplicações de maquinagem CNC é o bronze para rolamentos C932 com a designação SAE 660. Este metal tem um desempenho excelente em situações exigentes devido à sua grande resistência ao desgaste. O material apresenta uma excelente maquinabilidade, pois permite um processamento eficiente através de operações de corte. O material apresenta propriedades anti-fricção, que diminuem o desgaste dos componentes e prolongam a sua vida útil. As suas excelentes propriedades fazem do bronze C932 uma seleção fiável para vários sistemas mecânicos.

Devido à sua ampla utilização, o bronze C932 domina a produção de buchas e anéis de pressão, engrenagens, rolamentos e componentes de válvulas. O material apresenta o melhor desempenho em condições de carga elevada, e a sua resistência ao desgaste adapta-se a estas aplicações específicas. O bronze C932 apresenta propriedades antifricção — em grande parte proporcionadas pela sua composição nominal com 7% de chumbo (Pb), que atua como um lubrificante sólido incorporado —, o que significa que as aplicações em rolamentos e buchas requerem menos manutenção ^[1]. Graças às suas características antifricção, o bronze C932 permite um funcionamento suave das engrenagens. Este material apresenta um desempenho fiável em componentes de válvulas quando utilizado em condições operacionais exigentes.

A maquinagem do bronze C932 apresenta alguns desafios. Quando o bronze C932 é maquinado, gera aparas longas e fibrosas que reduzem a eficiência da produção. Para conseguir um controlo supremo das aparas durante as operações de maquinagem, os maquinistas têm de utilizar ferramentas afiadas e um controlo de velocidade adequado. As práticas de seleção de ferramentas e definições de parâmetros protegem as aparas acumuladas, mantendo a estabilidade operacional. Quando é necessária durabilidade, capacidade de carga pesada e resistência duradoura ao desgaste, as aplicações devem utilizar o bronze C932.

Bronze de alumínio C954

A fabricação por CNC aproveita as propriedades de resistência e durabilidade do bronze de alumínio C954. Este material é capaz de suportar cargas pesadas e ser utilizado em aplicações exigentes, uma vez que foi concebido para atingir uma resistência à tração mínima robusta de 85 000 psi (586 MPa) ^[2]. Este material apresenta um desempenho eficaz em condições de funcionamento adversas, graças às suas propriedades superiores de resistência à corrosão. A liga apresenta excelentes propriedades de resistência ao desgaste, o que aumenta a vida útil das peças das máquinas. Devido às suas propriedades benéficas, o bronze de alumínio C954 é a escolha ideal para aplicações industriais exigentes.

O material tem uma vasta utilização industrial em componentes marítimos, veios de bombas, placas de desgaste e rolamentos para trabalhos pesados. O bronze de alumínio C954 mantém a fiabilidade a longo prazo em ambientes marítimos porque oferece proteção contra a corrosão da água salgada. O funcionamento contínuo dos veios das bombas depende da mistura de caraterísticas de resistência e durabilidade do bronze de alumínio C954. As adições de bronze de alumínio C954 formam placas de desgaste duráveis que resistem à erosão e aos efeitos de fricção. Estes rolamentos implementam bronze de alumínio porque lhes permitem funcionar sob cargas pesadas, proporcionando um desempenho estável.

A maquinagem do bronze de alumínio C954 apresenta desafios devido à sua elevada resistência mecânica. A investigação sobre a fresagem de alta velocidade do bronze de alumínio indica que o processo gera temperaturas elevadas na interface entre a ferramenta e a limalha, o que exige o uso de ferramentas de carboneto e parâmetros controlados para evitar o desgaste rápido dos flancos e garantir um acabamento superficial de alta qualidade ^[3]. As forças de corte exigem ferramentas de metal duro para uma manutenção de precisão durante o funcionamento. É obrigatório utilizar uma velocidade de corte mais baixa para minimizar o desgaste da ferramenta e os efeitos do aquecimento. A vida útil da ferramenta aumenta significativamente através da implementação adequada da maquinação, o que conduz à eficiência operacional. O material revela-se ideal para aplicações que exigem desempenho em termos de resistência e resistência à corrosão, especialmente quando exposto à água do mar e a ambientes adversos.

C260 Cartucho de latão (liga de latão e bronze)

O latão C260 Cartridge Brass apresenta excelentes propriedades como liga de latão-bronze através da sua ductilidade robusta, resistência à corrosão e maquinabilidade superior. O carácter de ductilidade desta liga permite criar várias formas sem causar fracturas. Devido às suas fortes propriedades, o latão para cartuchos C260 funciona eficazmente em situações que requerem resistência à corrosão. O material processa-se eficazmente durante as operações CNC graças à sua excelente capacidade de maquinagem. A combinação paralela de propriedades úteis do material faz do latão C260 uma excelente opção para utilização prática e ornamental.

Esta liga caracteriza-se pela correlação entre a força e a resistência à corrosão. Potencia numerosos conectores, fixadores, terminais eléctricos e aplicações de acessórios decorativos. As aplicações eléctricas beneficiam do latão C260 porque este material apresenta um desempenho de topo a par da resistência à corrosão e de uma forte condutividade eléctrica. Os fixadores fabricados com este material têm níveis de resistência elevados e uma mecânica de instalação fácil. Os acessórios decorativos utilizam a sua boa aparência e capacidade de resistir ao impacto ambiental. O material destaca-se por corresponder a requisitos de durabilidade e visuais, permitindo que muitas indústrias o utilizem.

A maquinação de latão C260 expõe os operadores à dificuldade de gerar rebarbas como um problema de processamento proeminente. Taxas de avanço adequadas combinadas com ferramentas afiadas são os principais métodos para evitar a formação de rebarbas durante o processamento. O controlo dos parâmetros de corte conduz a arestas acabadas sem rebarbas, o que diminui os requisitos de trabalho pós-acabamento. A liga continua a ser largamente selecionada para aplicações que requerem durabilidade e aspeto visual.

Bronze fosforoso C510

O bronze fosforoso C510 é uma liga elástica forte normalmente utilizada para operações de maquinagem CNC. O material apresenta uma excelente resistência à fadiga porque pode suportar vários ciclos de tensão sem quebrar. O bronze fosforoso C510 apresenta excelentes propriedades de elasticidade, uma vez que proporciona um desempenho de resistência e um comportamento flexível. De acordo com as propriedades da sua composição, esta liga apresenta capacidades moderadas de resistência ao desgaste, o que permite aos fabricantes manter uma maior longevidade das peças. Os processos industriais escolhem o bronze fosforoso C510 devido às suas propriedades vantajosas.

O bronze fosforoso C510 (comercialmente conhecido como Ramstejn G15) é um material popular para a produção de contactos eléctricos, molas, casquilhos e fixadores. Os contactos eléctricos beneficiam do bronze fosforoso C510 porque este resiste à corrosão e mantém uma condutividade eléctrica fiável. O funcionamento contínuo não afecta as capacidades elásticas das molas de bronze C510. A suavidade do funcionamento resulta da qualidade resistente ao desgaste do bronze fosforoso C510. Os fixadores fabricados com este material oferecem durabilidade com aplicação flexível em ambientes exigentes de alto desempenho. As ferramentas de metal duro afiadas, juntamente com a gestão do líquido de refrigeração, permitem a maquinação desta liga porque impedem o endurecimento por trabalho e prolongam a vida útil da ferramenta através do controlo do calor. O bronze C510 cumpre os requisitos para peças elásticas e resistentes ao desgaste porque aceita técnicas de maquinagem adequadas que proporcionam uma elevada eficiência e precisão.

Comparação de materiais de bronze

A gama de propriedades especiais entre os materiais de bronze cria condições adequadas para diferentes requisitos de maquinagem CNC. O nível de resistência do bronze para chumaceiras C932 situa-se entre médio e elevado, enquanto a sua resistência ao desgaste permanece muito forte, o que lhe permite funcionar bem em chumaceiras e engrenagens. O material preserva uma resistência média à corrosão e é eficaz em termos de maquinabilidade, o que aumenta a eficiência do processamento. As suas propriedades ideais permitem que o material ofereça uma durabilidade prolongada e um funcionamento estável controlado por fricção. O material conhecido como bronze-alumínio C954 possui uma força e resistência ao desgaste superiores. O material demonstra uma resistência superior à corrosão, particularmente quando utilizado em aplicações relacionadas com o mar. As cargas pesadas requerem materiais de excecional resistência ao desgaste que permitam a sua utilização eficaz como veios de bombas, componentes marítimos e rolamentos para trabalhos pesados. Requer ferramentas de metal duro e velocidades de corte controladas para manter o desempenho, uma vez que a sua maquinabilidade se situa entre moderada e baixa.

O latão C260 Cartridge oferece mais vantagens do que o bronze fosforoso C510. O latão C260 funciona melhor como fixador e acessório decorativo porque tem baixa resistência ao desgaste e à tração, capacidades de maquinagem excepcionais e proteção contra a corrosão. A combinação de propriedades razoáveis de resistência e desgaste no C510 Phosphor Bronze permite a produção de componentes com elevada resistência à corrosão. As molas e os casquilhos requerem este material porque proporciona uma combinação excelente e bem sucedida de resistência, durabilidade e flexibilidade. A maquinagem do bronze C510 requer ferramentas afiadas e líquido de refrigeração para parar os efeitos de endurecimento do trabalho. Estes materiais possuem atributos únicos que os levaram a ser selecionados para utilizações específicas porque oferecem diferentes níveis de resistência, resistência ao desgaste e propriedades de maquinagem.

Fluxo do processo de maquinagem CNC para materiais de bronze

O processo de maquinagem CNC começa com a seleção de materiais de bronze adequados para fins de produção. A seleção do metal bronze resulta da necessidade de força combinada com qualidades de resistência ao desgaste e à corrosão. Cada tipo de produto de bronze tem especificações únicas que orientam o seu campo de aplicação adequado. A funcionalidade e a durabilidade dos componentes ficam asseguradas quando a seleção do material é utilizada como uma etapa crítica no processo de conceção. O processo de seleção do material está concluído antes do início da preparação da peça de trabalho. A máquina CNC aceita a peça de bronze com as dimensões necessárias, que é devidamente fixada ao seu hardware. A peça de trabalho necessita de métodos de montagem adequados, uma vez que qualquer movimento durante as operações de maquinação pode introduzir defeitos ou imprecisões. A qualidade da estabilidade ao longo deste período estabelece a precisão e a estabilidade das operações de fabrico.

Em maquinagem CNC de precisão, A escolha das ferramentas a par das operações de maquinagem é fundamental para garantir precisão e eficiência. São necessárias ferramentas fabricadas em metal duro ou com revestimentos para obter resultados eficazes ao trabalhar com bronze, um material duro e resistente. As especificações do componente determinam quais os procedimentos de maquinagem que serão realizados a partir de um conjunto, incluindo virando, fresagem, perfuração e roscagem. A aplicação de líquido de arrefecimento tem dois objetivos: reduz a acumulação de calor e ajuda a impedir o desgaste da ferramenta, o que resulta numa melhor qualidade da superfície durante o processo. Após os processos de fabrico, outras operações removem as rebarbas e as arestas vivas resultantes da maquinagem, através de procedimentos com ferramentas ou de tamboragem. A segurança geral, aliada à funcionalidade, é reforçada durante esta fase de fabrico. As inspeções técnicas e procedimentos de controlo de qualidade verificar se cada peça maquinada cumpre os critérios de tolerância e dimensões exigidos. As medições dimensionais confirmam que os componentes cumprem os requisitos para entrar em utilização final, garantindo assim a sua funcionalidade e fiabilidade.

Comparação entre o bronze e outros metais na maquinagem CNC

As propriedades mecânicas moderadas do bronze permitem-lhe destacar-se em tarefas de maquinagem CNC, uma vez que equilibra a dureza com a proteção contra o desgaste e é resistente à corrosão. O material situa-se no meio da gama de dureza, mantendo boas capacidades de processamento através das suas propriedades de maquinagem eficientes. O bronze proporciona a máxima durabilidade através da sua excelente resistência ao desgaste, o que permite uma utilização eficaz em componentes de rolamentos, casquilhos e engrenagens. A elevada capacidade de resistência à corrosão do material de bronze adequa-se melhor aos componentes que necessitam de proteção contra a humidade e a exposição a produtos químicos em ambientes marinhos e industriais.

Embora o aço com baixo teor de carbono ofereça uma excelente maquinabilidade devido à sua suavidade e excelente capacidade de corte e conformação, este material apresenta uma fraca resistência ao desgaste e uma fraca capacidade de resistência à corrosão, o que impede a sua utilização em aplicações exigentes que operam em condições corrosivas. As caraterísticas materiais do aço inoxidável assemelham-se às do bronze, uma vez que apresenta elevada dureza e excelente resistência ao desgaste. O material apresenta uma resistência de alto nível contra a corrosão e, por isso, adequa-se a aplicações que incluem equipamento médico, processamento de alimentos e construção de estruturas. A capacidade moderada do aço inoxidável para sofrer operações de maquinagem exige um esforço de corte adicional em comparação com o bronze e o alumínio.

O alumínio é um metal leve que pode ser maquinado sem dificuldade, uma vez que apresenta baixa dureza e boa maquinabilidade. No entanto, a sua capacidade de resistir ao desgaste continua a ser limitada, uma vez que o alumínio tem um desempenho insatisfatório sob cargas pesadas e atrito. O material apresenta boa resistência à corrosão, mantendo-se adequado para fabrico de aviões, fabrico de peças automóveise aplicações de elementos eletrónicos. A combinação de durabilidade, facilidade de usinagem e resistência à corrosão torna o bronze uma excelente escolha para aplicações de usinagem CNC.

Tolerâncias de maquinagem para perfis de bronze

As tolerâncias permitidas no fabrico de peças de bronze padrão situam-se entre 0,002 e 0,005 polegadas, dependendo da complexidade do componente e dos métodos de maquinagem. As peças simples podem admitir variações aceitáveis maiores, mas os projetos complexos requerem uma maquinagem precisa. As buchas e engrenagens de bronze utilizadas em instalações de alta precisão exigem tolerâncias de fabrico inferiores a ±0,001″, enquanto ±0,0005″ continua a ser essencial para um funcionamento suave e um encaixe adequado. Os requisitos dimensionais rigorosos para produtos de bronze exigem normalmente medidas suplementares operações de acabamento, que incluem o afiamento ou o lapidação.

A obtenção de tolerâncias apertadas na maquinação CNC de bronze depende de factores críticos. O desgaste normal das ferramentas afecta a precisão, pelo que os operadores têm de implementar procedimentos de manutenção contínua das ferramentas. A maquinabilidade e a estabilidade dimensional das ligas de bronze dependem dos seus níveis de dureza do material. A velocidade de maquinação influencia a extensão das alterações dimensionais que a expansão térmica provoca no material. A combinação da utilização adequada do líquido de refrigeração e de processos controlados permite aos operadores obter resultados consistentes com níveis de tolerância precisos em peças de bronze.

Conclusão

O valor dos materiais de bronze na maquinagem CNC depende da sua combinação de excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e maquinabilidade média. O conhecimento das caraterísticas das ligas de bronze, das aplicações e dos obstáculos à maquinação permite às empresas escolher corretamente os materiais e configurar adequadamente operações de maquinação optimizadas. A seleção do material de bronze supera o aço para maquinação CNC e o aço inoxidável CNC em aplicações específicas que necessitem de durabilidade e resistência à corrosão.

Sugestões: Saiba mais sobre os outros processos de maquinagem de metais

Referência

[1] ASTM International. (2022). ASTM B505/B505M-22 Especificação-padrão para peças fundidas em contínuo de ligas de cobre. https://www.astm.org/b0505_b0505m-22.html

[2] ASTM International. (2019). ASTM B150/B150M-19 Especificação-padrão para varões, barras e perfis de bronze de alumínio. https://www.astm.org/b0150_b0150m-19.html

[3] Abou-El-Hossein, K. A., & Yahya, Z. (2005). Desgaste da ferramenta e acabamento superficial na fresagem a alta velocidade de bronze de alumínio. Ciência e Tecnologia da Maquinagem, 9(2), 225-240. https://doi.org/10.1081/MST-100107846