En el ámbito de la Mecanizado CNC y la fabricación mecánica, el bronce es un material de ingeniería que no puede sustituirse fácilmente. Comparado con el acero al carbonoEl bronce ofrece ventajas únicas en cuanto a resistencia al desgaste, antigripado, propiedades deslizantes y estabilidad a largo plazo. Como resultado, se utiliza ampliamente en cojinetes, casquillos, engranajes helicoidales, componentes de bombas y válvulas, accesorios marinos y estructuras deslizantes de alta resistencia.
Este artículo se centra en el mecanizado del bronce y proporciona un análisis sistemático desde múltiples perspectivas de ingeniería, incluyendo estándares de materiales, propiedades mecánicas en cinco dimensiones, métodos de mecanizado, escenarios de aplicación, mecanismos de corrosión y estrategias de mantenimiento, ayudando a los lectores a obtener una comprensión global del bronce en aplicaciones de mecanizado.
¿Qué es el bronce? Definición técnica y naturaleza del material
Definición de bronce en ingeniería
En el contexto de la ingeniería, el término "bronce" suele referirse a las aleaciones a base de cobre. Los sistemas más comunes son:
- Estaño Bronce: Los grados típicos incluyen C90500, C90700 y C93200 (SAE 660, comúnmente conocido como bronce para rodamientos).
- Aluminio Bronce: Tales como C95400 y C95500 (alta resistencia y resistencia a la corrosión, ampliamente utilizado en ingeniería naval).
- Silicio Bronce: Como C65500 (resistencia equilibrada, resistencia a la corrosión y soldabilidad)
- Bronce fosforado: Como C51000 y C52100 (buena elasticidad y resistencia al desgaste, a menudo utilizados para chapas finas y componentes de muelles, pero también mecanizables).
Influencia de los elementos de aleación en el rendimiento
El bronce se compone de múltiples elementos de aleación, y los distintos elementos confieren a las diferentes calidades de bronce sus exclusivas ventajas de rendimiento.
- Estaño (Sn): Mejora la resistencia al desgaste y a la fatiga
- Aluminio (Al): Aumenta significativamente la fuerza y la resistencia a la corrosión
- Silicio (Si): Mejora las propiedades mecánicas generales y la soldabilidad
- Fósforo (P): Mejora la elasticidad y la resistencia a la fatiga
- Plomo (Pb): Mejora las propiedades antifricción y la maquinabilidad
Diferencias fundamentales entre el bronce y el cobre puro
En comparación con el cobre puro, el bronce sacrifica una pequeña cantidad de conductividad eléctrica y térmica a cambio de una mayor resistencia, un menor coeficiente de fricción y un comportamiento de servicio más estable. Esta es la razón fundamental por la que el bronce se utiliza ampliamente en aplicaciones mecánicas y de mecanizado.
Propiedades mecánicas del bronce (Comprensión a nivel de ingeniería)
Gamas de propiedades mecánicas comunes
| Propiedad | Gama típica (valores de bronce comunes) | Descripción |
|---|---|---|
| Densidad (ρ) | 7,4-8,9 g/cm³ | La mayoría de los bronces son ligeramente más ligeros que el acero o similares |
| Módulo elástico (E) | 95-125 GPa | Inferior al acero (~200 GPa), pero suficientemente rígido |
| Resistencia a la tracción (UTS) | 250-750 MPa | El bronce al aluminio puede ser más alto; el bronce para rodamientos es moderado |
| Límite elástico (YS) | 100-500 MPa | Muy relacionado con el tratamiento térmico y el trabajo en frío |
| Alargamiento | 5%-35% | El bronce para rodamientos y el bronce al silicio dan buenos resultados |
| Dureza Brinell (HB) | 60-200+ HB | El bronce de aluminio y el bronce de fósforo son más duros |
| Conductividad térmica (k) | 30-80 W/m-K (típico) | Inferior al cobre puro, pero aún así bueno |
| Fricción / Antiincrustante | Excelente | Una razón clave por la que se utiliza el bronce para los casquillos |
Su elevada elongación ayuda a resistir el impacto y a evitar la fractura frágil, mientras que su dureza moderada logra un equilibrio entre la resistencia al desgaste y la maquinabilidad.
Por qué el bronce no persigue la "fuerza extrema"
El valor técnico del bronce no reside en sustituir al acero de alta resistencia, sino en ofrecer una combinación equilibrada de capacidad de carga estable, baja fricción y larga vida útil.
Calidades internacionales normalizadas de bronce (ASTM / UNS / SAE)
Las diferentes aleaciones de bronce varían enormemente en cuanto a maquinabilidad, fuerza, resistencia a la corrosión y coste. Por lo tanto, al hablar del mecanizado del bronce, es esencial especificar claramente los grados y sistemas de aleación.
| Tipo bronce | Grado estándar internacional | Norma aplicable |
|---|---|---|
| Bronce estañado con plomo (bronce con cojinetes) | C93200 / SAE 660 | ASTM B505 |
| Estaño Bronce | C90700 / C90500 | ASTM B505 |
| Aluminio Bronce | C95400 / C95500 | ASTM B148 |
| Silicio Bronce | C65500 | ASTM B30 |
| Bronce fosforado | C51000 / C52100 | ASTM B139 |
Los números UNS identifican de forma unívoca los materiales, mientras que las normas ASTM definen la composición química y las propiedades mecánicas.
5 Comparación de las propiedades mecánicas dimensionales de distintos materiales de bronce
La siguiente comparación se basa en la resistencia a la tracción, el límite elástico, la dureza, el alargamiento y la maquinabilidad.
| Grado UNS | Tracción MPa | Rendimiento MPa | Dureza HB | Alargamiento % | Maquinabilidad |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | 240-310 | 125-170 | 65-90 | 10-20 | Alta |
| C90700 | 275-345 | 150-200 | 70-100 | 15-30 | Relativamente alto |
| C90500 | 260-310 | 140-180 | 65-95 | 20-35 | Relativamente alto |
| C95400 | 620-760 | 275-450 | 140-190 | 10-18 | Medio |
| C95500 | 655-790 | 380-550 | 170-220 | 8-15 | Bajo |
| C65500 | 380-550 | 170-310 | 100-150 | 20-35 | Relativamente alto |
| C51000 | 350-500 | 250-420 | 100-150 | 5-20 | Medio |
| C52100 | 440-620 | 350-550 | 130-180 | 5-15 | Bajo |
Causas profundas de las diferencias de rendimiento
Las diferencias de rendimiento se deben principalmente a las relaciones de composición de la aleación, la estructura del grano y las condiciones de fundición o transformación.
Ventajas y desventajas de los materiales de bronce
Ventajas
- Resistencia al desgaste y antidesgaste
- Gran resistencia a la corrosión (especialmente el bronce al silicio y al aluminio en entornos marinos)
- Amortiguación de vibraciones y bajo nivel de ruido
- Buena conductividad térmica y eléctrica en comparación con el acero
- Excelente colabilidad y maquinabilidad
Desventajas
- Mayor coste del material que el acero al carbono
- El límite de resistencia depende del sistema de aleación
- Algunos bronces contienen plomo y no son aptos para alimentos o agua potable.
- Susceptible de adherencia de la herramienta o acumulación de filo si los parámetros de corte son inadecuados
El bronce suele seleccionarse por la longevidad y estabilidad del sistema más que por el menor coste del material.
Procesos de mecanizado disponibles para el bronce
El bronce es una aleación de cobre de ingeniería altamente mecanizable, pero los distintos sistemas de aleación muestran diferencias significativas en el rendimiento de corte. Por tanto, los procesos de mecanizado deben seleccionarse en función de la geometría de la pieza, los requisitos de precisión y las condiciones de servicio.
Torneado CNC
Torneado CNC es el proceso de mecanizado de bronce más común, utilizado principalmente para piezas giratorias como casquillos, manguitos y anillos de desgaste. Durante el torneado pueden conseguirse dimensiones estables.
Evite velocidades de avance excesivamente bajas para evitar el roce y el embadurnamiento de la superficie. Para el bronce de aluminio de alta resistencia, deben reducirse las velocidades de corte para controlar el desgaste de la herramienta.
Fresado CNC
Fresado CNC es adecuado para piezas de bronce complejas o no giratorias, como cuerpos de válvulas, bridas, correderas y bases de montaje. Se utiliza ampliamente en el mecanizado CNC orientado a la exportación.
Debido a las virutas continuas, debe prestarse atención a la evacuación de las virutas y a la geometría de la herramienta para reducir la adherencia y los defectos superficiales.
Perforación, mandrinado y escariado
El mecanizado de agujeros es habitual en los componentes de bronce, especialmente para los agujeros de los cojinetes y de montaje. Los agujeros sencillos pueden taladrarse directamente, mientras que los agujeros de alta precisión requieren una combinación de taladrado, mandrinado o escariado.
La rotura de virutas y la disipación del calor son fundamentales para evitar la inestabilidad dimensional o los daños superficiales.
Roscado
En general, el bronce es apto para roscar y se utiliza habitualmente en cuerpos de válvulas y conectores. El bronce estañado y el bronce con cojinetes se roscan con fiabilidad.
Para el bronce de aluminio de alta resistencia, se recomienda utilizar aceite de corte o fresar la rosca para reducir el riesgo de rotura del macho de roscar o desgarro de la rosca.
Rectificado, bruñido y acabado
Para piezas de bronce que requieran un acabado superficial elevado o tolerancias estrechas, molienda o se puede aplicar el bruñido, como en el caso de orificios de rodamientos de precisión.
Dado que el bronce es relativamente blando, la presión y los parámetros de procesado deben controlarse cuidadosamente para evitar el embadurnamiento de la superficie o el sobrecalentamiento localizado.
Fundición + Mecanizado secundario
La fundición combinada con el mecanizado secundario CNC es la ruta de fabricación más común y rentable para las piezas de bronce. La fundición proporciona formas casi netas, mientras que el mecanizado garantiza las dimensiones críticas.
Este enfoque es ideal para componentes de bronce de tamaño medio a grande, complejos o producidos por lotes, como cojinetes, cuerpos de válvulas y carcasas de bombas.
Tratamiento de superficies y postprocesado
Tras el mecanizado, las piezas de bronce normalmente sólo requieren desbarbado, biselado o un simple pulido. Algunas piezas de apariencia o almacenamiento pueden recibir aceite protector o chorro de arena.
Por lo general, el bronce no depende de los revestimientos superficiales para mejorar su rendimiento, y los tratamientos químicos inadecuados pueden aumentar el riesgo de corrosión.
Campos de aplicación y componentes comunes
Transmisión mecánica y piezas de desgaste
- Casquillos, cojinetes, deslizadores, arandelas de desgaste
- Engranajes helicoidales de bronce emparejados con tornillos sinfín de acero para reducir el ruido y el desgaste
Sistemas de bombas y válvulas
- Cuerpos de válvulas, asientos de válvulas, carretes, anillos de desgaste de bombas, asientos de estanqueidad
- El bronce al aluminio o el bronce al silicio son preferibles en agua de mar o ambientes salinos.
Ferretería naval y de alta mar
- Componentes de hélices, casquillos de eje, fijaciones resistentes al agua de mar, accesorios de cubierta
- Aleación típica: bronce de aluminio
Aplicaciones eléctricas y a prueba de explosiones
- Ciertas aplicaciones utilizan las características de baja chispa de las aleaciones de cobre, sujetas a las normas pertinentes.
Los mejores materiales de bronce para el mecanizado
Para un torneado y fresado sencillos, una alta rentabilidad y una producción estable:
- C93200 / SAE 660 (Bronce para rodamientos)
Excelente maquinabilidad, resistencia al desgaste y antigripado. Adecuado para casquillos, cojinetes y componentes de desgaste.
Para una gran solidez y resistencia al agua de mar:
- C95400 (Aluminio Bronce)
Más fuerte y resistente a la corrosión, adecuado para componentes marinos, pesados y críticos de bombas/válvulas, pero con mayor desgaste de la herramienta.
Para resistencia a la corrosión y soldabilidad:
- C65500 (Silicio Bronce)
Buen aspecto, resistencia a la corrosión y soldabilidad, adecuado para herrajes costeros y fijaciones resistentes a la corrosión.
Comparación de la maquinabilidad del bronce y el latón
En la mayoría de los casos, el bronce es más difícil de mecanizar que el latón.
Muchos latones, especialmente los plomados, ofrecen una excelente rotura de virutas y una baja resistencia al corte, lo que se traduce en un mecanizado suave.
En general, el bronce es más duro y resistente al desgaste, lo que puede dar lugar a virutas continuas, manchas en la superficie y un mayor desgaste de la herramienta, sobre todo con el bronce alumínico.
Sin embargo, el bronce para rodamientos (C93200) no es especialmente difícil de mecanizar, sólo menos flexible que el latón de mecanizado libre.
¿Cómo se limpian las piezas de bronce? ¿Se puede utilizar WD-40?
Métodos de limpieza recomendados
Ligero polvo o huellas dactilares:
Agua tibia, detergente suave y un paño suave. Séquelo bien después de enjuagarlo.
Residuos de aceite o líquido de corte:
Desengrasante neutro o alcohol isopropílico (IPA). Asegúrese de que se seque completamente después de la limpieza.
Ligera oxidación u oscurecimiento:
Limpiadores suaves de cobre/bronce, o zumo de limón o vinagre diluidos, seguidos de aclarado y secado inmediatos. La limpieza ácida sólo debe realizarse a corto plazo.
¿Se puede utilizar WD-40?
Sí, pero sólo en situaciones apropiadas.
Usos adecuados de WD-40:
- Desplazamiento de la humedad
- Eliminación de aceite ligero
- Protección temporal contra el óxido o la corrosión
No recomendado para:
- Superficies que requieren pintura, pegado o aplicación de adhesivos
- Lubricación a largo plazo de componentes deslizantes de precisión
Un enfoque más seguro es: limpieza → secado → aplicación de un aceite o cera protectores adecuados en función de las condiciones de servicio.
Sustancias que pueden corroer el bronce
En general, el bronce es resistente a la corrosión, pero no inmune.
Entornos de alto riesgo
- Entornos que contengan amoníaco (NH₃), que pueden provocar corrosión bajo tensión.
- Ácidos fuertes o ácidos oxidantes como el ácido nítrico
- Ambientes que contienen sulfuro (H₂S), causando películas negras de sulfuro.
- Entornos ricos en cloruros (agua de mar, niebla salina), que provocan corrosión por picaduras o grietas.
- Corrosión galvánica en contacto con metales distintos en electrolitos
Consejos prácticos de prevención
- Evitar la exposición prolongada a ácidos o álcalis fuertes
- Prefiera aluminio o bronce al silicio para entornos costeros
- Utilizar aislantes, sellantes o revestimientos para aislar metales distintos.
¿Es el bronce una chatarra valiosa?
En general, el bronce se considera una chatarra relativamente valiosa.
Como aleación a base de cobre, el bronce tiene un alto valor de reciclaje y se clasifica como metal no ferroso de alto valor.
Sin embargo, el valor de la chatarra depende del tipo de aleación, la pureza, la contaminación con virutas de acero o revestimientos y las condiciones del mercado local.
Se recomienda separar las virutas de bronce por tipo de aleación durante el mecanizado, ya que las diferencias de precio pueden ser significativas.
¿Puede el bronce ser tan afilado como el acero?
El bronce puede afilarse hasta conseguir un filo muy agudo, pero no puede mantener el filo tanto tiempo como el acero.
Los aceros templados para herramientas alcanzan una mayor dureza y resistencia al desgaste gracias al tratamiento térmico, lo que se traduce en una mejor retención del filo.
La mayoría de los bronces carecen de la dureza necesaria para obtener filos duraderos y tienden a desafilarse o enrollarse con mayor facilidad.
Por lo tanto, el bronce puede afilarse temporalmente, pero no es ideal para aplicaciones de herramientas de corte.
Conclusión
El mecanizado del bronce no consiste simplemente en elegir una aleación de cobre, sino en equilibrar el rendimiento mecánico, la maquinabilidad, la resistencia al desgaste y la fiabilidad del servicio a largo plazo. Al conocer las calidades internacionales del bronce, las propiedades mecánicas clave, los procesos de mecanizado adecuados, los riesgos de corrosión y los métodos de mantenimiento apropiados, los ingenieros y compradores pueden tomar decisiones más informadas sobre el material y la fabricación.
Tanto si se utiliza para cojinetes, casquillos, engranajes helicoidales, componentes de bombas y válvulas o aplicaciones marinas, el bronce sigue siendo un material de ingeniería de eficacia probada que ofrece un rendimiento estable en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. La selección adecuada del material y la estrategia de mecanizado son esenciales para aprovechar al máximo las ventajas del bronce. bronce en mecanizado CNC aplicaciones.si desea conocer más detalles o conseguir precio de bronce mecanizado,puede sentirse libre de contacta con nosotros.
