Dans le domaine de la Usinage CNC et la fabrication mécanique, le bronze est un matériau d'ingénierie qui ne peut pas être facilement remplacé. Par rapport au bronze ordinaire, le bronze est un matériau d'ingénierie qui ne peut pas être facilement remplacé. acier au carboneLe bronze, comme l'acier inoxydable ou le laiton, offre des avantages uniques en termes de résistance à l'usure, de performance anti-givrage, de propriétés de glissement et de stabilité de service à long terme. C'est pourquoi il est largement utilisé dans les roulements, les bagues, les engrenages à vis sans fin, les composants de pompes et de vannes, les accessoires marins et les structures coulissantes à usage intensif.
Cet article se concentre sur l'usinage du bronze et fournit une analyse systématique à partir de multiples perspectives d'ingénierie, y compris les normes des matériaux, les propriétés mécaniques en cinq dimensions, les méthodes d'usinage, les scénarios d'application, les mécanismes de corrosion et les stratégies de maintenance, aidant ainsi les lecteurs à acquérir une compréhension complète du bronze dans les applications d'usinage.
Qu'est-ce que le bronze ? Définition technique et nature du matériau
Définition technique du bronze
Dans un contexte technique, le terme "bronze" fait généralement référence aux alliages à base de cuivre. Les systèmes les plus courants sont les suivants :
- Bronze étain: Les qualités typiques sont C90500, C90700 et C93200 (SAE 660, communément appelé bronze pour roulements).
- Aluminium Bronze: Tels que C95400 et C95500 (haute résistance mécanique et à la corrosion, largement utilisés dans l'ingénierie marine).
- Bronze au silicium: Tel que C65500 (équilibre entre la résistance mécanique, la résistance à la corrosion et la soudabilité)
- Bronze phosphoreux: Tels que C51000 et C52100 (bonne élasticité et résistance à l'usure, souvent utilisés pour les tôles minces et les composants de ressorts, mais également usinables).
Influence des éléments d'alliage sur les performances
Le bronze est composé de multiples éléments d'alliage, et différents éléments confèrent aux différentes qualités de bronze leurs avantages uniques en termes de performances.
- Étain (Sn): Améliore la résistance à l'usure et à la fatigue
- Aluminium (Al): Améliore considérablement la solidité et la résistance à la corrosion
- Silicium (Si): Améliore les propriétés mécaniques globales et la soudabilité
- Phosphore (P): Améliore l'élasticité et la résistance à la fatigue
- Plomb (Pb): Améliore les propriétés anti-friction et l'usinabilité
Différences fondamentales entre le bronze et le cuivre pur
Par rapport au cuivre pur, le bronze sacrifie une petite quantité de conductivité électrique et thermique en échange d'une plus grande résistance, d'un coefficient de frottement plus faible et d'un comportement en service plus stable. C'est la raison fondamentale pour laquelle le bronze est largement utilisé dans les applications mécaniques et d'usinage.
Propriétés mécaniques du bronze (compréhension de niveau ingénieur)
Plages de propriétés mécaniques communes
| Propriété | Gamme typique (valeurs de bronze communes) | Description |
|---|---|---|
| Densité (ρ) | 7,4-8,9 g/cm³ | La plupart des bronzes sont légèrement plus légers que l'acier ou un matériau similaire. |
| Module d'élasticité (E) | 95-125 GPa | Plus faible que l'acier (~200 GPa), mais suffisamment rigide |
| Résistance à la traction (UTS) | 250-750 MPa | Le bronze d'aluminium peut être plus élevé ; le bronze de cémentation est modéré. |
| Limite d'élasticité (YS) | 100-500 MPa | Fortement lié au traitement thermique et à l'usinage à froid |
| Élongation | 5%-35% | Le bronze pour roulements et le bronze au silicium donnent de bons résultats |
| Dureté Brinell (HB) | 60-200+ HB | Le bronze d'aluminium et le bronze phosphoreux sont plus durs |
| Conductivité thermique (k) | 30-80 W/m-K (typique) | Plus faible que le cuivre pur, mais encore bon |
| Friction / Anti-glaçage | Excellent | L'une des principales raisons pour lesquelles le bronze est utilisé pour les bagues |
Un allongement élevé permet de résister aux chocs et de prévenir les fractures fragiles, tandis qu'une dureté modérée permet d'atteindre un équilibre entre la résistance à l'usure et l'usinabilité.
Pourquoi le bronze ne recherche pas la "force extrême" ?
La valeur technique du bronze ne réside pas dans le remplacement de l'acier à haute résistance, mais dans la combinaison équilibrée d'une capacité de charge stable, d'un faible frottement et d'une longue durée de vie.
Grades de bronze standard internationaux (ASTM / UNS / SAE)
Les différents alliages de bronze varient considérablement en termes d'usinabilité, de solidité, de résistance à la corrosion et de coût. Par conséquent, lorsqu'il est question d'usinage du bronze, il est essentiel de spécifier clairement les qualités d'alliage et les systèmes.
| Type de bronze | Grade international standard | Norme applicable |
|---|---|---|
| Bronze étain plombé (Bearing Bronze) | C93200 / SAE 660 | ASTM B505 |
| Bronze étain | C90700 / C90500 | ASTM B505 |
| Aluminium Bronze | C95400 / C95500 | ASTM B148 |
| Bronze au silicium | C65500 | ASTM B30 |
| Bronze phosphoreux | C51000 / C52100 | ASTM B139 |
Les numéros UNS identifient les matériaux de manière unique, tandis que les normes ASTM définissent la composition chimique et les propriétés mécaniques.
5 Comparaison des propriétés mécaniques dimensionnelles de différents matériaux en bronze
La comparaison suivante est basée sur la résistance à la traction, la limite d'élasticité, la dureté, l'allongement et l'usinabilité.
| UNS Grade | Traction MPa | Rendement MPa | Dureté HB | Élongation % | Usinabilité |
|---|---|---|---|---|---|
| C93200 | 240-310 | 125-170 | 65-90 | 10-20 | Haut |
| C90700 | 275-345 | 150-200 | 70-100 | 15-30 | Relativement élevé |
| C90500 | 260-310 | 140-180 | 65-95 | 20-35 | Relativement élevé |
| C95400 | 620-760 | 275-450 | 140-190 | 10-18 | Moyen |
| C95500 | 655-790 | 380-550 | 170-220 | 8-15 | Faible |
| C65500 | 380-550 | 170-310 | 100-150 | 20-35 | Relativement élevé |
| C51000 | 350-500 | 250-420 | 100-150 | 5-20 | Moyen |
| C52100 | 440-620 | 350-550 | 130-180 | 5-15 | Faible |
Causes profondes des différences de performance
Les différences de performance résultent principalement des rapports de composition des alliages, de la structure des grains et des conditions de moulage ou de traitement.
Avantages et inconvénients des matériaux en bronze
Avantages
- Résistance à l'usure et performance anti-givrage
- Forte résistance à la corrosion (en particulier au silicium et au bronze d'aluminium dans les environnements marins)
- Amortissement des vibrations et faible niveau sonore
- Bonne conductivité thermique et électrique par rapport à l'acier
- Excellente coulabilité et usinabilité
Inconvénients
- Coût du matériau plus élevé que celui de l'acier au carbone
- La limite de résistance dépend du système d'alliage
- Certains bronzes contiennent du plomb et ne conviennent pas aux applications alimentaires ou à l'eau potable.
- Susceptible d'adhérer à l'outil ou d'avoir une arête rapportée si les paramètres de coupe ne sont pas appropriés
Le bronze est généralement choisi pour la longévité et la stabilité du système plutôt que pour le coût le plus bas du matériau.
Procédés d'usinage disponibles pour le bronze
Le bronze est un alliage de cuivre technique très facile à usiner, mais les différents systèmes d'alliage présentent des différences significatives en termes de performances de coupe. Par conséquent, les procédés d'usinage doivent être sélectionnés en fonction de la géométrie de la pièce, des exigences de précision et des conditions de service.
Tournage CNC
Tournage CNC est le procédé d'usinage du bronze le plus courant, principalement utilisé pour les pièces rotatives telles que les douilles, les manchons et les bagues d'usure. Des dimensions stables peuvent être obtenues pendant le tournage.
Éviter les vitesses d'avance trop faibles pour éviter les frottements et les salissures de surface. Pour le bronze d'aluminium à haute résistance, les vitesses de coupe doivent être réduites pour contrôler l'usure de l'outil.
Fraisage CNC
Fraisage CNC convient aux pièces en bronze complexes ou non rotatives telles que les corps de vanne, les brides, les glissières et les socles de montage. Il est largement utilisé dans l'usinage CNC orienté vers l'exportation.
En raison des copeaux continus, il convient de prêter attention à l'évacuation des copeaux et à la géométrie de l'outil afin de réduire l'adhérence et les défauts de surface.
Perçage et alésage
L'usinage des trous est courant dans les composants en bronze, en particulier pour les trous de roulement et d'assemblage. Les trous simples peuvent être percés directement, tandis que les trous de haute précision nécessitent une combinaison de perçage, d'alésage ou d'alésage.
La rupture des copeaux et la dissipation de la chaleur sont essentielles pour éviter l'instabilité dimensionnelle ou les dommages de surface.
Taraudage et filetage
Le bronze se prête généralement au filetage et est couramment utilisé dans les corps de vanne et les raccords. Le bronze à l'étain et le bronze à roulements se taraudent de manière fiable.
Pour le bronze d'aluminium à haute résistance, il est recommandé d'utiliser de l'huile de coupe ou de procéder à un fraisage du filetage afin de réduire le risque de rupture du taraud ou de déchirure du filetage.
Meulage, honage et finition
Pour les pièces en bronze nécessitant une finition de surface élevée ou des tolérances serrées, broyage ou le rodage peuvent être appliqués, par exemple pour les alésages de roulements de précision.
Le bronze étant relativement mou, la pression et les paramètres de traitement doivent être soigneusement contrôlés pour éviter le maculage de la surface ou une surchauffe localisée.
Moulage + usinage secondaire
Le moulage combiné à l'usinage secondaire CNC est la méthode de fabrication la plus courante et la plus rentable pour les pièces en bronze. Le moulage permet d'obtenir des formes presque nettes, tandis que l'usinage garantit les dimensions critiques.
Cette approche est idéale pour les composants en bronze de taille moyenne à grande, complexes ou produits par lots, tels que les roulements, les corps de vanne et les corps de pompe.
Traitement de surface et post-traitement
Après usinage, les pièces en bronze ne nécessitent généralement qu'un ébavurage, un chanfreinage ou un simple polissage. Certaines pièces d'aspect ou de stockage peuvent recevoir une huile de protection ou être sablées.
Le bronze n'a généralement pas besoin de revêtements de surface pour améliorer ses performances, et des traitements chimiques inappropriés peuvent augmenter le risque de corrosion.
Champs d'application et composants communs
Transmission mécanique et pièces d'usure
- Bagues, roulements, glissières, rondelles d'usure
- Engrenages à vis sans fin en bronze associés à des vis sans fin en acier pour réduire le bruit et l'usure
Systèmes de pompes et de vannes
- Corps de vanne, sièges de vanne, tiroirs, bagues d'usure de pompe, sièges d'étanchéité
- Le bronze d'aluminium ou le bronze de silicium est préférable dans l'eau de mer ou les environnements salins.
Matériel maritime et offshore
- Composants d'hélice, bagues d'arbre, fixations résistantes à l'eau de mer, accastillage
- Alliage typique : bronze d'aluminium
Applications électriques et antidéflagrantes
- Certaines applications utilisent les caractéristiques de faible étincelle des alliages de cuivre, sous réserve des normes applicables.
Les meilleurs matériaux en bronze pour l'usinage
Pour un tournage et un fraisage faciles, une rentabilité élevée et une production stable :
- C93200 / SAE 660 (Bearing Bronze)
Excellente usinabilité, résistance à l'usure et performances anti-galvanisation. Convient pour les bagues, les roulements et les pièces d'usure.
Pour une grande solidité et une résistance à l'eau de mer :
- C95400 (Bronze aluminium)
Plus solide et plus résistant à la corrosion, il convient pour les pièces de pompes et de vannes marines, à usage intensif et critiques, mais l'usure de l'outil est plus importante.
Pour la résistance à la corrosion et la soudabilité :
- C65500 (Bronze siliconé)
Bon aspect, bonne résistance à la corrosion et bonne soudabilité, adapté à la quincaillerie côtière et aux fixations résistantes à la corrosion.
Comparaison de l'usinabilité du bronze et du laiton
Dans la plupart des cas, le bronze est plus difficile à usiner que le laiton.
De nombreux laitons, en particulier les laitons au plomb, offrent une excellente résistance à la rupture des copeaux et une faible résistance à la coupe, ce qui permet un usinage en douceur.
Le bronze est généralement plus dur et plus résistant à l'usure, ce qui peut entraîner des copeaux continus, un maculage de la surface et une usure plus importante de l'outil, en particulier avec le bronze d'aluminium.
Le bronze pour roulements (C93200) n'est cependant pas particulièrement difficile à usiner - il est simplement moins tolérant que le laiton à usinage libre.
Comment nettoyer les pièces en bronze ? Peut-on utiliser du WD-40 ?
Méthodes de nettoyage recommandées
Légère poussière ou traces de doigts :
Eau chaude, détergent doux et chiffon doux. Sécher soigneusement après le rinçage.
Résidus d'huile ou de liquide de coupe :
Dégraissant neutre ou alcool isopropylique (IPA). Assurer un séchage complet après le nettoyage.
Légère oxydation ou assombrissement :
Nettoyants doux pour le cuivre et le bronze, ou jus de citron ou vinaigre dilué, suivi d'un rinçage et d'un séchage immédiats. Les nettoyages acides ne doivent être utilisés qu'à court terme.
Peut-on utiliser le WD-40 ?
Oui, mais uniquement dans des situations appropriées.
Utilisations appropriées du WD-40 :
- Déplacement d'humidité
- Elimination de l'huile légère
- Protection temporaire contre la rouille ou la corrosion
Déconseillé pour :
- Surfaces nécessitant une peinture, un collage ou une application d'adhésif
- Lubrification à long terme des composants coulissants de précision
Une approche plus sûre est la suivante : nettoyage → séchage → application d'une huile ou d'une cire de protection appropriée en fonction des conditions de service.
Substances pouvant corroder le bronze
Le bronze est généralement résistant à la corrosion, mais il n'est pas immunisé.
Environnements à haut risque
- les environnements contenant de l'ammoniac (NH₃), qui peuvent provoquer une corrosion sous contrainte
- Acides forts ou acides oxydants tels que l'acide nitrique
- Environnements contenant du sulfure (H₂S), provoquant des films noirs de sulfure
- Environnements riches en chlorure (eau de mer, brouillard salin), entraînant une corrosion par piqûres ou par crevasses.
- Corrosion galvanique au contact de métaux dissemblables dans des électrolytes
Conseils pratiques de prévention
- Éviter l'exposition prolongée à des acides ou des alcalis forts.
- Préférer l'aluminium ou le bronze au silicium pour les environnements côtiers
- Utiliser des isolants, des produits d'étanchéité ou des revêtements pour isoler les métaux dissemblables.
Le bronze est-il un métal précieux ?
En règle générale, le bronze est considéré comme un métal relativement précieux.
En tant qu'alliage à base de cuivre, le bronze a une valeur de recyclage élevée et est considéré comme un métal non ferreux de grande valeur.
Toutefois, la valeur de la ferraille dépend du type d'alliage, de la pureté, de la contamination par des copeaux d'acier ou des revêtements, et des conditions du marché local.
Il est recommandé de séparer les copeaux de bronze par type d'alliage pendant l'usinage, car les différences de prix peuvent être importantes.
Le bronze peut-il être aussi tranchant que l'acier ?
Le bronze peut être aiguisé jusqu'à obtenir un bord très tranchant, mais il ne peut pas conserver son tranchant aussi longtemps que l'acier.
Les aciers à outils trempés atteignent une dureté et une résistance à l'usure plus élevées grâce au traitement thermique, ce qui se traduit par une meilleure tenue des arêtes.
La plupart des bronzes n'ont pas la dureté requise pour des arêtes de coupe durables et ont tendance à s'émousser ou à rouler plus facilement.
Par conséquent, le bronze peut être affûté temporairement mais n'est pas idéal pour les applications d'outils de coupe.
Conclusion
L'usinage du bronze ne consiste pas simplement à choisir un alliage de cuivre, mais à équilibrer les performances mécaniques, l'usinabilité, la résistance à l'usure et la fiabilité à long terme. En connaissant les nuances de bronze internationales, les principales propriétés mécaniques, les processus d'usinage appropriés, les risques de corrosion et les méthodes d'entretien adéquates, les ingénieurs et les acheteurs peuvent prendre des décisions plus éclairées en matière de matériaux et de fabrication.
Qu'il soit utilisé pour les roulements, les bagues, les engrenages à vis sans fin, les composants de pompes et de vannes ou les applications marines, le bronze reste un matériau technique éprouvé qui offre des performances stables dans une large gamme de conditions de fonctionnement. Une sélection appropriée des matériaux et une bonne stratégie d'usinage sont essentielles pour tirer pleinement parti des avantages du bronze. bronze en usinage CNC Si vous souhaitez obtenir plus de détails ou connaître le prix de l'usinage du bronze, n'hésitez pas à nous contacter. nous contacter.
