Bronce de cobre en el mecanizado CNC

El bronce es un metal que se utiliza en una gran variedad de industrias y aplicaciones. Está hecho de cobre, estaño y otras aleaciones que le proporcionan fuerza, durabilidad y resistencia a la corrosión. Debido a su versatilidad, se utiliza mucho en aplicaciones de mecanizado CNC, sobre todo en la fabricación de piezas de alta precisión como cojinetes, engranajes y otras piezas complejas.

Maquinabilidad y aplicaciones del bronce

El bronce tiene una buena maquinabilidad que permite cortarlo, taladrarlo y darle forma fácilmente con máquinas computerizadas como CNC, lo que lo hace vital en industrias que requieren gran precisión, como la aeroespacial, la automovilística y la fabricación de equipos médicos.

Mejorar las propiedades del bronce

Por este motivo, al cambiar la composición y los tratamientos del bronce, se pueden mejorar sus características mecánicas y de rendimiento. Por ejemplo, el fósforo mejora la resistencia al desgaste, mientras que el aluminio aumenta la resistencia y la dureza para adaptarse a una aplicación determinada.

Mecanizado CNC del bronce: Las etapas del proceso

Mecanizado CNC del bronce implica el uso de máquinas de control numérico por ordenador (CNC). El proceso comienza con un modelo CAD y el software CAM crea las trayectorias de las herramientas. A continuación, el material de bronce se acondiciona y se coloca en la mesa de trabajo de la máquina CNC para su fresado, torneado, taladrado y otros trabajos detallados como el grabado o el aguafuerte.

Control de calidad y pulido

Tras el mecanizado, se realiza una inspección con herramientas de medición precisas para comprobar el cumplimiento de las tolerancias y la calidad establecidas. Algunas de las últimas operaciones, como el pulido o el lijado, pueden realizarse para dar el acabado superficial requerido antes del embalaje adecuado para el transporte o para operaciones posteriores.

Experiencia y optimización

Los operadores de CNC son muy importantes en el proceso de utilización de máquinas CNC para mecanizar bronce, ya que ayudan a conseguir los mejores resultados en cuanto a precisión, rendimiento y durabilidad de los componentes mecanizados.

Ventajas del mecanizado CNC del bronce

Mecanizado CNC del bronce tiene muchas ventajas que hacen que se utilice ampliamente en diversas industrias. La primera ventaja es que su coeficiente de fricción es bajo y, por lo tanto, no es necesario aplicar lubricante con frecuencia durante el corte, como ocurre con otros metales que son más densos. Esta característica no sólo aumenta la eficacia del proceso de producción, sino que también repercute positivamente en los costes. Además, el bronce tiene una alta resistencia al desgaste y se aplica a las piezas que tienen que ser más duraderas que otros elementos de una máquina.

En el caso del mecanizado, se pueden atribuir las siguientes ventajas al uso del bronce. Es muy fácil de mecanizar, por lo que se le puede dar la forma deseada. También se le pueden dar formas complejas sin embotar las herramientas de corte. Esto no sólo ahorra tiempo, sino también herramientas de corte, lo que a su vez ayuda a reducir los costes a largo plazo.

También tiene una resistencia a la corrosión muy alta como otra propiedad de este metal como se ha mencionado anteriormente. Esto lo convierte en el material preferido para piezas que están en contacto con el medio ambiente o agentes corrosivos.

Además, el bronce es bastante resistente y, al mismo tiempo, bastante maleable, lo que lo hace bastante versátil. No es el más duro de todos los metales, pero su satisfactoria resistencia, unida a su flexibilidad, lo hace adecuado para piezas estructurales y ornamentos.

En el campo de la conductividad térmica, una ventaja del bronce es su elevada conductividad térmica. También contribuye al enfriamiento durante el proceso de mecanizado del bronce, de modo que la pieza no se calienta y se reduce la posibilidad de que se encoja o aumente de tamaño. Esto es importante para garantizar la precisión de los procesos de fabricación y evitar el desperdicio de materiales y herramientas.

Componentes como cojinetes, engranajes y elementos deslizantes son especialmente adecuados para su uso en bronce debido a su bajo coeficiente de fricción, por el que las piezas se deslizan suavemente y durante más tiempo.

Desventajas del mecanizado CNC del bronce

De hecho, el mecanizado CNC del bronce tiene sus ventajas, pero también tiene sus inconvenientes que conviene tener en cuenta. El problema con el bronce es que, en primer lugar, es relativamente costoso obtener los materiales adecuados para trabajar con él. El bronce es una combinación de cobre y estaño, y como tal es relativamente más costoso que otros materiales que se pueden utilizar en el mecanizado CNC del bronce, por lo que el coste total de los proyectos que requieren el uso de bronce es elevado.

Otra desventaja es el problema de cuándo las herramientas se desafilan y necesitan afilarse. El bronce es relativamente más blando y, como consecuencia, provoca un desgaste más rápido de las herramientas de mecanizado, por lo que hay que sustituirlas con frecuencia. Esto eleva el coste de producción y obliga a controlar las herramientas de vez en cuando.

Cuando se trata de mecanizar bronce frente a latón, el mecanizado CNC del bronce también es relativamente más fácil de conseguir detalles y formas finas que otros metales. Esto se debe a su suavidad. El material no es tan duro como el metal y, como tal, puede que no mantenga tan bien los detalles más finos; esto puede ser una desventaja, especialmente para proyectos detallados.

La última desventaja de utilizar bronce en el mecanizado CNC es que se tarda más tiempo en mecanizar el material. La otra desventaja del bronce es que el tiempo que se tarda en realizar las operaciones de mecanizado en él es relativamente mayor que el del acero, lo que aumenta el tiempo de producción. Esto puede repercutir en los plazos del proyecto y exigir algunos cambios en la planificación y programación del mismo.

Además, el mecanizado de casquillos de bronce genera más calor que el mecanizado de otros metales duros como el aluminio y el acero. Este calor puede ser muy destructivo para las herramientas y la calidad del corte y, como tal, puede ser necesario supervisarlo con frecuencia y ralentizar el ritmo de mecanizado para garantizar que los problemas relacionados con el calor estén bien controlados. Estos retos indican la necesidad de tener en cuenta y elaborar estrategias cuando se va a realizar mecanizado CNC de bronce en proyectos.

Aleaciones comunes de bronce para mecanizado CNC

Éstas son algunas de las aleaciones de bronce más utilizadas para el mecanizado CNC: Algunas de las más populares son;

1. Cobre 932 (SAE 660):

• Esta aleación de bronce para rodamientos contiene un alto porcentaje de cobre, estaño y zinc.
• Se aplica ampliamente en la fabricación de casquillos, cojinetes y otros componentes precisos que requieren gran solidez y resistencia al desgaste.
• Crea una fina capa en su superficie que ayuda a minimizar el contacto entre las superficies y así minimizar el desgaste para aumentar el rendimiento del producto.
• Flexible, puede moldearse y adaptarse fácilmente a la forma y dimensión requeridas mediante máquinas operadas por ordenador.

2. Grado PB1 (bronce fosforado):

• Disponible en calidades conformes a la norma BS1400, es conocido por sus propiedades frente a la fatiga.
• Tiene fósforo para mejorar la resistencia al desgaste y la rigidez del material.
• Es adecuado para cojinetes, engranajes, cuerpos de válvulas y casquillos debido a su conformabilidad y mejores propiedades elásticas.
• El contenido de estaño aumenta las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión, por lo que es ideal para aplicaciones aeroespaciales, marinas y químicas.

3. Silicio Bronce:

• Es una aleación a base de cobre, silicio y zinc en la que el silicio varía entre 0% y 6% por término medio.
• Tiene una gran resistencia, es fácil de verter y presenta una buena resistencia a la corrosión.
• Debido a su alto pulido superficial, se utiliza ampliamente en piezas de bombas y válvulas.

4. Bronce de aluminio:

• Se compone de cobre, aluminio (6-12%) y otros elementos como hierro, níquel, manganeso y silicio.
• Austenítica, fuerte, resistente a la corrosión y empleada en ferretería naval, bombas e industria petroquímica.
• Es anticorrosivo en agua de mar y se utiliza en las industrias petrolera, petroquímica y de suministro de agua.

5. Rodamiento de bronce:

• Tiene un cable 6-8% de baja fricción, por lo que es adecuado para su uso en lugares con mucha fricción.
• Debido a su propiedad de baja fricción, se utiliza mucho en cojinetes y casquillos.

6. Bronce bismuto:

• Tiene bismuto 1-6% que le confiere flexibilidad, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.
• Se utiliza en cojinetes, reflectores de luz, espejos y cocina.

7. Bronce al manganeso:

• Puede contener hasta 3% de manganeso y presenta una buena resistencia a los golpes y a la corrosión en agua salada.
• Se utiliza en hélices de barcos, piezas de válvulas, engranajes y utillaje rápido debido a su característica no corrosiva.

8. Bronce Cobre-Níquel (Cuproníquel):

• Tiene más níquel (2-30%), es fuerte y resistente a la corrosión.
• Se utiliza en electrónica, marina, barcos, bombas, válvulas y muchas otras industrias.

Acabados superficiales para el mecanizado CNC del bronce

El bronce tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar y tiene buena resistencia a la corrosión, por lo que es adecuado para el mecanizado CNC. Diferentes acabados superficiales pueden mejorar su rendimiento y aspecto: También es posible mejorar su rendimiento y aspecto variando el tratamiento superficial:

1. Acabado superficial mecanizado:

• El proceso final tras el mecanizado CNC; suele ser un acabado superficial que puede ser brillante con una superficie no reflectante.
• Es barato y no requiere la realización de otros procesos.
• Puede presentar pequeñas marcas de herramientas o rebabas que pueden eliminarse mediante operaciones posteriores al mecanizado.

2. Acabado de granallado:

• Este proceso implica el uso de finas perlas de vidrio para pulir la superficie y dejarla lo más lisa posible, sin rugosidades.
• Mejora el aspecto y borra las pequeñas imperfecciones que pueda haber en la superficie del material.
• Aumenta el tiempo necesario para producir el material y el coste, pero mejora el acabado superficial del material.

3. Acabado de revestimientos químicos:

• Se aplican productos químicos a la superficie para obtener propiedades específicas, como anticorrosión o estéticas.
• Proporciona un sustrato individualizado y a largo plazo.
• Es más complejo y requiere pasos adicionales, pero ofrece ciertas características de la superficie.

Cada tipo de acabado superficial tiene pros y contras, y la elección depende de la aplicación, la funcionalidad y el precio del mecanizado CNC de piezas de bronce.

Optimización de costes y consejos de diseño para el mecanizado CNC del bronce

El mecanizado CNC del bronce tiene varias estrategias de diseño que ahorran costes. En primer lugar, hay procesos adicionales que pueden ser necesarios después del proceso de mecanizado para lograr el acabado superficial deseado o para mejorar el rendimiento del componente, y deben incorporarse en la fase de diseño para minimizar los costes y el tiempo adicionales.

Además, también hay que mejorar el grosor de las paredes de las piezas de bronce. También es importante que las piezas no sean demasiado finas, ya que podrían deformarse al mecanizarlas, mientras que, en el otro extremo, podría resultar difícil mecanizar piezas gruesas, lo que podría provocar un desperdicio de material.

Elegir el tipo de bronce adecuado

Otro factor importante es la selección del tipo de bronce adecuado. Los requisitos específicos de la aplicación pueden combinarse con la aleación de bronce adecuada, lo que aumentará la eficacia y la durabilidad al tiempo que reducirá los gastos. Además, evitar los rebajes en el diseño también puede ser útil para reducir la dificultad y el coste del mecanizado de formas complejas.

Consideraciones de diseño para el mecanizado CNC del bronce

También es necesario evitar esquinas y bordes afilados. El bronce, al ser un material más blando, es vulnerable a las concentraciones de tensión en los puntos afilados y puede agrietarse o fallar estructuralmente. Si se diseñan las esquinas de la pieza o los filetes, la tensión se distribuye uniformemente, lo que hace que la pieza sea más resistente y duradera.

¿Dónde se emplean las piezas de mecanizado CNC de bronce?

Las piezas de bronce mecanizadas por CNC son muy populares en muchas industrias debido a las excelentes propiedades del material de bronce. En la agricultura, se emplean en la fabricación de componentes como bujes y cojinetes que se emplean en cargas y aplicaciones en entornos difíciles. Las industrias de automoción emplean el bronce en roscas, engranajes y terminales eléctricos, que se utilizan en casi todos los sistemas de los automóviles.

Del mismo modo, en los sectores de maquinaria pesada, las piezas de bronce como tornillos y bujes se incorporan como piezas cruciales que ayudan al buen funcionamiento de la maquinaria y reducen la tasa de degradación. El bronce es un material muy útil cuando se trata de mecanizar piezas que deben ser fuertes, resistentes al desgaste y muy fiables en determinadas condiciones debido a la elasticidad del material.

Resumen

Las piezas de bronce mecanizadas por CNC son cruciales en las industrias agrícola, automovilística y de maquinaria pesada debido a la dureza, resistencia y flexibilidad del material. Estas piezas son importantes para garantizar un funcionamiento eficaz, fiable y duradero en entornos difíciles, que forman parte de los procesos de producción modernos.

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