lavorazione del bronzo

Bronzo ramato nella lavorazione CNC

Il bronzo è un metallo utilizzato in un'ampia gamma di settori e applicazioni. È composto da rame, stagno e altre leghe che garantiscono forza, durata e resistenza alla corrosione. Grazie alla sua versatilità, è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di lavorazione CNC, in particolare nella produzione di pezzi di alta precisione come cuscinetti, ingranaggi e altri pezzi complessi.

Lavorabilità e applicazioni del bronzo

Il bronzo ha una buona lavorabilità che gli consente di essere facilmente tagliato, forato e sagomato con macchine computerizzate come i CNC, rendendolo così fondamentale in settori che richiedono un'elevata precisione, come quello aerospaziale, automobilistico e della produzione di apparecchiature mediche.

Valorizzazione delle proprietà del bronzo

Per questo motivo, modificando la composizione e i trattamenti del bronzo, è possibile migliorarne le caratteristiche meccaniche e prestazionali. Ad esempio, il fosforo migliora la resistenza all'usura, mentre l'alluminio aumenta la resistenza e la durezza per adattarsi a una determinata applicazione.

Lavorazione CNC del bronzo: le fasi del processo

Lavorazione CNC del bronzo prevede l'uso di macchine a controllo numerico computerizzato (CNC). Il processo inizia con un modello CAD e il software CAM crea i percorsi degli utensili. Il materiale di bronzo viene quindi condizionato e posizionato sul tavolo di lavoro della macchina CNC per la fresatura, la tornitura, la foratura e altri lavori dettagliati come l'incisione o l'acquaforte.

Controllo qualità e lucidatura

Dopo la lavorazione, l'ispezione viene effettuata utilizzando strumenti di misura accurati per verificare la conformità con le tolleranze e la qualità stabilite. Alcune delle ultime operazioni, come la lucidatura o la levigatura, possono essere eseguite per ottenere la finitura superficiale richiesta prima dell'imballaggio per il trasporto o per le operazioni successive.

Competenza e ottimizzazione

Gli operatori CNC sono molto importanti nel processo di utilizzo delle macchine CNC per la lavorazione del bronzo, poiché contribuiscono a ottenere i migliori risultati in termini di precisione, prestazioni e durata dei componenti lavorati.

Vantaggi della lavorazione CNC del bronzo

Lavorazione CNC del bronzo ha molti vantaggi che lo rendono ampiamente utilizzato in vari settori industriali. Il primo vantaggio è che il suo coefficiente di attrito è basso e quindi non è necessario applicare frequentemente lubrificanti durante il taglio, come invece accade con altri metalli più densi. Questa caratteristica non solo aumenta l'efficacia del processo produttivo, ma incide positivamente sui costi. Inoltre, il bronzo ha un'elevata resistenza all'usura e viene applicato alle parti che devono essere più durevoli di altri elementi di una macchina.

Nel caso della lavorazione, l'uso del bronzo può essere attribuito ai seguenti vantaggi. Ha un'elevata lavorabilità e quindi può essere facilmente lavorato nella forma richiesta. Inoltre, può essere modellato in forme complesse senza che gli utensili da taglio si opacizzino. In questo modo non solo si risparmia tempo, ma anche gli utensili da taglio, che a loro volta contribuiscono a ridurre i costi nel lungo periodo.

Un'altra proprietà di questo metallo è l'elevata resistenza alla corrosione. Questo lo rende un materiale preferibile per le parti a contatto con l'ambiente o con agenti corrosivi.

Inoltre, il bronzo è abbastanza resistente e, allo stesso tempo, abbastanza malleabile, il che lo rende molto versatile. Non è il più duro di tutti i metalli, ma la sua soddisfacente resistenza, unita alla sua flessibilità, lo rende adatto per parti strutturali e ornamenti.

Nel campo della conducibilità termica, il bronzo ha il vantaggio di avere un'elevata conducibilità termica. Inoltre, favorisce il raffreddamento durante il processo di lavorazione del bronzo, in modo che il pezzo non si surriscaldi e riduca la possibilità che si restringa o si espanda. Questo è importante per garantire l'accuratezza dei processi produttivi e per evitare sprechi di materiali e utensili.

Componenti come cuscinetti, ingranaggi ed elementi di scorrimento sono particolarmente adatti all'uso del bronzo grazie al loro basso coefficiente di attrito, che consente alle parti di scorrere senza problemi e per periodi più lunghi.

Svantaggi della lavorazione CNC del bronzo

In effetti, la lavorazione CNC del bronzo ha i suoi vantaggi, ma anche i suoi svantaggi che vanno considerati. Il problema del bronzo è che è relativamente costoso ottenere i materiali giusti con cui lavorare. Il bronzo è una combinazione di rame e stagno, e come tale è relativamente più costoso di altri materiali che possono essere utilizzati nella lavorazione CNC del bronzo, rendendo così elevato il costo complessivo dei progetti che richiedono l'uso del bronzo.

Un altro svantaggio è il problema di quando gli utensili diventano opachi e devono essere affilati. Il bronzo è relativamente più morbido e, di conseguenza, provoca un'usura più rapida degli utensili di lavorazione, con conseguenti frequenti sostituzioni. Ciò aumenta i costi di produzione e richiede il monitoraggio degli utensili di tanto in tanto.

Per quanto riguarda la lavorazione del bronzo rispetto all'ottone, la lavorazione CNC del bronzo è relativamente più facile per ottenere dettagli e forme fini rispetto ad altri metalli. Ciò è dovuto alla sua morbidezza. Il materiale non è duro come il metallo e, di conseguenza, potrebbe non trattenere bene i dettagli più fini; questo può essere uno svantaggio, soprattutto per i progetti dettagliati.

L'ultimo svantaggio dell'utilizzo del bronzo nella lavorazione CNC è che la lavorazione del materiale richiede tempi più lunghi. L'altro svantaggio del bronzo è che il tempo necessario per eseguire le operazioni di lavorazione su di esso è relativamente più lungo di quello dell'acciaio, aumentando così i tempi di produzione. Questo può avere un impatto sulla linea temporale del progetto e può richiedere alcuni cambiamenti nella pianificazione e nella programmazione del progetto.

Inoltre, la lavorazione delle boccole in bronzo genera più calore rispetto alla lavorazione di altri metalli duri come l'alluminio e l'acciaio. Questo calore può essere molto distruttivo per gli utensili e la qualità del taglio e, pertanto, potrebbe essere necessario monitorare frequentemente e rallentare la velocità di lavorazione per garantire che i problemi legati al calore siano ben controllati. Queste sfide indicano la necessità di prendere in considerazione e di elaborare una strategia quando si deve eseguire una lavorazione CNC in bronzo su un progetto.

Leghe di bronzo comuni per la lavorazione CNC

Ecco alcune leghe di bronzo ampiamente utilizzate per la lavorazione CNC: Tra le più diffuse vi sono;

Rame 932 (SAE 660):

Questa lega di bronzo per cuscinetti comprende un'alta percentuale di rame, stagno e zinco.
È ampiamente applicato nella produzione di boccole, cuscinetti e altri componenti di precisione che richiedono elevata forza e resistenza all'usura.
Crea uno strato sottile sulla sua superficie che aiuta a ridurre al minimo il contatto tra le superfici e quindi a minimizzare l'usura e ad aumentare le prestazioni del prodotto.
Flessibile, può essere facilmente modellato e dimensionato nella forma e nelle dimensioni desiderate utilizzando macchine computerizzate.

Grado PB1 (bronzo fosforoso):

Disponibile in gradi conformi allo standard BS1400, è ben noto per le sue proprietà di fatica.
Ha il fosforo per migliorare la resistenza all'usura e la rigidità del materiale.
È adatto per cuscinetti, ingranaggi, corpi valvola e boccole grazie alla sua formabilità e alle migliori proprietà elastiche.
Il contenuto di stagno aumenta le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione, rendendolo ideale per applicazioni aerospaziali, marine e chimiche.

Bronzo al silicio:

Si tratta di una lega a base di rame, silicio e zinco in cui il silicio varia in media tra 0% e 6%.
Ha un'elevata resistenza, è facile da versare e ha una buona resistenza alla corrosione.
Grazie all'elevata lucidatura superficiale, è ampiamente utilizzato nelle parti di pompe e valvole.

Bronzo all'alluminio:

Comprende rame, alluminio (6-12%) e altri elementi come ferro, nichel, manganese e silicio.
Austenitico, forte, resistente alla corrosione e impiegato nella ferramenta navale, nelle pompe e nell'industria petrolchimica.
È anticorrosivo in acqua di mare e viene utilizzato nelle industrie petrolifere, petrolchimiche e di approvvigionamento idrico.

Cuscinetto di bronzo:

Ha un piombo 6-8% per un basso attrito, che lo rende adatto all'uso in presenza di un forte attrito.
Grazie alle sue proprietà di basso attrito, è ampiamente utilizzato nei cuscinetti e nelle boccole.

Bronzo bismuto:

Il bismuto 1-6% conferisce flessibilità, conduttività termica e resistenza alla corrosione.
Viene utilizzato nei cuscinetti, nei riflettori di luce, negli specchi e in cucina.

Bronzo manganese:

Può contenere fino a 3% di manganese e ha una buona resistenza agli urti e alla corrosione in acqua salata.
Utilizzato in eliche di imbarcazioni, parti di valvole, ingranaggi e utensili rapidi grazie alle sue caratteristiche non corrosive.

Bronzo rame-nichel (Cupronickel):

Ha più nichel (2-30%), è forte e resistente alla corrosione.
Viene utilizzato nei settori dell'elettronica, della marina, delle navi, delle pompe, delle valvole e in molti altri settori.

Finiture superficiali per la lavorazione CNC del bronzo

Il bronzo ha buone proprietà meccaniche, è facile da lavorare e ha una buona resistenza alla corrosione, quindi è adatto alla lavorazione CNC. Diverse finiture superficiali possono migliorarne le prestazioni e l'aspetto: È possibile migliorare le sue prestazioni e il suo aspetto anche variando il trattamento superficiale:

1. Finitura della superficie come lavorata:

Il processo finale che segue la lavorazione CNC è tipicamente una finitura superficiale che può essere lucida con una superficie non riflettente.
È poco costoso e non richiede l'esecuzione di altri processi.
Può presentare lievi segni di utensili o bave che possono essere rimossi con operazioni di post-lavorazione.

2. Finitura di sabbiatura:

Questo processo prevede l'utilizzo di sottili perle di vetro per lucidare la superficie e renderla il più possibile liscia senza alcuna asperità.
Migliora l'aspetto e cancella le piccole imperfezioni che possono essere presenti sulla superficie del materiale.
Aumenta il tempo di produzione del materiale e il costo, ma la finitura superficiale del materiale viene migliorata.

3. Finitura dei rivestimenti chimici:

I prodotti chimici vengono applicati sulla superficie per ottenere proprietà specifiche, come quelle anticorrosive o estetiche.
Fornisce un substrato a lungo termine e personalizzato.
È più complesso e richiede ulteriori passaggi, ma offre determinate caratteristiche della superficie.

Ogni tipo di finitura superficiale ha pro e contro e la scelta dipende dall'applicazione, dalla funzionalità e dal prezzo della lavorazione CNC dei pezzi in bronzo.

Ottimizzazione dei costi e suggerimenti di progettazione per la lavorazione CNC del bronzo

La lavorazione CNC del bronzo prevede diverse strategie di progettazione per risparmiare sui costi. Innanzitutto, per ottenere la finitura superficiale desiderata o per migliorare le prestazioni del componente, possono essere necessari ulteriori processi dopo la lavorazione, che devono essere incorporati nella fase di progettazione per ridurre al minimo i costi e i tempi aggiuntivi.

Inoltre, è necessario migliorare lo spessore delle pareti dei pezzi in bronzo. È anche importante non rendere i pezzi troppo sottili, perché ciò potrebbe causare distorsioni durante la lavorazione, mentre all'estremo opposto potrebbe essere difficile lavorare pezzi spessi, con conseguente spreco di materiale.

Scegliere il giusto tipo di bronzo

Un altro fattore importante è la scelta del tipo di bronzo giusto. I requisiti specifici dell'applicazione possono essere abbinati alla giusta lega di bronzo, che migliorerà l'efficienza e la durata riducendo i costi. Inoltre, evitare i sottosquadri nella progettazione può essere utile per ridurre la difficoltà e il costo della lavorazione di forme complesse.

Considerazioni sulla progettazione per la lavorazione CNC del bronzo

È inoltre necessario evitare angoli e spigoli vivi. Il bronzo, essendo un materiale più morbido, è vulnerabile alle concentrazioni di sollecitazioni nei punti taglienti e può incrinarsi o cedere strutturalmente. La progettazione degli angoli del pezzo o dei filetti distribuisce le sollecitazioni in modo uniforme, rendendo il pezzo più resistente e durevole.

Dove vengono impiegati i pezzi CNC per la lavorazione del bronzo?

I componenti in bronzo lavorati a CNC sono molto diffusi in molti settori industriali grazie alle eccellenti proprietà del materiale in bronzo. In agricoltura, vengono impiegati nella produzione di componenti come boccole e cuscinetti che vengono utilizzati per carichi e applicazioni in ambienti difficili. Le industrie automobilistiche impiegano il bronzo in filettature, ingranaggi e terminali elettrici, utilizzati in quasi tutti i sistemi delle automobili.

Allo stesso modo, nei settori dei macchinari pesanti, le parti in bronzo come viti e boccole sono incorporate come parti cruciali che contribuiscono al buon funzionamento dei macchinari e riducono il tasso di degrado. Il bronzo è un materiale molto utile quando si tratta di lavorare parti che devono essere forti, resistenti all'usura e altamente affidabili in determinate condizioni grazie all'elasticità del materiale.

Riassunto

I componenti in bronzo lavorati a CNC sono fondamentali nell'industria agricola, automobilistica e dei macchinari pesanti, grazie alla durezza, alla resistenza e alla flessibilità del materiale. Questi componenti sono importanti per garantire un funzionamento efficiente, affidabile e duraturo in ambienti difficili, che fanno parte dei moderni processi produttivi.

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