Guide complet sur : l'usinage CNC du bronze

Guide d'usinage du bronze

Le bronze est utilisé depuis la nuit des temps pour créer de magnifiques sculptures et objets. L'usinage moderne du bronze fait appel à des machines CNC et à un usinage de haute précision pour éliminer efficacement la matière des alliages de bronze. 

Le bronze est disponible dans de nombreux alliages et nuances, ce qui rend l'usinage du bronze essentiel car les paramètres d'usinage changent d'une nuance à l'autre. Usinage CNC Le bronze utilise généralement des opérations de tournage et de fraisage avec certaines caractéristiques nécessitant un perçage, un taraudage et un meulage en fonction de la complexité.

Qu'est-ce que l'usinage du bronze ?

L'usinage du bronze consiste à découper, façonner et former des alliages de bronze. Le bronze est un alliage de cuivre et d'étain, réputé pour sa solidité et sa résistance à la corrosion.

Le bronze, de couleur brun rougeâtre, est apprécié pour son aspect et sa finition esthétiques. Plus tendre que l'acier inoxydable, il s'usine facilement et rapidement. Son usinage fait appel à des outils tels que des perceuses, des fraises, des tours et des machines à commande numérique (CNC). L'usinage du bronze fait appel à des conceptions CAO et à des ajustements automatiques pour créer des pièces complexes. 

Engrenage en bronze en cours d'usinage

Quels alliages de bronze conviennent à l'usinage ?

L'utilisation de différents alliages de bronze dans votre processus d'usinage produira des propriétés et des résultats différents. Voici quelques-uns des alliages de bronze les plus courants et adaptés à l'usinage :

Bronze aluminium

Le bronze d'aluminium est composé de cuivre et d'aluminium, auxquels s'ajoutent d'autres éléments comme le fer, le nickel et le silicium. Il en résulte un matériau robuste offrant une excellente résistance à la corrosion et à l'usure. 

Il est principalement utilisé dans l'industrie maritime pour les hélices, les pompes et les fixations, ainsi que pour les trains d'atterrissage des avions, les bijoux, l'architecture et l'ingénierie industrielle.

Bronze phosphoreux

Le bronze phosphoreux est un mélange de cuivre, d'étain et de phosphore qui crée un matériau résistant et à faible frottement, très apprécié pour la fabrication de ressorts, de roulements et d'autres contacts électriques. Il peut également contenir d'autres éléments pour renforcer sa résistance et sa rigidité. 

Bronze portant

Le bronze pour roulements est particulièrement adapté aux applications à haute pression grâce à ses propriétés de faible frottement et à sa grande résistance à l'usure. Son nom « Bronze pour roulements » lui vient de son utilisation privilégiée pour l'usinage des engrenages et des roulements.

Bronze portant

Bronze au silicium

Le bronze au silicium est un bronze résistant à la corrosion composé à 96 % de cuivre, d'un peu de silicium et d'autres alliages comme le manganèse et le zinc. Il est populaire en usinage CNC en raison de sa résistance et de son autolubrification qui réduisent les frottements et l'usure dans les fixations, la quincaillerie marine et les roulements.

Procédé d'usinage du bronze 

Une fois l'alliage de bronze sélectionné pour votre usinage CNC, vous pouvez passer à l'étape suivante. Il vous suffit de suivre quelques étapes clés :

Sélection d'alliage

Sélectionnez la pièce ou l'ébauche en alliage de bronze adaptée à l'usinage en fonction de vos besoins. 

• C93200 (roulement en bronze):Riche en plomb (environ 7 à 9 % de la composition), il s'agit d'un alliage pour bagues, roulements et engrenages ou pièces mobiles similaires sous charge modérée où une bonne lubrification et une bonne résistance à l'usure sont souhaitées.
• C95400 (Bronze d'aluminium) : Durable et performant dans les environnements corrosifs, le bronze d'aluminium est utilisé dans les applications à forte charge, notamment les composants de vannes, les pièces de pompe et le matériel marin à usage agressif.
• C54400 (bronze phosphoreux) : Cet alliage intègre du phosphore pour améliorer la ténacité et la résistance à la fatigue, ce qui le rend efficace pour une utilisation comme ressorts, connecteurs électriques et instruments de précision où la flexibilité et la durabilité sont des critères de conception cruciaux.
  
• C65500 (Bronze Silicium):Cet alliage soudable présente une excellente résistance à la corrosion pour les applications en eau salée et est souvent usiné dans des boulons, des attaches et des accessoires architecturaux où la forme et la fonction sont toutes deux importantes.

Configuration de la machine CNC

Ensuite, fixez votre pièce en bronze sur votre machine CNC et commencez le processus de gravure, de perçage et de mise en forme comme vous le souhaitez. 

La machine automatise l'opération, mais vous devez garder un œil sur la vitesse et les taux d'avance afin que le bronze soit coupé exactement selon vos spécifications.

Vérifiez régulièrement l'outillage

Réduisez l'usure des outils en utilisant des liquides de refroidissement hydrosolubles ou à base d'huile adaptés au bronze. Cela réduira les frottements et maintiendra le dispositif d'usinage à basse température, évitant ainsi toute surchauffe lors des travaux plus lourds.

Finition

Le processus d'usinage se termine par l'élimination complète des aspérités et des parties saillantes résultant de la découpe et du façonnage. Vous pouvez nettoyer et polir la pièce en bronze pour lui donner un fini brillant.

 Dans certains cas, vous devrez peut-être traiter thermiquement le bronze pour améliorer sa ténacité et sa résistance à la corrosion. 

Contrôle de qualité

L’étape finale consiste à inspecter votre travail pour en vérifier la qualité et à s’assurer qu’il est conforme à vos spécifications et dimensions exactes.

Tournage CNC Bronze

Le tournage CNC du bronze utilise un mandrin rotatif sur un tour où est fixée la pièce en bronze. Lorsque la pièce tourne à grande vitesse, un outil de coupe monopointe se déplace pour façonner le matériau radialement. 

La plupart des opérations de tournage CNC sont automatiques et utilisent un code G pour ajuster automatiquement les vitesses d'avance, la vitesse du mandrin et le débit du liquide de refroidissement. 

Fraisage CNC Bronze

L'usinage CNC du bronze est destiné aux pièces aux formes et aux caractéristiques plus complexes. Il utilise une commande numérique par ordinateur pour créer des découpes, des formes et des caractéristiques précises dans le bronze. 

Le fraisage CNC utilise un outil de coupe rotatif et une pièce fixe en bronze. Il s'agit d'un procédé d'usinage soustractif qui utilise les instructions d'un fichier FAO et usine généralement des pièces rectangulaires. 

L'usinage CNC du bronze utilise des fraises en carbure pour couper le bronze. Il est préférable d'utiliser des revêtements TiN sur les outils en carbure pour prolonger leur durée de vie. L'usinage du bronze produit des copeaux gommeux, qu'un solvant aqueux peut éliminer de la zone de coupe. 

• Alimentation : 300 à 800 tr/min et une vitesse d’avance comprise entre 0.002 et 0.005 pouce par dent.
• Liquide de refroidissement : Liquide de refroidissement à base d'eau ou usinage à sec à des vitesses plus lentes pour les petites pièces.

Défis et solutions de l'usinage CNC du bronze

L'usinage du bronze à l'aide de machines CNC présente de nombreux avantages en termes de précision, d'efficience et d'efficacité. Cependant, le traitement du bronze peut s'avérer complexe et peut souvent poser des problèmes spécifiques.

Gommage et accumulation du matériau en laiton

Le bronze et en particulier ses alliages comme le bronze phosphoreux (C54400) peuvent être « gommeux » ou collants, ce qui conduit le matériau à s'étaler sur le bord de l'outil de coupe (appelé bord rapporté, ou BUE), ce qui finit par créer un outil terne et détruit la finition de surface.

Pour réduire le collage, utilisez des outils en carbure tranchants et polis, non revêtus ou avec un revêtement à faible friction comme le TiN.

Utilisez un lubrifiant à base d’eau qui peut éliminer les copeaux et les débris des zones d’usinage. Pour les installations sèches, l'air comprimé fonctionne, mais faites attention à la chaleur.

Tournage de pièces métalliques 

Durcissement au travail

Le bronze durcira en surface si le matériau est coupé de manière trop agressive ou si un outil insuffisamment tranchant est utilisé pour les passes suivantes, risquant ainsi de casser l'outil et/ou de l'user excessivement.

Pour éviter les surcharges, utilisez des coupes très superficielles, avec une profondeur de coupe comprise entre 0.020 et 0.050 po pour l'ébauche et une profondeur inférieure pour la finition. Les avances de tournage sont similaires, de l'ordre de 0.002 à 0.005 po/dent. Maintenez les outils bien aiguisés et remplacez-les de manière proactive ; les outils émoussés contribuent au durcissement.

Production de chaleur

Le frottement à des vitesses élevées ou des coupes importantes peut créer suffisamment de chaleur pour déformer la pièce ou l'outil, auquel cas une dilatation thermique ou une usure de l'outil se produira.

Pour résoudre ce problème, maintenez une vitesse de broche modérée en fonction de l'alliage, par exemple entre 300 et 800 tr/min, en fonction du diamètre de l'outil. Utilisez un liquide de refroidissement pour contrôler la chaleur et prolonger la durée de vie de l'outil.

Minimiser le temps de coupe continu (c'est-à-dire, ébauche par étapes de la pièce au lieu d'une passe profonde).

Gestion des puces

Éliminez les copeaux continus qui obstruent l'espace de travail, s'enroulent autour de l'outil ou rayent la pièce lors de l'usinage du bronze. 

Utiliser des outils avec des géométries de bris de copeaux (fraises à hélice élevée pour le fraisage, etc.)

Augmentez légèrement l'avance pour créer des copeaux plus courts, mais sans forcer l'outil. Un jet de liquide de refroidissement ou d'air comprimé devrait éliminer les copeaux.

Alternative au bronze dans l'usinage

Comme vous l'avez découvert dans cet article, le bronze est un matériau idéal pour l'usinage. Cependant, d'autres options s'offrent à vous en fonction des besoins de votre projet.

Contrôle de qualitéLaiton

Laiton

Le laiton est souvent considéré comme une meilleure alternative au bronze si votre travail nécessite un matériau plus léger et doté d'une meilleure conductivité électrique. Il est facile à travailler grâce à sa polyvalence et à son prix. Le laiton est généralement beaucoup moins cher que le bronze et d'autres matériaux de substitution comme le cuivre.

Copper

Le cuivre est une autre alternative idéale dans les environnements où une conductivité électrique et thermique élevée est essentielle. Certains le trouvent plus facile à travailler que le bronze et le laiton, notamment parce qu'il conserve ses qualités de résistance à la corrosion et de flexibilité. Cependant, le cuivre est plus tendre que le bronze ; son utilisation dans un projet privilégiant la durabilité à long terme pourrait donc s'avérer difficile. 

Acier

L'acier surpasse largement le bronze en termes de solidité et de résistance à la corrosion, tout en résistant aux produits chimiques et aux températures extrêmes. L'acier inoxydable, en particulier, est très résistant à la rouille et à la corrosion.

Aluminium

L'aluminium est généralement plus facile et plus rapide à usiner en raison de sa légèreté. Il est particulièrement adapté aux situations nécessitant un usinage à grande vitesse, une bonne conductivité thermique et des pièces légères. 

Les pièces aérospatiales et les composants automobiles utilisent fréquemment l’usinage de l’aluminium. 

Services d'usinage du bronze chez Prolean-Tech

Vous cherchez à vous approvisionner en produits de qualité supérieure ? usinage des alliages de bronzeChez Pro-lean Tech, nous fournissons non seulement des services d'usinage du laiton de haute précision, mais nous disposons également d'un stock d'alliages de bronze répondant aux normes UNS exactes.

Contactez notre équipe aujourd'hui pour une consultation gratuite sur votre projet en bronze.

Conclusion

Le bronze est un matériau polyvalent offrant une bonne résistance mécanique, une bonne résistance à la corrosion et une esthétique soignée. Bien que son usinage présente de nombreux défis, un outillage et des vitesses d'avance adaptés peuvent les surmonter. 

Le bronze est utilisé dans les roulements, les engrenages, les bagues et les machines industrielles, ce qui prouve qu'un usinage de haute précision et un outillage correct peuvent produire des pièces en bronze complexes.