Μεταξύ των πρώτων υλικά Χρησιμοποιείται ποτέ στην κατασκευή, το κράμα χαλκού έχει χρησιμοποιηθεί και εμπιστευτεί οι μηχανικοί από την αρχαιότητα. Χαλκί κατεργάζεται σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής και της ναυτιλίας, λόγω της εντυπωσιακής ανθεκτικότητας και της αντοχής στη διάβρωση, καθώς και λόγω των χαρακτηριστικών χαμηλής τριβής.
Αυτός ο οδηγός έχει ως στόχο να καλύψει το φάσμα της κατεργασίας μπρούντζου με CNC, από τα διάφορα κράματα μπρούντζου και τον τρόπο επιλογής του καλύτερου ανάλογα με τις ανάγκες σας, έως τις διάφορες περιπλοκές που σχετίζονται με την κατεργασία του μπρούντζου.
Τι είναι η κατεργασία χαλκού;
Με λίγα λόγια, η κατεργασία του χαλκού είναι ένας τύπος αφαιρετικής κατασκευής όπου, με τη χρήση λογισμικού CAD/CAM και κατεργασίας CNC, ένα κράμα χαλκού μετατρέπεται από ένα συμπαγές μπλοκ στο επιθυμητό σχήμα. Ο χαλκός μπορεί να λιώσει και να χυτευθεί σε ένα προκαθορισμένο σχήμα, ωστόσο, για πολλές εφαρμογές υψηλής απόδοσης, είναι προτιμότερο να κατεργαστεί το κράμα, καθώς αυτό θα οδηγήσει σε πολύ καλύτερο έλεγχο των ανοχών, καθώς και σε ένα πιο ομαλό φινίρισμα επιφάνειας.
Το πιο συνηθισμένο κράμα με μπρούντζο είναι ο χαλκός, με κύριο μέταλλο κράματος τον κασσίτερο, ωστόσο για να βελτιωθούν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του κράματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα μέταλλα όπως ψευδάργυρος, μαγγάνιο, αλουμίνιο ή νικέλιο.
Ένας από τους λόγους για τους οποίους χρησιμοποιείται αυτή η ουσία είναι η συμπεριφορά κατεργασίας του υλικού. Γενικά, οι διαφορετικές ποικιλίες κραμάτων χαλκού παρουσιάζουν καλές αξιολογήσεις στην κατεργασιμότητα, αν και αυτό εξαρτάται από την συγκεκριμένη ποικιλία. Εκτός από την ευκολία κοπής, άλλες πολύτιμες ιδιότητες του υλικού περιλαμβάνουν την υψηλή θερμική αγωγιμότητα και την εξαιρετική αντοχή στην τριβή, γεγονός που το καθιστά ιδανικό και για εξαρτήματα που ολισθαίνουν σε άλλα μέταλλα, όπως γρανάζια και δακτύλιους.
Η διαδικασία κατεργασίας χαλκού CNC
Παρόλο που ο μπρούντζος επεξεργάζεται χειρωνακτικά εδώ και αιώνες, έχει φτάσει σε ένα εντελώς νέο επίπεδο ακρίβειας και επαναληψιμότητας με την κατεργασία χαλκού-μπρούντζου CNC. Τα συστήματα CNC (Computer Number Control - Υπολογιστικός Αριθμητικός Έλεγχος) καθιστούν δυνατή την εκτέλεση πολύπλοκων σχημάτων που δεν μπορούν να επιτευχθούν με χειροκίνητη κατεργασία.
Τόρνευση CNC εναντίον Φρέζας CNC
Η συγκεκριμένη μέθοδος CNC που χρησιμοποιείται βασίζεται στη γεωμετρία του εξαρτήματος που πρόκειται να κατασκευαστεί.
- Τόρνευση CNC: Εάν τα εξαρτήματα είναι κυλινδρικά, όπως δακτύλιοι, ρουλεμάν ή άξονες, τότε αυτή είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος. Ένας τόρνος CNC είναι το προτιμώμενο εργαλείο. Το χάλκινο τεμάχιο περιστρέφεται ενώ βρίσκεται μέσα σε αυτό, ένα σταθερό εργαλείο κοπής αφαιρεί το υλικό.
- Φρέζα CNC: Εάν το τεμάχιο εργασίας δεν είναι κυλινδρικό, όπως με βραχίονες, πλάκες ή περίπλοκα περιβλήματα, τότε δεν αποτελεί εξαίρεση. Το τεμάχιο εργασίας παραμένει ακίνητο ενώ μέσα σε αυτό, ένα περιστρεφόμενο εργαλείο κοπής κινείται κατά μήκος της επιφάνειας για να χαράξει το καθορισμένο σχήμα.
Επιλογή του σωστού εργαλείου κατεργασίας χαλκού CNC
Η κατεργασία CNC με χαλκό βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο εργαλείο. Προτιμάται να είναι καρβίδιο λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας, καθώς και λόγω της υψηλότερης και της χαμηλότερης ταχύτητας κοπής. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μικρή αύξηση της διάρκειας ζωής του εργαλείου και καλύτερο φινίρισμα της επιφάνειας.
Είναι σημαντικό να βρείτε το «καλό σημείο» για τις ταχύτητες κοπής, καθώς ο μπρούντζος είναι πιο σκληρός από το πλαστικό αλλά πιο μαλακός από τον χάλυβα. Εάν οι ταχύτητες κοπής είναι πολύ χαμηλές, το εργαλείο μπορεί να τρίβεται και να κόβει, με αποτέλεσμα τη σκλήρυνση κατά την εργασία. Ωστόσο, εάν οι ταχύτητες κοπής είναι πολύ υψηλές, η παραγωγή θερμότητας μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ακρίβεια των διαστάσεων του τελικού εργαλείου.
Κράματα χαλκού βαθμού για κατεργασία CNC
Η συνηθισμένη εσφαλμένη ονομασία της αναφοράς στον μπρούντζο μεμονωμένα, σαν να πρόκειται για ένα ξεχωριστό υλικό, είναι λανθασμένη. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για μια κατηγορία κραμάτων και, ως εκ τούτου, η πιο σημαντική απόφαση που πρέπει να ληφθεί στη διαδικασία κατασκευής είναι η επιλογή της κατάλληλης ποιότητας. Κάθε ποιότητα παρουσιάζει έναν διαφορετικό συνδυασμό γλυπτικής ικανότητας, αντοχής σε εφελκυσμό και αντοχής στη σκουριά.
C932 Ρουλεμάν Χάλκινο (SAE 660)
Το C932, επίσης γνωστό ως SAE 660, είναι ίσως το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο κράμα χαλκού στον κόσμο της κατεργασίας. Η σύνθεσή του περιλαμβάνει χαλκό, κασσίτερο και μόλυβδο.
- Ιδιότητες:Ο μόλυβδος που είναι αναμεμειγμένος σε αυτό το κράμα του προσδίδει υψηλή μηχανική κατεργασία καθώς και τάσεις αυτολίπανσης. Ο μπρούντζος δεν είναι θερμικά επεξεργάσιμος, αλλά μάλλον είναι πιο σκληρός και προσφέρει υψηλή αντοχή στη φθορά.
- Καλύτερη χρήση:Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτό είναι το χρυσό πρότυπο για δακτυλίους, ρουλεμάν και ροδέλες ώσης όπου απαιτείται χαμηλή τριβή.
C954 Αλουμίνιο Χάλκινο
Ο χαλκός αλουμινίου C954 είναι από τους πιο ευνοϊκούς χαλκούς για χρήση όποτε απαιτείται αντοχή, καθώς είναι ένα κράμα υψηλής αντοχής αλουμινίου, σιδήρου και νικελίου.
- Ιδιότητες: Παρουσιάζει μεγαλύτερο όριο διαρροής και υψηλή αντοχή στη σκουριά, συμπεριλαμβανομένης της φθοράς και της κόπωσης, καθώς είναι μηχανικής φύσης ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες, σε αντίθεση με το C932.
- Καλύτερη χρήση:Είναι κατάλληλο για βαριά φορτία και περιβάλλοντα υψηλής καταπόνησης, όπως ρουλεμάν βαρέος εξοπλισμού, οδηγοί βαλβίδων και εξαρτήματα συστήματος προσγείωσης αεροσκαφών.
C260 Φυσίγγιο Ορείχαλκου (Κράμα Ορείχαλκου-Χαλκού)
Ενώ τεχνικά είναι ορείχαλκος (χαλκός και ψευδάργυρος), το C260 συχνά ομαδοποιείται με τον μπρούντζο σε περιβάλλοντα κατεργασίας λόγω παρόμοιων εφαρμογών και επεξεργασίας.
- Ιδιότητες:Γνωστός για την υψηλότερη ολκιμότητα από τους κίτρινους ορείχαλκους, έχει εξαιρετική ψυχρή κατεργασία. Είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στη διάβρωση, αλλά γενικά είναι πιο δύσκολος στην κατεργασία από τους μολυβδούχους μπρούντζους.
- Καλύτερη χρήση:Χρησιμοποιείται συχνά σε εξαρτήματα πυρομαχικών (εξ ου και το όνομα), συνδετήρες και υλικό όπου απαιτείται βαθιά κέντημα ή διαμόρφωση.
C510 Φωσφορικός Χάλκινος
Το C510 είναι μια ποιότητα που ορίζεται από την προσθήκη φωσφόρου στο μείγμα χαλκού-κασσιτέρου.
- Ιδιότητες:Ο φώσφορος αυξάνει την αντοχή στη φθορά και την ακαμψία του κράματος, ενώ παράλληλα βελτιώνει τη δομή των κόκκων. Είναι γνωστό για την εξαιρετική αντοχή στην κόπωση και την ελαστικότητά του.
- Καλύτερη χρήση:Λόγω των ελατηριωτών ιδιοτήτων του και της ηλεκτρικής αγωγιμότητάς του, είναι ιδανικό για ηλεκτρικούς συνδετήρες, εξαρτήματα διακοπτών και ελατηριωτές ροδέλες.
Εφαρμογές των κατεργασμένων χάλκινων εξαρτημάτων
Η ευελιξία του κατεργασία μπρούτζου σημαίνει ότι βρίσκεται σχεδόν σε κάθε τομέα της βιομηχανικής οικονομίας.
Ναυτιλιακή βιομηχανία
Τα περισσότερα μέταλλα διαβρώνονται σε επαφή με αλμυρό νερό, αλλά ο μπρούντζος είναι φυσικά ανθεκτικός.
- Βασικά μέρη:Έλικες πλοίων, υποβρύχια εξαρτήματα, αντλίες και βαλβίδες.
- Γιατί:Ο χαλκός σχηματίζει ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου που αποτρέπει τη βαθιά διάβρωση, εξασφαλίζοντας μακροζωία ακόμα και όταν είναι βυθισμένος.
Αυτοκίνητο και αεροδιαστημική
Σε αυτούς τους κλάδους, η αστοχία δεν αποτελεί επιλογή και τα εξαρτήματα συχνά υπόκεινται σε υψηλή τριβή και θερμότητα.
- Βασικά μέρη:Δακτύλιοι πιλότου κιβωτίου ταχυτήτων, οδηγοί βαλβίδων, εξαρτήματα συστήματος προσγείωσης και ρουλεμάν μπιέλας.
- Γιατί:Η χαμηλή τριβή μετάλλου με μέταλλο του μπρούντζου αποτρέπει το κόλλημα και μειώνει τη φθορά στα εξαρτήματα από χάλυβα που συνδυάζονται.
Βιομηχανικός εξοπλισμός
Τα βαριά μηχανήματα απαιτούν εξαρτήματα που μπορούν να αντέξουν σε χτυπήματα και να συνεχίσουν να λειτουργούν.
- Βασικά μέρη:Γρανάζια ατέρμονα κοχλία, πλάκες φθοράς και υδραυλικά εξαρτήματα.
- Γιατί:Τα χάλκινα γρανάζια συχνά συνδυάζονται με ατσάλινες ατέρμονες έλικες. Το χάλκινο είναι θυσιαστικό, που σημαίνει ότι θα φθαρεί αργά πριν από τον πιο ακριβό ατσάλινο άξονα, προστατεύοντας το συνολικό σύστημα.
Electrical
Η αγωγιμότητα σε συνδυασμό με την ανθεκτικότητα καθιστούν συγκεκριμένα κράματα χαλκού απαραίτητα για την ηλεκτρονική.
- Βασικά μέρη:Ακροδέκτες ασφαλειοδιακόπτη, κλιπ ασφαλειών και ελατηριωτοί σύνδεσμοι.
- Γιατί:Ο φωσφορικός χαλκός (C510) παρέχει την ηλεκτρική διαδρομή διατηρώντας παράλληλα την τάση του ελατηρίου που απαιτείται για τη διατήρηση μιας στενής σύνδεσης.
Συνήθεις προκλήσεις στην κατεργασία χαλκού
Παρόλο που ο μπρούντζος θεωρείται ένα από τα πιο φιλικά προς τους μηχανικούς υλικά, υπάρχουν ορισμένες ανησυχίες σχετικά με αυτόν. Συγκεκριμένες συμπεριφορές του κράματος μπορούν να οδηγήσουν στην καταστροφή ενός τεμαχίου εργασίας ή στη ζημιά των εργαλείων, εάν ο χειριστής δεν τις γνωρίζει.
Εργασία σκλήρυνση
Αυτή είναι αναμφισβήτητα η μεγαλύτερη πρόκληση κατά την εργασία με κράματα με βάση τον χαλκό. Το εργαλείο κοπής θα παραμείνει ακίνητο ή οι ρυθμοί τροφοδοσίας θα είναι πολύ αργοί, με αποτέλεσμα η πίεση να συμπιέσει το υλικό αντί να το κόψει. Η επιφάνεια σκληραίνει επίσης, εμποδίζοντας την κοπή του υλικού. Αυτό είναι γνωστό ως σκλήρυνση κατά την κατεργασία.
Η FixΒεβαιωθείτε ότι διατηρείτε σταθερό, δυναμικό ρυθμό πρόωσης με αιχμηρά εργαλεία κοπής. Η επιφάνεια του κράματος δεν πρέπει ποτέ να τρίβεται από το εργαλείο.
Chip Control
Μόλυβδος-Χάλκινο (C932): Αυτό το κράμα παράγει ένα σύνολο από κοντά, εύθραυστα θραύσματα που διαχειρίζονται εύκολα.
Αλουμίνιο-Χαλκός (C954): Αυτό το κράμα μπορεί να παράγει μερικά μακριά και ινώδη θραύσματα που σχηματίζουν φωλιές πουλιών, που σημαίνει ότι τυλίγονται γύρω από το εργαλείο ή το εξάρτημα και μπορούν να προκαλέσουν ζημιά στην επιφάνεια ή θραύση του εργαλείου.
Το Fix: Χρησιμοποιήστε ψυκτικό υψηλής πίεσης για να αφαιρέσετε γρήγορα τα θραύσματα.
Η επιφάνεια τελειώνει
Ο μπρούντζος έχει το πλεονέκτημα ότι επιτυγχάνει ένα ωραίο, χρυσό φινίρισμα, αλλά γρατσουνίζεται και είναι αρκετά μαλακός ώστε να καταστρέφεται εύκολα. Επίσης, η κατεργασία αυτού του υλικού προκαλεί θερμική διαστολή, η οποία μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με τις ανοχές.
Το Fix: Το φινίρισμα θα πρέπει να γίνεται με ξεχωριστό πέρασμα χρησιμοποιώντας υψηλότερη ταχύτητα άξονα και μειωμένο ρυθμό πρόωσης. Είναι επίσης σημαντικό το εξάρτημα να διατηρείται δροσερό για να αποφευχθούν προβλήματα με τη σταθερότητα των διαστάσεων.
Ζητήματα ασφαλείας κατά την κατεργασία χαλκού
Η ασφάλεια είναι ύψιστης σημασίας σε κάθε μηχανουργείο, αλλά κατεργασία μπρούτζου εισάγει συγκεκριμένους κινδύνους που πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Σκόνη και αναθυμιάσεις
Η κύρια ανησυχία είναι η εισπνοή λεπτής μεταλλικής σκόνης. Ενώ η σκόνη χαλκού είναι ερεθιστική, τα πρόσθετα στον μπρούντζο αποτελούν τον πραγματικό κίνδυνο.
- Οδηγω:Πολλά κατεργασμένα μπρούντζινα γλυπτά (όπως το C932) περιέχουν μόλυβδο. Η εισπνοή ή η κατάποση σωματιδίων μολύβδου μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά μακροπρόθεσμα προβλήματα υγείας.
- Βηρύλλιο:Αν και λιγότερο συνηθισμένο, το βηρύλλιο-χαλκός είναι εξαιρετικά τοξικό και η κατεργασία του απαιτεί αυστηρά πρωτόκολλα για την επικίνδυνη επεξεργασία υλικών.
ΜΑΠ (Εξοπλισμός Ατομικής Προστασίας)
Οι χειριστές θα πρέπει πάντα να φορούν τον τυπικό εξοπλισμό ατομικής προστασίας μηχανουργείου, συμπεριλαμβανομένων γυαλιών ασφαλείας και μποτών με ατσάλινη μύτη. Ωστόσο, όταν εργάζεστε με ξηρό μπρούντζο (χωρίς ψυκτικό μέσο πλημμύρας), συνιστάται ιδιαίτερα η χρήση κατάλληλα τοποθετημένης αναπνευστικής συσκευής, σχεδιασμένης για μεταλλικές αναθυμιάσεις/σκόνη.
Αερισμός
Ο γενικός κλιματισμός στο συνεργείο είναι συχνά ανεπαρκής. Τα συστήματα τοπικού εξαερισμού (LEV) θα πρέπει να τοποθετούνται κοντά στο μηχάνημα CNC για να συγκρατούν τη σκόνη και την ομίχλη στην πηγή. Εάν χρησιμοποιείτε ψυκτικό μέσο πλημμύρας, βεβαιωθείτε ότι το σύστημα φιλτραρίσματος έχει σχεδιαστεί για να χειρίζεται λεπτά σωματίδια χαλκού για να αποτρέπεται η φθορά της αντλίας.
Συμπέρασμα
Η κατεργασία CNC από κράμα χαλκού μας προσφέρει ιδιότητες που δεν μπορούμε να επιτύχουμε με πλαστικά και χάλυβα. Αυτό το υλικό είναι ύψιστης σημασίας για την παραγωγή προϊόντων μακράς διαρκείας, χαμηλής τριβής και ανθεκτικών στη διάβρωση, από τα βάθη των ωκεανών μέχρι τους κινητήρες των αεροσκαφών.
Το πρώτο βήμα είναι η επιλογή του σωστού κράματος. Το πιο ανθεκτικό φορτίο είναι το C954 και για τα ρουλεμάν αυτό είναι το τυπικό C932. Το δεύτερο βήμα είναι η γνώση του τρόπου κατεργασίας του.
Βεβαιωθείτε ότι έχετε την κατάλληλη τεχνογνωσία στο πλευρό σας όταν ξεκινάτε το επόμενο έργο σας. Μπορείτε να επικοινωνήσετε με ειδικούς και μηχανικούς στην κατεργασία χαλκού για να επιλέξετε το σωστό κράμα με την καλύτερη τιμή από την Bonbby.
Συχνές Ερωτήσεις (FAQs)
Q: Είναι εύκολο να γίνει κατεργασία του χαλκού;
Α: Συνολικά, ναι. Τα περισσότερα τυπικά κράματα χαλκού, και ειδικά αυτά που περιέχουν μόλυβδο, όπως το C932, έχουν βαθμολογία κατεργασιμότητας 100 τοις εκατό (σύμφωνα με τις οδηγίες για την ελεύθερη κοπή ορείχαλκου). Συνεισφέρουν μικρές αποσβέσεις υλικού και έχουν ως αποτέλεσμα ελάχιστη φθορά στο εργαλείο. Με αυτό που είπαν, τα κράματα που έχουν υψηλή αντοχή, όπως το αλουμίνιο-μπρούντζο, είναι πιο δύσκολα και πιο λειαντικά, απαιτώντας πιο ανθεκτικά εργαλεία που πρέπει να περιστρέφονται με χαμηλότερους ρυθμούς.
Q: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της κατεργασίας ορείχαλκου και χαλκού;
Α: Παρά το γεγονός ότι και τα δύο είναι κράματα χαλκού, ο ορείχαλκος (χαλκός και ψευδάργυρος) είναι γενικά πιο εφικτός στην κατεργασία από τον μπρούντζο (χαλκός και κασσίτερος). Ο ορείχαλκος είναι πιο κατάλληλος για καλλυντικές χρήσεις και χρήσεις χαμηλής τριβής, ενώ ο μπρούντζος είναι πιο κατάλληλος σε περιβάλλοντα και εφαρμογές που απαιτούν υψηλό βαθμό δομικής αντοχής, αντοχής στη φθορά και αντοχής στη διάβρωση.
Q: Μπορείτε να στεγνώσετε το μπρούντζο με μηχανή;
Α: Είναι δυνατό, αλλά δεν συνιστάται για εργασίες υψηλής ακρίβειας ή υψηλής ταχύτητας. Η χρήση ψυκτικού βοηθά στην απομάκρυνση των ρινισμάτων, αποτρέπει την υπερθέρμανση του τεμαχίου εργασίας (η οποία επηρεάζει την ανοχή) και λιπαίνει τη δράση κοπής για να βελτιώσει το φινίρισμα της επιφάνειας. Η ξηρή κατεργασία αυξάνει τον κίνδυνο σκλήρυνσης κατά την κατεργασία.
Q: Γιατί το χάλκινο εξάρτημά μου παραμορφώνεται μετά την κατεργασία;
Α: Αυτό συνήθως οφείλεται σε εσωτερικές τάσεις στο υλικό ή στην πίεση σύσφιξης. Επειδή ο μπρούντζος είναι πιο μαλακός από τον χάλυβα, η πολύ σφιχτή σύσφιξή του σε μια μέγγενη ή σφιγκτήρα μπορεί να τον παραμορφώσει. Επιπλέον, η αφαίρεση μεγάλης ποσότητας υλικού μπορεί να απελευθερώσει εσωτερικές τάσεις, προκαλώντας παραμόρφωση του εξαρτήματος. Η αποφόρτιση του υλικού από τις τάσεις πριν από την κατεργασία μπορεί να βοηθήσει.
Q:Ποιο είναι το καλύτερο ψυκτικό υγρό για την κατεργασία χαλκού;
Α: Τα υδατοδιαλυτά έλαια είναι συνήθως η καλύτερη επιλογή. Παρέχουν εξαιρετικές ιδιότητες ψύξης για τη διαχείριση της παραγωγής θερμότητας και προσφέρουν επαρκή λίπανση για να αποτρέψουν την προσκόλληση του υλικού στο εργαλείο (συσσωρευμένη άκρη). Αποφύγετε τα ψυκτικά μέσα με ενεργό θείο, καθώς μπορούν να λεκιάσουν το χάλκινο τεμάχιο εργασίας.
