ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

ul. Twardosławicka 101
97-300 Piotrków Trybunalski

  zmz@zmzcnc.com
  +48 606 934 054

Brąz

Klasyczny brąz jest stopem miedzi o zawartości 80-90%, cyny do maksymalnie 8,5% oraz innych pierwiastków jak np. fosfor, nikiel, mangan, aluminium lub cynk. Specyficzna kombinacja tych pierwiastków wpływa na właściwości brązu, determinując takie czynniki jak twardość, ciągliwość i elastyczność, jak i  wytrzymałość, trwałość i odporność na korozję. Brąz ma również wyjątkowo wysoką skrawalność i 100% obrabialność. Zewnętrzną obróbkę CNC można wykonywać ze stosunkowo dużymi prędkościami, natomiast niższe prędkości są zalecane w przypadku wytaczania lub wiercenia, a bardzo wolne prędkości w przypadku rozwiercania. Usługi CNC korzystają więc z brązu do produkcji łożysk, przekładni i innych elementów precyzyjnych w takich choćby branżach jak lotnicza, morska, motoryzacyjna czy medyczna. Z tego względu idealnie nadaje się do obróbki mechanicznej, dzięki czemu można go precyzyjnie formować, wiercić, obrabiać za pomocą maszyn CNC.

brąz

Spis treści:

  1. Jakie zalety w obróbce CNC posiada brąz?
  2. Brąz i jego słabe strony
  3. Jak można podzielić brąz ze względu na skład i zastosowanie?
  4. Przykładowe produkty wykonane z brązu
  5. Brąz i różne sposoby wykończenia jego powierzchni
  6. Czy brąz zawsze musi być drogi?

Jakie zalety w obróbce CNC posiada brąz?

Brąz ma wiele właściwości, dzięki którym jest idealny do obróbki CNC. Do najważniejszych zaliczymy:

  • bardzo dobrą skrawalność, co umożliwia łatwą i precyzyjną obróbkę oraz tworzenie skomplikowanych i złożonych kształtów przy minimalnym zużyciu narzędzia,
  • doskonałą odporność na korozję, więc jest to dobry wybór do produkcji elementów narażonych na działanie trudnych warunków środowiskowych lub substancji żrących,
  • brąz nie jest tak twardy jak inne metale, ale równoważy to swoją wytrzymałością i plastycznością, jest więc wszechstronnym metalem do różnych zastosowań,
  • ma wyjątkową przewodność cieplną, co ułatwia efektywne odprowadzanie ciepła podczas obróbki, zmniejszając ryzyko przegrzania i zapewniając tym samym dokładność wymiarową,
  • ma niski współczynnik tarcia, dzięki czemu można go zastosować tam, gdzie kluczowe znaczenie ma zmniejszone tarcie i zużycie np. w produkcji łożysk i elementów ślizgowych.

Jakie są słabe strony brązu?

Można tu wymienić m.in.:

  • cenę, gdyż brąz to stop miedzi i cyny, a przez to jest zwykle droższy w porównaniu z alternatywami,
  • uzyskanie skomplikowanych kształtów i złożonych geometrii może być większym wyzwaniem, gdyż miękki materiał może utrudniać precyzję wykonania drobnych szczegółów,
  • obróbka brązu generuje więcej ciepła w porównaniu do obróbki twardszych metali, a to może mieć wpływ na trwałość i wydajność narzędzia,

Jak można podzielić brąz ze względu na skład i zastosowanie?

Do najważniejszych rodzajów brązu ze względu na skład możemy zaliczyć:

Brąz aluminiowy

Zawiera ok. 82,7% miedzi, 9-14% aluminium oraz 4% żelaza. Zapewnia doskonałą odporność na korozję i wytrzymałość porównywalną ze stalą średniowęglową, dzięki czemu jest stosowany w różnorodnych gałęziach przemysłu.

Brąz fosforowy

To stop 95% miedzi, 0,5-11% cyny oraz 0,01-0,35% fosforu, często ze śladowymi dodatkami innych pierwiastków. Cyna zwiększa odporność na korozję. Natomiast fosfor ma wpływ na zużycie i twardość. Stop o takim składzie jest niezwykle wytrzymały i ma niskie tarcie. Jest też idealnie płynny w formie stopionej. Szeroko stosowany do produkcji sprężyn, śrub, tulei, przełączników elektrycznych, mostów dentystycznych, ale i w przemyśle morskim do np. śrub napędowych statków.

Brąz krzemowy

Stop o niskiej zawartości ołowiu, śladowych ilości manganu, aluminium i cynku zmieszanymi z 94-96% miedzi, 2,5-6% krzemu oraz 0,3-1,4% żelaza. Jest odporny na korozję, a jego gęstość sprawia, że nadaje się do odlewania i spawania. Dwie istotne właściwości mechaniczne tego stopu to wysoka granica plastyczności przy rozciąganiu oraz twardość, która wskazuje na jego większą wytrzymałość niż miedź. Brąz krzemowy jest stosowany w sprzęcie morskim, śrubach U, dekoracjach architektonicznych, zastosowaniach hydraulicznych, rurach i prętach spawalniczych.

Brąz niklowo-aluminiowy

Stopy tego typu wykazują zwiększoną wytrzymałość dzięki dodatkowi żelaza i niklu. Brąz składa się z 79% miedzi, 8,5-9,5% aluminium, 3,5-4,5% niklu i inne pierwiastki, a dzięki temu zwiększa się jego wytrzymałość bez uszczerbku dla plastyczności. Są stosowane w przemyśle morskim do produkcji zaworów, śrub napędowych statków, tulei, łożysk, płyt ścieralnych i elementów zaworów hydraulicznych. Jego odporność na korozję sprawia, że można go stosować w produkcji elementów dla przemysłu lotniczego i kosmicznego.

Brąz bizmutowy

Zwany jest również brązem bezołowiowym lub mosiądzem bezołowiowym. Nadaje się do recyklingu i eliminuje zagrożenia, wynikające z obecności w składzie ołowiu. Zwykle zawiera 87-91% miedzi, 1-6% bizmutu, 1% niklu, 2-4% cyny i cynku. Jest odporny na wysoką temperaturę, na korozję i można go stosować w instalacjach wodno-kanalizacyjnych, elementach złącznych, łożyskach i innych zastosowaniach koniecznych do zapewnienia bezpieczeństwa wodzie pitnej, gdyż jest nietoksyczny, choć droższy i trudniejszy w recyklingu.

Brąz łożyskowy

Stop, który składa się z 81-85% miedzi, 6-8% ołowiu, 6,3-7,5% cyny i 2-4% cynku. Dzięki stałej gęstości i miedziano-złotej barwie jest często używany do lekkich zastosowań ze względu na łatwość kształtowania. Jest odporny na korozję oraz posiada właściwości samosmarujące, dzięki czemu nadaje się do zastosowań morskich. Ze względu na właściwości mechaniczne, w tym niską granicę plastyczności na rozciąganie i umiarkowaną skrawalność idealnie nadaje się do produkcji łożysk, tulei, wirników, płyt, podkładek oraz łożysk do obrabiarek.

Brąz cynowy

Głównym pierwiastkiem stopowym jest tu cyna. Stopy te mają dobre właściwości mechaniczne, dzięki czemu nadają się do wielu zastosowań w przemyśle ciężkim, mimo że ich koszt jest wysoki. Brąz ten zawiera 89% miedzi oraz 11% cyny, co powoduje że nadaje się do produkcji pomp, przekładni, tulei i elementów konstrukcyjnych. Dobrze sprawdzi się również w pracy przy niskich prędkościach i dużych obciążeniach jak np. w prowadnicach zaworów, sworzniach tłokowych, jak i różnych rodzajach łożysk. Jest również odporny na korozję.

Brąz manganowy

Składa się z 60-68% miedzi, 25% cynku, 3,0-7,5% aluminium, 2,5-5,0% manganu i 2,0-4,0% żelaza. Charakteryzuje się wyjątkową wytrzymałością i odpornością na zużycie. Jest trudny w obróbce, ale ma niezwykle imponującą granicę plastyczności na rozciąganie wynoszącą 460 MPa i wytrzymałość zmęczeniową 170 MPa. Z tych powodów jest preferowanym wyborem w przemyśle lotniczym, morskim oraz naftowo-gazowym. Stosuje się go do produkcji np. prętów spawalniczych, elementów złącznych, kół zębatych, wolnoobrotowych łożysk o dużym obciążeniu, krzywek i części podwozia.

Brąz miedziowo-niklowy

Jest to popularny stop o dużej trwałości, odporności na korozję (szczególnie w słonej wodzie) i doskonałej stabilności termicznej. Zawiera 70-90% miedzi i 2-30% niklu, który poprawia wytrzymałość i odporność na korozję. Stop z udziałem 10% niklu jest wykorzystywany w kadłubach statków, elementach elektrycznych, pompach, zaworach i wyposażeniu morskim. Stopy o zawartości 30% niklu mają zdecydowanie lepszą odporność na zużycie, zacieranie, ścieranie piaskiem i przepływ wody morskiej.

Przykładowe produkty wykonane z brązu

Brąz ze względu na swoje specyficzne właściwości wykorzystywany jest do produkcji różnorodnych detali:

  • elementy mechaniczne – łożyska, tuleje, koła zębate i in.
  • komponenty morskie – śruby napędowe, osprzęt statku, rury rufowe i in.,
  • elementy architektoniczne – klamki, okucia, rzeźby, dekoracje
  • elementy artystyczne – posągi, fontanny, rzeźby reliefowe,
  • komponenty przemysłowe – pompy, zawory, komponenty wymienników ciepła,
  • elementy instrumentów muzycznych – talerze, dzwonki,
  • komponenty samochodowe – elementy silników, części przekładni.

Brąz i różne sposoby wykończenia jego powierzchni

Biorąc pod uwagę szereg właściwości i zastosowań brązu, jego wyjątkowe właściwości mechaniczne, obrabialność czy odporność na korozję można na różne sposoby obrobić jego ostateczną powierzchnię. Jak np. poprzez obróbkę skrawaniem, śrutowanie czy pokrycie powłokami chemicznymi:

  1. Obróbka CNC w ostatnim etapie pozostawia naturalne wykończenie materiału. Często jest ono gładkie i jednorodne, o matowym wyglądzie. Nie jest drogie i nie wymaga żadnych dodatkowych procesów ani materiałów. Wadą takiego wykończenia może być to, że na powierzchni obrabianego przedmiotu zostają drobne ślady narzędzi lub zadziory, które pogarszają estetykę i funkcjonalność elementu. Do gładszego wykończenia mogą być wymagane dodatkowe techniki obróbki końcowej.
  2. Śrutowanie to technika wykańczania powierzchni, która polega na wypuszczeniu delikatnych koralików lub drobinek na powierzchnię brązu. Ta procedura pozwala uzyskać jednorodne, matowe wykończenie, które jest gładkie i może poprawić wygląd elementu. Eliminując wszelkie cząstki powierzchniowe lub zanieczyszczenia, śrutowanie może zwiększyć odporność metalu na korozję. Jednakże proces ten może być czasochłonny i kosztowny, jak i może skutkować powstaniem mikroskopijnych wgłębień lub chropowatości na powierzchni materiału, co może przełożyć się na działanie elementu.
  3. Powłoki chemiczne to takie wykończenie powierzchni, podczas którego na powierzchnię elementu z brązu nakładana jest niewielka warstwa środków chemicznych. Może to znacznie poprawić wygląd, trwałość i funkcjonalność komponentu. Dodatkowo powłoki chemiczne działają na brąz w taki sposób, że poprawiają jego odporność na korozję, zużycie i właściwości przeciwcierne. Technika ta jest jednak kosztowna i wymaga specjalistycznego sprzętu oraz doświadczenia. Ze względu na możliwość wystąpienia reakcji chemicznych lub toksyczności powłoka chemiczna może nie nadawać się do każdego zastosowania.

Czy brąz zawsze musi być drogi?

Materiał, jakim jest brąz nie jest materiałem tanim, ale można przemyśleć w jaki sposób obniżyć sam proces obróbki, aby był jak najbardziej opłacalny dla wykonawcy. Co warto wziąć pod uwagę?  

  • Procesy wykończeniowe po obróbce, które umożliwią uzyskanie odpowiedniej gładkości powierzchni lub wymaganych właściwości użytkowych. Warto też tak zaprojektować cały proces, aby uwzględnić dodatkowe wydatki czy opóźnienia w produkcji.
  • Zoptymalizowanie grubości każdego elementu, gdyż części z brązu, które są zbyt cienkie mogą odkształcać się lub wypaczać podczas obróbki CNC. Natomiast części, które są zbyt grube, mogą być trudne w produkcji i powodować niepotrzebne straty materiału. W rezultacie optymalizacja grubości ścianek elementów z brązu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia ich wytrzymałości konstrukcyjnej i łatwości produkcji.
  • Określić rodzaj brązu, który w swoich stopach różni się składem, a tym samym możliwościami zastosowania. Ważne jest więc, aby przed wykonaniem projektu dobrze zaplanować rodzaj materiału i dobrać w sposób optymalny jego skład do oczekiwań użytkowych.
  • Zminimalizowanie ilości podcięć, czyli dodatkowej obróbki w częściach, które nie są możliwe do wykonania od razu. To jednak zwiększa koszt końcowy, więc warto wziąć je pod uwagę wcześniej i w miarę możliwości inaczej zaprojektować lub ograniczyć ich liczbę.
  • Unikanie ostrych narożników i krawędzi, gdyż brąz jest materiałem miękkim i mogą one powodować koncentrację naprężeń. To z kolei może doprowadzić do powstania pęknięć lub innych uszkodzeń konstrukcyjnych. Warto więc wziąć pod uwagę zastosowanie zaokrągleń, aby równomiernie rozłożyć naprężenia i zwiększyć ogólną wytrzymałość elementu.

Brąz jest doskonałym materiałem do obróbki CNC. Jego wytrzymałość ułatwia obróbkę i umożliwia dokładne cięcie, które jest trudne do uzyskania w przypadku innych metali. Metal ten jest solidny i trwały, a jego plastyczność sprawia, że nadaje się do produkcji skomplikowanych kształtów, możliwych do zastosowania w wielu trudnych warunkach.

ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c. - obróbka CNC, usługi frezowania CNC

© 2024 All rights Reserved. Designed and powered by ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

Projekt graficzny: Magdalena Mirowska, Zdjęcia: Agnieszka Seklecka

This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.