Acabado de superficies de piezas mecanizadas por CNC

El acabado de superficies forma parte de la fabricación, especialmente de piezas mecanizadas mediante CNC. Utiliza técnicas diseñadas específicamente para modificar las características superficiales de un componente con el fin de satisfacer necesidades funcionales, estéticas o de rendimiento específicas. El acabado de superficies embellece la pieza y aumenta sus características de rendimiento, como la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la rugosidad de la superficie.

¿Qué es el acabado de superficies?

El acabado de superficies es el proceso por el que se modifica la superficie de una pieza mecanizada en lo que respecta a su textura, aspecto y funcionalidad. Dependiendo de la pieza que se necesite, el acabado puede ser mecánico, químico o electroquímico.

Mecanizado CNC conduce a una gran precisión y repetibilidad de una pieza. Sin embargo, los componentes pueden presentar características en su superficie que repercuten tanto en la forma como en el acabado.

Un problema común son las marcas de herramientas, es decir, las finas líneas o ranuras dejadas por la herramienta de corte, que pueden afectar tanto a la estética como a la funcionalidad. Técnicas como el pulido o el acabado secundario pueden ayudar a eliminar estas marcas. Puede que no sea estéticamente deseable o funcionalmente adecuado.

Los rasgos mecanizados como rebabas, bordes elevados, partículas o pequeñas crestas que se forman en el límite de los rasgos requieren operaciones de desbarbado.

Las pequeñas marcas que pueden adoptar la forma de arañazos en la superficie debido al proceso de mecanizado, la manipulación o el transporte no son deseables desde un punto de vista estético. Pueden ser fuente de dificultades mecánicas posteriores.

Técnicas comunes de acabado superficial para mecanizado CNC

El acabado de superficies desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la calidad y el rendimiento de las piezas mecanizadas mediante CNC. A continuación, analizamos algunos procesos de acabado estándar en diversas industrias.

Anodizado

Anodizado mejora eficazmente la protección contra la corrosión, las propiedades mecánicas y el aspecto de los productos, especialmente del aluminio. Este procedimiento consiste en formar una película de óxido robusta y resistente a la oxidación en la superficie del metal. El anodizado forma una capa de óxido, formando un revestimiento alrededor del metal. Esto no sólo mejora las características del metal, sino que también contribuye al valor estético del producto final.

Proceso

1. Preparación de la superficie: La limpieza de la pieza se realiza antes de aplicar el proceso de anodizado. Una limpieza a fondo elimina los aceites y la suciedad. Los operarios pueden utilizar técnicas de pretratamiento mecánicas o químicas, como el pulido o el grabado.
2. Inmersión en solución electrolítica: Tras la limpieza, los técnicos introducen la pieza en un baño electrolítico, a menudo ácido, sulfúrico o crómico. Este baño crea un proceso electrolítico que da lugar a la formación de la capa de óxido. En este proceso, la propia pieza forma el ánodo del sistema. El cátodo es aluminio o plomo justo enfrente del ánodo.
3. Aplicación de la corriente eléctrica: Los técnicos hacen pasar corriente continua (CC) a través de la pieza y el cátodo, y se produce un proceso electroquímico en la pieza. Los iones del electrolito reaccionan con los átomos de aluminio de la superficie de la pieza y producen óxido de aluminio (Al₂O₃). Esta capa de óxido es porosa al principio y facilita el tratamiento posterior del tejido, como el teñido.
4. Coloración y sellado: La capa anodizada permite que penetren los tintes, lo que facilita el teñido de la pieza. Los tintes orgánicos o inorgánicos penetran en los poros. El sellado es el último proceso para aumentar la protección contra la corrosión y evitar que el color pierda intensidad. Consiste en elevar la pieza a un punto de ebullición, con lo que el óxido de aluminio se hidrata y cierra todos los poros. Otros tipos de sellado incluyen productos químicos como el acetato de níquel para proteger aún más la superficie.

Tipos de anodizado

Anodizado con ácido crómico (Tipo I )

Utiliza ácido crómico como electrolito y forma una capa anódica fina y lisa. Sin embargo, su resistencia a la abrasión es menor que la de otros revestimientos. Es más aplicable en piezas aeroespaciales, donde las propiedades fundamentales son la resistencia a la fatiga y una alta resistencia a la corrosión. 

Anodizado con ácido sulfúrico (Tipo II)

Este método está familiarizado con una solución de ácido sulfúrico como electrolito. Las piezas de este proceso son más gruesas que las del anodizado con ácido crómico. El anodizado de tipo II es favorable para teñir la superficie y es adecuado para uso estético. Es famoso por la mayoría de pequeños electrodomésticos, accesorios de automóvil y edificios en los que se desea apariencia, resistencia moderada a la oxidación y solidez.

Anodizado duro con ácido sulfúrico a bajas temperaturas (Tipo III )

Comparable al Tipo II pero a temperaturas más bajas y tensiones más altas. Produce una capa de óxido considerablemente más densa y rígida. Es famoso por su alta resistencia a la abrasión junto con propiedades de alta dureza. La capa anódica es más gruesa, de hasta 100 micras de espesor, y presenta mejores propiedades de índice de desgaste y corrosión. Es apropiado para funciones exigentes como productos aeroespaciales, productos militares y equipos industriales. Estas aplicaciones requieren la máxima durabilidad de la superficie o de todo el dispositivo. Las posibles aplicaciones incluyen pistones, engranajes y otras piezas móviles.

Granallado

El chorreado con microesferas es otro método de acabado de superficies que hace incidir microesferas de vidrio a base de óxido a alta presión sobre la superficie de un material. El ajuste del proceso permite obtener superficies lisas y rugosas con la ayuda del medio abrasivo. Es habitual en embellecimiento, preparación de superficies o eliminación de contaminantes superficiales como óxido o pintura.

Proceso

1. Preparación de la superficie: Implican un lavado para eliminar los aceites residuales u otros contaminantes fácilmente desprendibles.
2. Configuración de la cabina o máquina de granallado: Los técnicos colocan la pieza en una cabina de granallado o en un accesorio de la máquina. La cabina es un espacio cerrado donde se realiza el granallado y el abrasivo no sale volando.
3. Aire a presión y medios abrasivos: Los operarios utilizan aire comprimido para expulsar el material abrasivo, en su mayoría perlas de vidrio, contra la superficie de la pieza. El grado de tratamiento de la superficie depende de la presión del aire y del tipo de material utilizado en el proceso.
4. IVAcabado superficial controlado: El operario puede determinar la cantidad de presión, la proximidad de la superficie a la que se aplica y el ángulo de aplicación del material. Esto es necesario para controlar completamente el acabado. El chorreado con microesferas es adecuado para trabajar en distintas piezas de diferentes maneras, en función de las necesidades.
5. Limpieza posterior a la voladura: Los operarios lavan la pieza después del granallado para eliminar cualquier resto de granalla o polvo que haya quedado en ella. Esto ayuda a evitar interferencias derivadas de la contaminación por otros elementos antes de que la pieza tenga que someterse a operaciones como el revestimiento o el montaje.

Tipos de granallado

Chorreado de perlas de vidrio

Este granallado emplea perlas esféricas de vidrio como medio abrasivo. El acabado superficial resultante es comparativamente liso y uniforme. Este método de chorreado es más adecuado para fabricar una superficie mate o satinada en la pieza. Las microesferas de vidrio son menos abrasivas que otros medios de chorreado conocidos. Sólo elimina un poco de material, por lo que es aplicable para pulir o limpiar la superficie y lavarla. Suele ser útil en electrodomésticos, interiores y exteriores de automóviles, muebles, productos de la industria ligera y otras piezas. En estas aplicaciones, un aspecto suave y bonito es esencial.

Granallado con óxido de aluminio

Emplean un óxido de aluminio más complejo y extenso. Estos materiales son más rígidos y pequeños que el grano de primera calidad. Debido a su dureza, el óxido de aluminio elimina significativamente más material de la superficie que las microesferas de vidrio. Es útil cuando se necesita una superficie ligeramente más rugosa o una eliminación de material más excelente.

Granallado de plástico

Emplea perlas de plástico como medio abrasivo, lo que minimiza el tratamiento riguroso de las piezas. Gracias a sus finos caparazones de plástico, sólo cortan un poco el metal. El proceso ofrece un acabado superficial fino sin afectar negativamente a la resistencia de la pieza en cuestión. El chorreado con microesferas de plástico es una opción adecuada para la limpieza de metales más blandos o piezas delicadas, a menudo utilizada en fabricación de piezas para automóviles y fabricación de componentes aeroespaciales.

Granallado con carburo de silicio

Una de las técnicas más agresivas consiste en utilizar partículas de carburo de silicio. El carburo de silicio es uno de los materiales más duros de la familia de los medios abrasivos. Funciona bien ante material rígido y eliminación agresiva. Da como resultado una superficie más irregular y es aplicable para una situación en la que se desea un agarre o sujeción de la pieza. Algunas aplicaciones incluyen la limpieza de álabes de turbinas, piezas de fundición, piezas de alta intensidad y muchas otras que requieren una superficie robusta antes del tratamiento posterior.

Electropulido

El electropulido es un proceso electroquímico preciso que disuelve ligeramente el material de la superficie de las piezas metálicas. Esta técnica es lo contrario de la galvanoplastia y se parece más a disolver, pulir y alisar. El electropulido tiene aplicaciones principales en aleaciones de hierro-cromo, aluminio, titanio y níquel. Por lo tanto, es útil para sectores que necesitan altos niveles de limpieza y pureza superficial, como la industria alimentaria, los equipos médicos y los productos farmacéuticos.

Proceso

1. Preparación de la superficie: Antes del electropulido, la pieza metálica se limpia para desengrasarla. La limpieza elimina cualquier sustancia que pueda obstaculizar el proceso electroquímico.
2. Inmersión en baño electrolítico: Los operarios sumergen la pieza metálica en un baño electrolítico. El baño comprende una solución ácida, más a menudo una solución de ácido sulfúrico y ácido fosfórico. En la parte electroquímica del sistema, la ‘pieza’ actúa como ánodo, mientras que el cátodo es un material inerte como el acero inoxidable o el plomo.
3. Aplicación de la corriente eléctrica: Los operarios aplican una corriente eléctrica entre el ánodo y el cátodo de la pieza. La corriente hace que la capa de oxidación de la pieza se disuelva en una solución acuosa. La eliminación de material aumenta rápidamente para los picos curvos locales a la superficie del cátodo en lugar de para los valles curvos. Esta eliminación selectiva contribuye a aplanar la superficie, lo que permite pulir la pieza para obtener una superficie lisa.
4. Disolución material: El proceso de electropulido arranca una capa fina y precisa de material (normalmente del orden de 0,001 a 02 mm). Se acumulan en el electrolito hasta alcanzar el acabado superficial adecuado. El acabado final de la superficie parece superior y refinado al de otros procesos de pulido mecánico.
5. Alisado y pulido de superficies: El electropulido deja la superficie lisa, brillante y ‘resplandeciente’ en comparación con su estado original. Además de su aspecto estético, minimiza drásticamente la rugosidad a nivel microscópico y ayuda a reducir las posibilidades de corrosión.
6. Limpieza e inspección posteriores al pulido: Tras el tratamiento de electropulido, la pieza de acabado superficial se lava con agua para eliminar la solución electrolítica. El control de la pieza de acabado superficial garantiza la eliminación del material adecuado.

Comparación de métodos de acabado superficial

El mejor acabado superficial para las piezas mecanizadas con CNC depende de características como el tipo de material utilizado, los requisitos de la aplicación y las condiciones de trabajo de la pieza. La decisión más crucial es seleccionar los acabados superficiales, ya que regulan el rendimiento, la resistencia y, por último, el precio de la pieza. Todos los materiales analizados reaccionan de forma diferente ante procedimientos de acabado específicos, y procedimientos como el anodizado suelen ser estándar en el aluminio. Asimismo, es necesario tener en cuenta la función de la pieza en cuestión. Por ejemplo, según la resistencia real al desgaste, los componentes deben anodizarse con dureza.

Por otro lado, el electropulido podría beneficiar a piezas en entornos increíblemente estériles. La exposición ambiental también es un factor esencial, sobre todo para las piezas en entornos corrosivos, con temperaturas altas o bajas, o con productos químicos. La estética también influye en la elección, sobre todo cuando sectores como la electrónica de consumo y la automoción, entre otros, utilizan técnicas como el pulido y el anodizado. Las consideraciones presupuestarias son esenciales en la selección del acabado superficial, ya que las opciones más protectoras y visualmente atractivas suelen tener un coste más elevado. En este caso, es muy necesario considerar los requisitos de rendimiento frente a los costes para tomar la decisión correcta.

Consejos: Si desea obtener más información sobre toda la gama de procesos de acabado de superficies, haga clic en “Más procesos de acabado de superficies” para continuar.

Conclusión

El acabado de superficies es un componente esencial de la fabricación general cuando se trata de piezas mecanizadas con CNC, ya que influye mucho en los factores de funcionalidad y aspecto.

Los procesos de anodizado, granallado y electropulido mejoran propiedades como la corrosión, la resistencia al desgaste y el acabado superficial, dando a los componentes un aspecto estético.

Cada método de acabado responde a requisitos o preocupaciones relacionados con el material de la pieza y el uso previsto. La elección de la técnica de acabado de superficies correcta está relacionada con la eficacia y la durabilidad de las piezas mecanizadas con CNC.

Otros atributos, incluidas las condiciones exógenas, influyen en este proceso de toma de decisiones debido a las exigencias de rendimiento del producto. Los costes de producción son otro factor esencial.

Comprender las particularidades de un determinado método de acabado de superficies es vital para tomar las decisiones adecuadas a sus necesidades individuales en función de la funcionalidad, el coste y la estética de sus productos específicos.