Acabado de superficies de piezas mecanizadas por CNC

Surface finishing is part of manufacturing, especially for CNC machined parts. It uses techniques specifically designed to modify the surface characteristics of a component to meet targeted functional, aesthetic, or performance-related needs. Surface finishing beautifies the part and enhances its performance characteristics, such as corrosion resistance, wear resistance, and overall surface finish quality by minimizing surface roughness.

¿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.

One common issue is tool marks—fine lines or grooves left by the cutting tool—which may affect both aesthetics and functionality. Left untreated, these raw tool marks may not be aesthetically desirable or functionally suitable. Techniques like polishing or secondary finishing can effectively address them.

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 effectively improves the corrosion protection, mechanical properties, and appearance of products, especially in aluminum CNC machining. This procedure involves forming a robust and rust-proof oxide film on the surface of the metal. Anodizing forms an oxide layer, forming a coating around the metal. Not only does this improve the metal’s characteristics, but it also contributes to the aesthetic value of the final product.

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: After cleaning, technicians put the part in an electrolyte bath, often acidic, sulfuric, or chromic acid. This bath creates an electrolytic process, resulting in the formation of the oxide layer. In this process, the part itself forms the anode of the system. The cathode, typically made of aluminum or lead, is positioned opposite the anode.
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

Chromic Acid Anodizing (Type I )

It uses Chromic acid as the electrolyte and forms a thin and smooth anodic layer. However, it has a lower abrasion resistance than the other coatings. It is most applicable in aerospace parts where the fundamental properties required are fatigue strength and high corrosion resistance.

Sulfuric Acid Anodizing (Type 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.

Hard Anodizing using Sulfuric Acid at Lower Temperatures (Type III )

Comparable to Type II but at cooler temperatures and higher voltages. According to strict industry specifications like ASTM B580 Type A, this hard anodic coating typically ranges from 50 to 100 microns in thickness ^[1]. Furthermore, this dense ceramic layer achieves an exceptional microhardness equivalent to 60 to 70 HRC. This extraordinary hardness provides extreme abrasion resistance for heavily loaded moving parts.

Appropriate for demanding roles such as aerospace goods, military products, and industrial equipment. These applications require maximum durability of the surface or the whole device. Possible applications include pistons, gears, and other moving parts.

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. Controlled Surface Finishing: 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

This specific blasting method employs spherical glass beads to create a uniform matte or satin finish. Unlike highly angular abrasive grit, these spherical particles impact the metal surface to create a microscopic peening effect rather than a cutting action ^[3]. This unique impact mechanism ensures that the precision CNC machined tolerances remain completely unaltered during the surface cleaning process. It is frequently helpful in household appliances, cars’ interiors and externals, furniture, light industry products, and other parts. In these applications, a smooth and beautiful look is essential.

Granallado con óxido de aluminio

This method employs highly angular and aggressive aluminum oxide grit. Because this abrasive media is significantly harder and sharper, aluminum oxide significantly removes more material. Due to their hardness, aluminum oxide significantly removes more material from the surface than glass beads. It is useful where a slightly rougher surface or more excellent material removal is necessary.

Granallado de plástico

It employs plastic beads as the abrasive media, thus minimizing the rigorous treatment of the parts. Because plastic media is significantly softer than metal, it safely removes coatings and contaminants without altering or cutting into the underlying base material. The process offers a fine surface finish without adversely affecting the strength of the particular part. Plastic bead blasting is a suitable option for cleaning softer metals or delicate parts, often used in fabricación de piezas para automóviles y fabricación de componentes aeroespaciales.

Granallado con carburo de silicio

One of the most aggressive techniques involves using silicon carbide particles. Silicon carbide ranks among the hardest synthetic abrasive materials available in the manufacturing industry. Possessing a remarkable Mohs hardness ranging from 9.0 to 9.5, it aggressively cuts into extremely rigid metal surfaces ^[4]. Due to this extreme hardness, it rapidly removes deep tool marks and creates a highly textured profile ideal for subsequent heavy-duty coating adhesion. Some applications include cleaning turbine blades, castings, high-intensity parts, and many others that require a robust surface before further treatment.

Electropulido

Electropolishing is a highly precise electrochemical process that dissolves a microscopic layer of material from the surface of metal parts. This technique is the opposite of electroplating and is more akin to dissolving, polishing, and smoothing. Electropolishing has main applications in iron-chromium, aluminum, titanium, and nickel alloys. Therefore, it is helpful for sectors that need high cleanliness and surface purity levels, like the food industry, medical equipment, and pharmaceuticals.

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: The electropolishing process precisely strips off a microscopic layer of base material, typically ranging from 0.0025 mm to 0.025 mm in depth. This electrochemical dissolution preferentially targets microscopic surface peaks over valleys. Consequently, the process can systematically reduce the overall surface roughness average (Ra) by up to 50 percent while simultaneously passivating the metal ^[2]. The final surface finish appears remarkably superior and highly refined compared to standard mechanical polishing.
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

The best surface finish for the CNC machined parts depends on features such as the type of material used, the application requirement, and the part’s working conditions. The most crucial decision is selecting the surface finishes as they regulate the performance, endurance, and, finally, the price of the part. All the materials under discussion react differently towards specific finishing procedures, and procedures such as anodizing are usually standard on aluminum. Likewise, it is necessary to consider the function of the part under discussion. For example, if extreme wear resistance is required, aluminum components should undergo hard anodizing (Type III).

On the other hand, electropolishing could benefit parts in incredibly sterile environments. Environmental exposure is also an essential factor, especially for those parts in corrosive environments, high or low temperatures, or chemicals. Aesthetics also affect the choice, mainly where industries such as customer electronics and automotive sectors, among others, use techniques such as polishing and anodizing. Budget considerations are essential in surface finish selection, directly impacting overall Costes de mecanizado CNC, as more protective and visually appealing options often come at a higher cost. In this case, it is highly requisite to consider the performance requirements against the costs to make the right decision.

Tips: If you would like to learn more about the full range of surface finishing processes, click “Más procesos de acabado de superficies” to continue.

Conclusión

Surface finishing is an essential component of overall manufacturing within any professional machine shop when dealing with CNC machined parts, bearing a tight influence over functionality and appearance factors.

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.

Referencia

[1] ASTM International. (2019). ASTM B580-79(2019) Standard Specification for Anodic Oxide Coatings on Aluminum. https://doi.org/10.1520/B0580-79R19

[2] ASTM International. (2018). ASTM B912-02(2018) Standard Specification for Passivation of Stainless Steels Using Electropolishing. https://doi.org/10.1520/B0912-02R18

[3] Dong, H. (Ed.). (2010). Surface Engineering of Light Alloys: Aluminium, Magnesium and Titanium Alloys. Woodhead Publishing (Elsevier). https://doi.org/10.1533/9781845699451

[4] Tretyakov, Y. D. (2007). Handbook of Ceramic Hard Materials. Wiley-VCH. https://doi.org/10.1002/9783527618217