Acabamento de superfícies para peças maquinadas em CNC

O acabamento de superfícies faz parte do fabrico, especialmente de peças maquinadas por CNC. Utiliza técnicas especificamente concebidas para modificar as caraterísticas da superfície de um componente para satisfazer necessidades funcionais, estéticas ou relacionadas com o desempenho. O acabamento de superfícies embeleza a peça e aumenta as suas caraterísticas de desempenho, tais como a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e a rugosidade da superfície.

O que é o acabamento de superfícies?

O acabamento de superfícies é o processo pelo qual se altera a superfície de uma peça maquinada no que respeita à textura, ao aspeto e à funcionalidade. Dependendo da peça necessária, o acabamento pode ser mecânico, químico ou eletroquímico.

Maquinação CNC conduz a uma elevada precisão e repetibilidade de uma peça de trabalho. No entanto, os componentes podem ter caraterísticas na sua superfície que afectam tanto a forma como o acabamento.

Um problema comum são as marcas de ferramentas - linhas finas ou ranhuras deixadas pela ferramenta de corte - que podem afetar tanto a estética como a funcionalidade. Técnicas como o polimento ou o acabamento secundário podem ajudar a resolver estas marcas. Pode não ser esteticamente desejável ou funcionalmente adequado.

As caraterísticas maquinadas, tais como rebarbas, arestas levantadas, partículas ou pequenas cristas que se formam nos limites das caraterísticas, necessitam de operações de rebarbação.

As pequenas marcas que podem assumir a forma de riscos na superfície devido ao processo de maquinagem, manuseamento ou transporte são indesejáveis do ponto de vista estético. Podem ser uma fonte de dificuldades mecânicas posteriores.

Técnicas comuns de acabamento de superfícies para maquinagem CNC

O acabamento de superfícies desempenha um papel vital na determinação da qualidade e do desempenho das peças maquinadas por CNC. Aqui, discutimos alguns processos de acabamento padrão em várias indústrias.

Anodização

Anodização melhora efetivamente a proteção contra a corrosão, as propriedades mecânicas e o aspeto dos produtos, especialmente do alumínio. Este procedimento envolve a formação de uma película de óxido robusta e à prova de ferrugem na superfície do metal. A anodização forma uma camada de óxido, formando um revestimento à volta do metal. Este processo não só melhora as caraterísticas do metal, como também contribui para o valor estético do produto final.

Processo

1. Preparação da superfície: A limpeza da peça ocorre antes da aplicação do processo de anodização. Uma limpeza completa remove óleos e sujidade. Os operadores podem utilizar técnicas de pré-tratamento mecânicas ou químicas, como o polimento ou a gravação.
2. Imersão em solução electrolítica: Após a limpeza, os técnicos colocam a peça num banho de eletrólito, frequentemente ácido, sulfúrico ou crómico. Este banho cria um processo eletrolítico, resultando na formação da camada de óxido. Neste processo, a própria peça forma o ânodo do sistema. O cátodo é o alumínio ou o chumbo que se encontra no lado oposto ao ânodo.
3. Aplicação da corrente eléctrica: Os técnicos passam corrente contínua (CC) através da peça e do cátodo, e ocorre um processo eletroquímico na peça. Os iões do eletrólito reagem com os átomos de alumínio na superfície da peça e produzem óxido de alumínio (Al₂O₃). Esta camada de óxido é porosa no início e facilita o tratamento subsequente do tecido, como o tingimento.
4. Coloração e selagem: A camada anodizada permite a penetração de corantes, facilitando o tingimento da peça. Os corantes orgânicos ou inorgânicos penetram nos poros. A selagem é o último processo para aumentar a proteção contra a corrosão e evitar que a cor se desvaneça. Isto envolve elevar a peça a um ponto de ebulição, pelo que o óxido de alumínio hidrata e fecha todos os poros. Outros tipos de selagem incluem produtos químicos, como o acetato de níquel, para proteger ainda mais a superfície.

Tipos de Anodização

Anodização com ácido crómico (Tipo I )

Utiliza ácido crómico como eletrólito e forma uma camada anódica fina e lisa. No entanto, tem uma menor resistência à abrasão do que os outros revestimentos. É mais aplicável em peças aeroespaciais em que as propriedades fundamentais são a resistência à fadiga e a elevada resistência à corrosão. 

Anodização com ácido sulfúrico (Tipo II)

Este método está familiarizado com uma solução de ácido sulfúrico como eletrólito. As peças deste processo são mais espessas do que as da anodização com ácido crómico. A anodização tipo II é favorável ao tingimento da superfície e é adequada para uso estético. É famosa pela maioria dos pequenos electrodomésticos, acessórios para automóveis e edifícios onde é desejável uma aparência, resistência moderada à ferrugem e força.

Anodização dura com ácido sulfúrico a baixas temperaturas (Tipo III )

Comparável ao Tipo II, mas a temperaturas mais baixas e tensões mais elevadas. Produz uma camada de óxido consideravelmente mais densa e mais rígida. É famosa pela sua elevada resistência à abrasão associada a propriedades de elevada dureza. A camada anódica é mais espessa, até 100 microns de espessura, e tem propriedades de taxa melhoradas em relação ao desgaste e à corrosão. Adequado para funções exigentes, como bens aeroespaciais, produtos militares e equipamento industrial. Estas aplicações requerem a máxima durabilidade da superfície ou de todo o dispositivo. As aplicações possíveis incluem pistões, engrenagens e outras peças móveis.

Jateamento de esferas

A decapagem com grânulos é outro método de acabamento de superfícies que aplica grânulos de vidro à base de óxido a alta pressão na superfície de um material. O ajuste do processo permite obter superfícies lisas e rugosas com a ajuda dos meios abrasivos. É comum no embelezamento, preparação de superfícies ou remoção de contaminantes da superfície, como ferrugem ou tinta.

Processo

1. Preparação da superfície: Envolvem a lavagem para remover os óleos residuais ou outros contaminantes facilmente destacáveis.
2. Configuração do gabinete ou da máquina de jato de areia: Os técnicos posicionam a peça num armário de jato de grânulos ou numa máquina de fixação. O armário é um espaço fechado onde a granalhagem ocorre e o material abrasivo não sai do mesmo.
3. Ar pressurizado e meios abrasivos: Os operadores utilizam ar comprimido para ejetar o material abrasivo, na sua maioria esferas de vidro, contra a superfície da peça. O grau de tratamento da superfície depende da pressão do ar e do tipo de material utilizado no processo.
4. IVAcabamento de superfícies controlado: O operador pode determinar a quantidade de pressão, a proximidade da superfície à qual é aplicada e o ângulo de aplicação do material. Isto é necessário para um controlo total do acabamento. A granalhagem com grânulos é adequada para trabalhar em diferentes peças de diferentes formas, consoante as necessidades.
5. Limpeza pós-queimadura: Os operadores lavam a peça após a granalhagem para remover qualquer meio de granalhagem ou poeira deixada na peça. Isto ajuda a evitar interferências resultantes da contaminação por outros elementos antes de a peça ter de ser submetida a operações como o revestimento ou a montagem.

Tipos de jato de grânulos

Jateamento de contas de vidro

Esta granalhagem utiliza esferas de vidro esféricas como meio abrasivo. O acabamento da superfície resultante é comparativamente suave e uniforme. Este método de granalhagem é mais adequado para o fabrico de uma superfície mate ou acetinada na peça. As esferas de vidro são menos abrasivas do que outros meios de granalhagem conhecidos. Removem apenas um pouco de material, tornando-o aplicável ao polimento ou à limpeza e lavagem da superfície. É frequentemente útil em electrodomésticos, interiores e exteriores de automóveis, mobiliário, produtos da indústria ligeira e outras peças. Nestas aplicações, é essencial um aspeto suave e bonito.

Jateamento com óxido de alumínio

Emprega um óxido de alumínio mais complexo e mais extenso. Estes materiais são mais rígidos e mais pequenos do que o grão premier. Devido à sua dureza, o óxido de alumínio remove significativamente mais material da superfície do que as esferas de vidro. É útil quando é necessária uma superfície ligeiramente mais áspera ou uma remoção de material mais excelente.

Jato de esferas de plástico

Utiliza esferas de plástico como meio abrasivo, minimizando assim o tratamento rigoroso das peças. Graças aos finos invólucros de plástico, só cortam um pouco o metal. O processo oferece um acabamento superficial fino sem afetar negativamente a resistência da peça em questão. A granalhagem com esferas de plástico é uma opção adequada para a limpeza de metais mais macios ou peças delicadas, frequentemente utilizada em fabrico de peças para automóveis e fabrico de componentes aeroespaciais.

Decapagem com carboneto de silício

Uma das técnicas mais agressivas envolve a utilização de partículas de carboneto de silício. O carboneto de silício é um dos materiais mais duros utilizados na família dos meios abrasivos. Funciona bem com material rígido e remoção agressiva. O resultado é uma superfície mais irregular e é aplicável numa situação em que se pretende uma fixação ou fixação na peça. Algumas aplicações incluem a limpeza de lâminas de turbinas, peças fundidas, peças de alta intensidade e muitas outras que requerem uma superfície robusta antes de um tratamento posterior.

Electropolimento

O electropolimento é um processo eletroquímico preciso que dissolve ligeiramente o material da superfície das peças metálicas. Esta técnica é o oposto da galvanoplastia e é mais parecida com a dissolução, o polimento e o alisamento. O electropolimento tem aplicações principais em ligas de ferro-crómio, alumínio, titânio e níquel. Por conseguinte, é útil para sectores que necessitam de elevados níveis de limpeza e pureza da superfície, como a indústria alimentar, o equipamento médico e os produtos farmacêuticos.

Processo

1. Preparação da superfície: Antes do electropolimento, a peça metálica é limpa para desengordurar. A limpeza elimina qualquer substância que possa dificultar o processo eletroquímico.
2. Submersão em banho eletrolítico: Os operadores mergulham a peça metálica num banho de eletrólito. O banho é composto por uma solução ácida, mais frequentemente uma solução de ácido sulfúrico e ácido fosfórico. Na parte eletroquímica do sistema, a ‘peça’ actua como ânodo, enquanto o cátodo é um material inerte, como o aço inoxidável ou o chumbo.
3. Aplicação de corrente eléctrica: Os operadores aplicam uma corrente eléctrica entre o ânodo e o cátodo da peça. A corrente faz com que a camada de oxidação da peça se dissolva numa solução aquosa. A remoção de material aumenta rapidamente para os picos curvos locais da superfície do cátodo, em vez de aumentar para os vales curvos. Esta remoção selectiva contribui para aplanar a superfície, permitindo que a peça seja polida para obter uma superfície lisa.
4. Dissolução de material: O processo de electropolimento retira uma camada fina e precisa de material (normalmente entre 0,001 e 02 mm). Estas acumulam-se no eletrólito até se atingir o acabamento superficial adequado. O acabamento final da superfície parece superior e refinado a outros processos de polimento mecânico.
5. Alisamento e polimento de superfícies: O electropolimento deixa a superfície lisa, brilhante e ‘luminosa’ em comparação com o seu estado original. Para além do seu aspeto estético, minimiza drasticamente a rugosidade a nível microscópico e ajuda a reduzir as hipóteses de corrosão.
6. Limpeza e inspeção pós-polimento: Após o tratamento de electropolimento, a peça de acabamento superficial é lavada em água para eliminar a solução electrolítica. O controlo da peça de acabamento superficial garante que o material adequado foi removido.

Comparação de métodos de acabamento de superfícies

O melhor acabamento de superfície para as peças maquinadas em CNC depende de caraterísticas como o tipo de material utilizado, os requisitos de aplicação e as condições de trabalho da peça. A decisão mais crucial é a seleção dos acabamentos de superfície, uma vez que estes regulam o desempenho, a resistência e, finalmente, o preço da peça. Todos os materiais em análise reagem de forma diferente a procedimentos de acabamento específicos, sendo que procedimentos como a anodização são normalmente padrão no alumínio. Do mesmo modo, é necessário ter em conta a função da peça em causa. Por exemplo, se a resistência ao desgaste for efectiva, os componentes devem ser anodizados de forma resistente.

Por outro lado, o electropolimento pode beneficiar peças em ambientes incrivelmente estéreis. A exposição ambiental é também um fator essencial, especialmente para as peças em ambientes corrosivos, temperaturas altas ou baixas, ou produtos químicos. A estética também afecta a escolha, principalmente quando indústrias como a eletrónica de clientes e o sector automóvel, entre outras, utilizam técnicas como o polimento e a anodização. As considerações orçamentais são essenciais na seleção do acabamento de superfície, uma vez que as opções mais protectoras e visualmente apelativas têm frequentemente um custo mais elevado. Neste caso, é altamente necessário considerar os requisitos de desempenho e os custos para tomar a decisão correta.

Dicas: Se pretender saber mais sobre a gama completa de processos de acabamento de superfícies, clique em “Mais processos de acabamento de superfícies” para continuar.

Conclusão

O acabamento de superfícies é um componente essencial do fabrico global quando se trata de peças maquinadas por CNC, tendo uma forte influência sobre os factores de funcionalidade e aparência.

Os processos de anodização, jato de grânulos e electropolimento melhoram propriedades como a corrosão, a capacidade de desgaste e o acabamento da superfície, dando aos componentes um aspeto estético.

Cada método de acabamento aborda requisitos ou preocupações relacionadas com o material da peça e a utilização pretendida. A escolha da técnica correta de acabamento de superfícies está relacionada com a eficiência e a durabilidade das peças maquinadas por CNC.

Outros atributos, incluindo condições exógenas, influenciam este processo de decisão devido às exigências de desempenho do produto. Os custos de produção são outro fator essencial.

Compreender as especificidades de um determinado método de acabamento de superfícies é vital para fazer as escolhas certas para as suas necessidades individuais com base na funcionalidade, custo e estética dos seus produtos específicos.