Acabamento de superfícies para peças maquinadas em 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.

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.

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.

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 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.

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: 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. 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

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 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.

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.

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. Controlled Surface Finishing: 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

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.

Jateamento com óxido de alumínio

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.

Jato de esferas 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 fabrico de peças para automóveis e fabrico de componentes aeroespaciais.

Decapagem com carboneto de silício

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.

Electropolimento

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.

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: 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. 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

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 Custos de maquinagem 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 “Mais processos de acabamento de superfícies” to continue.

Conclusão

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.

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.

Referência

[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