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La rugosidad de la superficie y el tratamiento de la superficie de la pieza mecanizada por CNC.

9 septiembre 2023

Mecanizado CNC puede crear piezas con requisitos de tolerancia estrictos y piezas detalladas de varios metales o plásticos, y es uno de los mejores métodos de procesamiento para piezas personalizadas y producción de prototipos. Durante el mecanizado CNC, la materia prima se elimina de forma selectiva y precisa para producir una pieza con una forma casi neta. Este tipo de proceso de mecanizado también suele denominarse fabricación sustractiva. Dado que la herramienta CNC elimina continuamente materias primas durante el proceso de mecanizado, se producirán marcas obvias de herramienta en la superficie de la pieza. Para definir el espesor de estas marcas de herramienta, lo llamamos rugosidad de la superficie de las piezas mecanizadas CNC y lo dividimos en varios grados de rugosidad. Al mismo tiempo, después del mecanizado CNC de piezas metálicas de precisión, generalmente realizamos algún tratamiento en la superficie de las piezas para mejorar su resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, aislamiento, decoración u otros requisitos funcionales especiales. El tratamiento superficial es el proceso de formar artificialmente una capa superficial con propiedades mecánicas, físicas y químicas diferentes a las del sustrato mediante una tecnología de procesamiento específica en la superficie del sustrato.

Índice del contenido

¿Qué es la rugosidad de la superficie y sus causas?

Después de que la superficie de la pieza es procesada por CNC, se ve suave, pero es desigual cuando se mira con una lupa. En la vida diaria, la gente tiende a llamarlo "acabado superficial", pero de hecho, el estándar unificado internacional lo llama "rugosidad superficial". La rugosidad de la superficie se refiere a las irregularidades de pequeñas pendientes y pequeños picos y valles que tiene una superficie mecanizada. La distancia (distancia de onda) entre los dos picos o dos valles es muy pequeña (por debajo de 1 mm), lo que pertenece al error de reconocimiento de geometría microscópica. Cuanto menor sea la rugosidad de la superficie, más lisa será la superficie.

La rugosidad de la superficie generalmente se forma por el método de procesamiento utilizado y otros factores, como la fricción entre la herramienta y la superficie de la pieza durante el mecanizado CNC, la deformación plástica de la capa superficial del metal cuando se separa el chip y la vibración de alta frecuencia en el sistema de proceso. Debido a los diferentes métodos de procesamiento y materiales de la pieza de trabajo, la profundidad, densidad, forma y textura de las huellas dejadas en la superficie procesada son diferentes.

Efecto de la rugosidad de la superficie en las piezas

La rugosidad de la superficie está estrechamente relacionada con las propiedades coincidentes, la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga, la rigidez de contacto, la vibración y el ruido de las piezas mecánicas, y tiene un impacto importante en la vida útil y la confiabilidad de los productos mecánicos. Después de mecanizar las piezas, quedan finos rastros de procesamiento en la superficie y cuanto menor es la rugosidad de la superficie, más lisa es. La influencia específica de la rugosidad de la superficie de las piezas puede referirse a los siguientes puntos.

1. La rugosidad de la superficie afecta la resistencia al desgaste de las piezas. Cuanto más rugosa es la superficie, menor es el área de contacto efectiva entre las superficies de contacto, mayor es la presión y más rápido es el desgaste.

2. La rugosidad de la superficie afecta la estabilidad de las propiedades de ajuste. Para el ajuste con holgura, cuanto más rugosa sea la superficie, más fácil será de desgastar, de modo que la holgura aumente gradualmente durante el proceso de trabajo; la fuerza de la conexión.

3. La rugosidad de la superficie afecta la resistencia a la fatiga de las piezas. Hay grandes depresiones en la superficie de las piezas rugosas, que son sensibles a la concentración de tensiones, como muescas y grietas afiladas, lo que afecta la resistencia a la fatiga de las piezas.

4. La rugosidad de la superficie afecta la resistencia a la corrosión de las piezas. La superficie rugosa puede hacer que fácilmente un gas o líquido corrosivo penetre en la capa interna del metal a través de los valles microscópicos de la superficie, provocando corrosión en la superficie.

5. La rugosidad de la superficie afecta el sellado de las piezas. Las superficies rugosas no pueden encajar perfectamente y se filtra gas o líquido a través de los espacios entre las superficies de contacto.

6. La rugosidad de la superficie afecta la rigidez de contacto de las piezas. La rigidez de contacto es la capacidad de la superficie de unión de las piezas para resistir la deformación de contacto bajo la acción de una fuerza externa. La rigidez de una máquina está determinada en gran medida por la rigidez del contacto entre las piezas.

7. Afecta la precisión de la medición de las piezas. La rugosidad de la superficie medida de la pieza y la superficie de medición de la herramienta de medición afectarán directamente la precisión de la medición, especialmente en mediciones de precisión.

Además, la rugosidad de la superficie tendrá diversos grados de influencia en el recubrimiento, la conductividad térmica y la resistencia de contacto de las piezas, el rendimiento de reflexión y radiación, la resistencia al flujo de líquidos y gases y el flujo de corriente en la superficie de los conductores.

Grado estándar y selección de rugosidad superficial

La rugosidad de la superficie de las piezas mecanizadas por CNC no es un valor accidental, porque la rugosidad de la superficie es controlable y solo necesita ser preestablecida antes del mecanizado. Sin embargo, en circunstancias normales, muchas piezas no tienen requisitos de rugosidad superficial específicos, a menos que sean necesarios en algunas industrias específicas, como algunas piezas giratorias, escenas de vibración e implantes médicos.

Diferentes campos de aplicación requieren diferentes rugosidades de la superficie. Específicamente, cómo elegir un valor de rugosidad superficial para sus piezas. Lo primero que debemos considerar es que la superficie de la pieza no sólo debe cumplir con los requisitos funcionales, sino también considerar la racionalidad económica. Para una selección específica, se puede determinar por analogía con referencia a dibujos existentes de piezas similares. Bajo la premisa de cumplir con los requisitos funcionales de la pieza, se debe seleccionar el mayor valor del parámetro de rugosidad superficial tanto como sea posible para reducir el costo de procesamiento. En términos generales, la superficie de trabajo, la superficie de contacto, la superficie de sellado, la superficie de fricción con alta velocidad de movimiento y alta presión unitaria de las piezas tienen altos requisitos de suavidad de la superficie, y el valor del parámetro debe ser menor. Para superficies que no funcionan, superficies que no encajan y superficies con baja precisión dimensional, los valores de los parámetros pueden ser mayores para reducir los costos de procesamiento.

Según el organismo estadounidense ISO2632/1-1975 Estándar de rugosidad de mecanizado, actualmente en el taller de mecanizado CNC AN-Prototype, implementamos los siguientes cuatro valores de rugosidad superficial para fabricar piezas de alta calidad para los clientes.

Ra=3.2um. Este es el acabado superficial predeterminado para piezas mecanizadas por CNC y es adecuado para la mayoría de las piezas. La superficie de las piezas de Ra3.2um es muy suave, pero aún se pueden ver marcas de corte y es adecuada para escenas sujetas a vibraciones, cargas y tensiones elevadas.

Ra=1.6 um. Este nivel es una rugosidad superficial relativamente buena, procesada en las condiciones establecidas, pero todavía se pueden ver ligeras marcas de corte. Las piezas de este grado se ajustan perfectamente a otros componentes y son adecuadas para escenarios de movimiento lento y carga ligera, no para rotación rápida o vibración severa. Tomando como ejemplo el aluminio 6061, el coste de fabricación de Ra1.6um es aproximadamente un 5% mayor que el de Ra3.2 y aumenta con la complejidad de las piezas.

Ra=0.8um. Se trata de un alto nivel de acabado superficial que debe fabricarse en condiciones estrictamente controladas y es más fácil de producir con amoladoras cilíndricas, sin centros o de superficie. Las partes de este nivel suelen trabajar en escenas con cargas ligeras o movimientos poco frecuentes. Tomando como ejemplo el aluminio 6061, el costo de fabricación de Ra0.8um es aproximadamente un 10% más alto que el de Ra3.2 y aumenta con la complejidad de las piezas.

Ra=0.4 um. Este grado es la rugosidad superficial de más alta calidad. Las piezas de este grado generalmente requieren pulido o esmerilado. Para escenas que requieren superficies muy lisas, es necesario elegir Ra0.4um, como la pared interior de cojinetes o implantes médicos. Tomando como ejemplo el aluminio 6061, el costo de fabricación de Ra0.4um es aproximadamente un 15% más alto que el de Ra3.2 y aumenta con la complejidad de las piezas.

Problemas comunes de rugosidad de la superficie

Métodos de evaluación y medición de la rugosidad superficial. La evaluación de la rugosidad se divide principalmente en métodos de evaluación cualitativos y cuantitativos. La llamada evaluación cualitativa consiste en comparar la superficie que se va a probar con la muestra de comparación de rugosidad superficial conocida y juzgar su grado mediante inspección visual o mediante un microscopio; y La evaluación cuantitativa consiste en medir los principales parámetros de la rugosidad de la superficie medida a través de ciertos métodos de medición e instrumentos correspondientes, estos parámetros son Ra, Rq, Rz, Ry. Actualmente, los métodos de medición de rugosidad superficial comúnmente utilizados incluyen principalmente el método de comparación de muestras, el método de sección ligera, el método de interferencia, el método de lápiz óptico, etc.

El significado de los parámetros de rugosidad superficial Ra, Rq, Rz, Ry. Ra es la desviación media aritmética del contorno, es decir, la media aritmética de la suma de los valores absolutos de las desviaciones del contorno medidas dentro de la longitud de muestreo. Rq es la desviación cuadrática media del perfil: el valor cuadrático medio del desplazamiento del perfil dentro de la longitud de muestreo. Rz es la altura de rugosidad microscópica de 10 puntos: la suma de los valores promedio de las cinco alturas de pico de contorno más grandes y las cinco profundidades de valle de contorno más grandes dentro de la longitud de muestreo. Ry es la altura máxima del perfil: la distancia máxima entre la línea de pico del perfil y la línea central de la línea inferior del valle del perfil dentro de la longitud de muestreo.

Factores que afectan a la rugosidad superficial. Hay muchos factores que afectan la rugosidad de la superficie de las piezas, entre los cuales los factores más importantes son la velocidad de corte, la profundidad de compromiso, la cantidad de corte, el ángulo geométrico de la herramienta de corte, la vibración de la herramienta de corte, la dureza del material procesado, la rigidez de la pieza de trabajo y la fijación. y máquina herramienta durante el mecanizado CNC Rigidez, uso de fluido de corte, etc.

Tratamiento superficial de piezas mecanizadas CNC.

En el campo del mecanizado de precisión CNC, para piezas que requieren resistencia y tenacidad relativamente altas, su rendimiento de trabajo y vida útil están estrechamente relacionados con las propiedades de su superficie, y la mejora de las propiedades de la superficie no se puede lograr simplemente dependiendo de los materiales. Es muy antieconómico, pero en el procesamiento real, su rendimiento debe estar a la altura del estándar. En este momento tenemos que recurrir a diversas tecnologías de tratamiento de superficies. El tratamiento de superficies es el proceso de formar artificialmente una capa superficial sobre la superficie de un sustrato mediante una tecnología de procesamiento específica que es diferente de las propiedades mecánicas, físicas y químicas del sustrato. Además, para el mecanizado CNC de piezas metálicas de precisión, para cumplir con la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, el aislamiento, la decoración, aumentar la vida útil de las piezas o agregar otras funciones especiales, generalmente adoptamos un tratamiento de superficie específico para cumplir con los requisitos. Para el tratamiento de superficies de piezas de hardware, comúnmente vemos anodizado, galvanoplastia, electropulido, recubrimiento de conversión, pasivación, trefilado, chorro de arena, pintura y pulverización de polvo, etc.

Anodizado

Anodizado, oxidación electroquímica de metales o aleaciones. El aluminio y sus aleaciones forman una capa de película de óxido (aislamiento) sobre el producto de aluminio (ánodo) bajo el electrolito correspondiente y condiciones de proceso específicas bajo la acción de una corriente aplicada. La anodización, a menos que se especifique lo contrario, generalmente se refiere a la anodización con ácido sulfúrico. Para superar los defectos de la dureza de la superficie de la aleación de aluminio, la resistencia al desgaste, etc., ampliar el alcance de la aplicación y prolongar la vida útil, la tecnología de tratamiento de superficies se ha convertido en una parte indispensable del uso de las aleaciones de aluminio, y la tecnología de oxidación anódica es el más utilizado y el más económico. de. Actualmente existen dos tipos principales de anodizado: anodizado con ácido sulfúrico tipo II y anodizado duro tipo III (recubrimiento duro)

La anodización con ácido sulfúrico tipo II es el método de anodización más utilizado. Las películas del proceso de anodizado con ácido sulfúrico están disponibles en un rango de espesor de 0.0001″-001″. El recubrimiento resultante tuvo un espesor total de 67% de penetración en el sustrato y un aumento del 33% sobre el tamaño original de la pieza. Es especialmente adecuado para aplicaciones que requieren dureza y resistencia al desgaste.

Sin embargo, la posible presencia de residuos de ácidos corrosivos es indeseable cuando las piezas están sometidas a tensiones considerables, como en el caso de piezas de aviones. La porosidad de la película de ácido sulfúrico antes del sellado es especialmente ventajosa en el tratamiento superficial coloreado del aluminio y sus aleaciones.

La alúmina porosa absorbe bien los tintes y el sellado posterior ayuda a prevenir la pérdida de color durante el uso. Aunque las películas anodizadas teñidas son bastante rápidas, son propensas a decolorarse cuando se exponen a la luz solar directa y prolongada. Algunos de los colores son: negro, rojo, azul, verde, gris urbano, marrón coyote y dorado. Las piezas se pueden tratar química o mecánicamente antes de anodizarlas para lograr un acabado mate (no reflectante).

Beneficios del anodizado con ácido sulfúrico:

Aplicaciones de anodizado con ácido sulfúrico:

El anodizado duro tipo III (revestimiento duro), aunque generalmente se realiza con electrolitos a base de ácido sulfúrico, es más espeso y denso que el anodizado con ácido sulfúrico más tradicional. Los recubrimientos duros son adecuados para piezas de aluminio en aplicaciones extremadamente abrasivas que requieren una resistencia superior al desgaste o en ambientes corrosivos que requieren recubrimientos más gruesos, duros y duraderos. También es valioso cuando se requiere un aislamiento eléctrico mejorado. Dado que el anodizado de capa dura puede llegar hasta unas pocas milésimas en algunos casos, esto hace que este tipo de anodizado sea un candidato para recuperar componentes desgastados o mal mecanizados.

Propiedades de anodizado duro:

Aplicaciones de anodizado duro:

Galvanoplastia.

La galvanoplastia es el proceso de aplicar una o más capas de metal a una pieza haciendo pasar una corriente cargada positivamente a través de una solución que contiene iones metálicos disueltos (ánodo) y una corriente cargada negativamente a través de la pieza a recubrir (cátodo). Desde los antiguos egipcios, recubrían metales y no metales con oro o un proceso llamado "dorado", el primer tratamiento de superficie conocido. Algunos metales se aplican de manera más uniforme que otros, pero el uso de electricidad significa que el metal que se deposita fluye más fácilmente hacia áreas de alta corriente o hacia los bordes de la pieza. Esta tendencia es especialmente notable con formas complejas o cuando se intenta recubrir el interior o la parte interior de una pieza. Además de aplicar metales individuales, se pueden galvanizar simultáneamente aleaciones de materiales como estaño y plomo o zinc y hierro para lograr las propiedades personalizadas deseadas.

Pulido electrolítico.

El electropulido es el proceso de alisar y/o abrillantar anódicamente superficies metálicas en soluciones ácidas o alcalinas concentradas. , configurado para realizarlo en acero inoxidable u otras aleaciones ricas en níquel. Si bien se puede realizar en muchos metales base como operación previa al enchapado, generalmente se realiza en acero inoxidable como acabado final. Proporciona una superficie química y físicamente limpia y elimina cualquier rugosidad mecánica de la superficie que pueda ser perjudicial para producir una superficie enchapada uniforme y sin picaduras o para el rendimiento y apariencia futuros de los productos de acero inoxidable. Ayuda a desbarbar bordes y agujeros mecanizados y elimina cualquier hierro incrustado del proceso de fabricación. La corriente es mayor en los bordes exteriores y las esquinas de la pieza, que son especialmente suaves.

pasivación.

La pasivación se utiliza para mejorar la condición de la superficie del acero inoxidable disolviendo el hierro incrustado en la superficie mediante conformado, mecanizado u otros pasos de fabricación. El hierro se corroerá si no se controla y, a menudo, aparecerán manchas de óxido grandes o pequeñas en el acero inoxidable. Para evitar esto en las piezas terminadas, se pasivan. Este tratamiento consiste en sumergir las piezas de acero inoxidable en una solución de ácido nítrico libre de sales oxidantes durante un período de tiempo, que disolverá el hierro incrustado y restaurará la superficie original resistente a la corrosión formando una fina película de óxido transparente. La pasivación se utiliza como operación de limpieza de piezas fundidas, estampadas y de máquinas acabadas mediante inmersión de las piezas.

Características y ventajas:

Cepillado.

El tratamiento con cepillado de superficies es un método de tratamiento de superficies que forma líneas en la superficie de la pieza de trabajo moliendo productos para lograr un efecto decorativo. Debido a que el tratamiento de superficie cepillado puede reflejar la textura de los materiales metálicos, cada vez más usuarios lo aprecian y se utiliza cada vez más. El método de procesamiento del dibujo de superficies debe elegir diferentes métodos de procesamiento de acuerdo con los requisitos del efecto de dibujo y el tamaño y la forma de las diferentes superficies de la pieza de trabajo. Hay dos formas de dibujar: dibujo manual y dibujo mecánico.

chorro de arena

El proceso de limpieza y rugosidad de la superficie del sustrato por el impacto del flujo de arena a alta velocidad. El aire comprimido se utiliza como potencia para formar un haz de chorro de alta velocidad para rociar el material de pulverización (mineral de cobre, arena de cuarzo, corindón, arena de hierro, arena de Hainan) a la superficie de la pieza de trabajo que se va a procesar a alta velocidad, de modo que la apariencia o forma de la superficie exterior de la superficie de la pieza de trabajo cambia. , debido al impacto y efecto de corte del abrasivo en la superficie de la pieza de trabajo, la superficie de la pieza de trabajo puede obtener un cierto grado de limpieza y rugosidad diferente, de modo que las propiedades mecánicas de la superficie de la pieza de trabajo se pueden mejorar, así mejorando la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo, incrementándola y recubriendo. La adhesión entre capas prolonga la durabilidad de la película de recubrimiento y también es beneficiosa para la nivelación y decoración del recubrimiento.

El recubrimiento en polvo

La pulverización de polvo utiliza el fenómeno de la descarga de corona para hacer que el recubrimiento en polvo se adsorba en la pieza de trabajo. El proceso de pulverización de polvo es: la pistola pulverizadora de polvo está conectada al electrodo negativo, la pieza de trabajo está conectada a tierra (electrodo positivo), el sistema de suministro de polvo envía el recubrimiento en polvo a la pistola pulverizadora a través del gas de aire comprimido y el alto El voltaje generado por el generador electrostático de alto voltaje se agrega al frente de la pistola rociadora. Debido a la descarga en corona, se genera una carga densa en sus proximidades. Cuando el polvo se pulveriza desde la boquilla, forma un circuito para formar una partícula de pintura cargada. Es atraído por la fuerza electrostática hacia la pieza de trabajo con polaridad opuesta. A medida que aumenta el polvo pulverizado, la carga se acumula más, cuando alcanza un cierto espesor, debido a la repulsión electrostática, no seguirá absorbiendo, por lo que toda la pieza de trabajo obtendrá un cierto espesor de recubrimiento en polvo, y luego el El polvo se derretirá, nivelará y solidificará mediante el calor, es decir, en la superficie de la pieza de trabajo forma una película de recubrimiento dura.

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