Acabados superficiales para el mecanizado CNC

Este artículo tiene como objetivo proporcionar una visión general de las opciones de acabado superficial para las piezas metálicas mecanizadas por CNC y ayudarle a seleccionar los acabados adecuados para sus aplicaciones.

Las piezas metálicas mecanizadas recién salidas del CNC tienen naturalmente marcas visibles de herramientas, bordes afilados y rebabas. Además de disminuir el valor estético, también pueden tener dimensiones y tolerancias inexactas. Para obtener una pieza con un acabado adecuado, se recomienda encarecidamente aplicar tratamientos de acabado superficial en el mecanizado CNC.

Estas operaciones de posprocesado no sólo mejoran la resistencia del material, sino que también le confieren propiedades anticorrosivas y mejoran la rugosidad de la superficie.

Tratamientos térmicos y acabados superficiales

Las dos operaciones de posprocesado más comunes utilizadas en el proceso de fabricación del mecanizado CNC son los tratamientos térmicos (recocido, cementación) y los tratamientos superficiales (granallado, recubrimiento de polvo…). La aplicación de los acabados superficiales adecuados ayuda a mejorar la rugosidad superficial, así como las propiedades estéticas y funcionales de las piezas mecanizadas por CNC.

The CNC machining surface of parts has visible tool marks
La superficie de mecanizado CNC de las piezas tiene marcas visibles de herramientas

Opciones de acabado de tratamiento térmico para el mecanizado CNC

La operación de tratamiento térmico mejora las propiedades físicas y mecánicas del metal calentándolo y enfriándolo cuidadosamente. Las propiedades generales como la resistencia, la dureza, la ductilidad, la maleabilidad, la conformabilidad y la elasticidad pueden aumentar o disminuir mediante este procedimiento. Las operaciones relacionadas con los tratamientos térmicos son las siguientes.

Recocido

El proceso de recocido consiste en calentar un metal hasta la temperatura a la que comienza la recristalización, o cerca de ella, sin que cambien las tensiones. Tras el calentamiento, el metal debe enfriarse a temperatura ambiente en el horno o en la arena. Este lento enfriamiento del metal aumenta la elasticidad de este reduciendo su dureza, lo que mejora la capacidad de trabajo en frío del metal.

Generalmente se utiliza para las aleaciones de acero, pero también puede utilizarse para el cobre, el aluminio y el latón.

Revenido

El revenido es un método de tratamiento térmico dedicado principalmente a reducir la dureza de los metales. Consiste en calentar el metal a una temperatura inferior al punto crítico. La temperatura se ajusta en función de la cantidad de dureza que debe reducirse y varía también en función del tipo de metal.

En general, las temperaturas bajas reducen la fragilidad y mantienen intacta la mayor parte de la dureza. En cambio, las temperaturas más altas reducen la dureza y aumentan la elasticidad y la plasticidad, pero reducen parte del límite elástico y la resistencia a la tracción. 

Se recomienda un calentamiento gradual para evitar que el acero se agriete. A continuación, el metal se mantiene a esta temperatura durante un periodo determinado. Las aleaciones de acero se templan de forma destacada para mejorar sus propiedades.

CNC machined parts during the tempering surface finish process
Piezas mecanizadas por CNC durante el proceso de acabado de la superficie de templado

Cementado

La cementación, cementado o carburación es un proceso de tratamiento térmico que incluye el endurecimiento de la superficie del metal mientras se permite que el metal inferior siga siendo blando. Como su nombre indica, la cementación consiste en inducir carbono o nitrógeno en aleaciones de bajo contenido en carbono a temperaturas elevadas para que aumente su capacidad de endurecimiento. 

Este acabado superficial puede aplicarse a la pieza antes o después del proceso de mecanizado CNC.

Temple de profundidad

El endurecimiento por inmersión, templado o temple de profundidad difiere del cementado en que, en lugar de sólo la superficie, se consigue que toda la aleación tenga una templabilidad relativamente similar. Esto puede lograrse introduciendo carbono en la matriz de la aleación y enfriándola repetidamente en salmuera o en agua. También puede utilizarse el temple en aceite.

Opciones de acabado superficial CNC en Xometry

Las operaciones relacionadas con los acabados superficiales son las siguientes.

Granallado

El granallado o chorreado consiste en pulverizar un chorro a presión de pequeñas perlas de material, de plástico o de vidrio, desde una boquilla sobre la superficie de la pieza. Esto elimina las rebabas e imperfecciones, dejando un acabado liso. Además, el producto final se asemeja a un acabado satinado uniforme.

El chorreado de perlas se realiza en una cámara cerrada. El chorreado con microesferas de vidrio es más habitual en las piezas mecanizadas con CNC. Dado que la superficie es mate, es ideal como tratamiento de acabado superficial preliminar para la pintura y el teñido. El chorreado de perlas antes del anodizado también es una preparación ideal de la superficie, ya que crea una superficie no reflectante. 

El tamaño recomendado de la pieza es de 6 a 600 mm, tanto en altura como en anchura. Las piezas más pequeñas son difíciles de sujetar y difíciles de producir una superficie uniforme.

Niquelado químico

El niquelado químico o níquel-fósforo consiste en depositar una capa uniforme de aleación de níquel-fósforo en la superficie superior de un sustrato sólido, como el aluminio o el acero. El sustrato se sumerge en una solución acuosa que contiene sales de níquel y agentes reductores de fósforo.

A diferencia de la galvanoplastia, este procedimiento lamina el sustrato de manera uniforme, mientras que el primero sufre una densidad de corriente y una resistencia del sustrato desiguales.

Recubrimiento en polvo

El proceso de recubrimiento en polvo consiste en un polvo seco que fluye libremente y se recubre sobre un sustrato. A diferencia de la pintura líquida normal, que utiliza disolventes que se evaporan, el revestimiento en polvo se aplica electrostáticamente y se cura con calor o luz UV. El polvo puede ser de un polímero termoplástico o termoestable.

El acabado suele ser más resistente y uniforme en comparación con las capas convencionales. Metales como el aluminio y el acero pueden recubrirse eficazmente con polvos poliméricos.

CNC machined part with a nickel plating surface finish, previously polished

Pieza mecanizada por CNC con acabado superficial niquelado

CNC machined and powder coated part

Recubrimiento en polvo

Fasteners with zinc passivate surface finish

Pasivado

CNC machined part with a nickel plating surface finish, previously polished
CNC machined and powder coated part
Fasteners with zinc passivate surface finish

Electropulido

El electropulido es exactamente lo contrario de la galvanoplastia. En este último, el sustrato es un cátodo y el ánodo de sacrificio imparte sus iones al cátodo. En este caso, es a la inversa, el sustrato es un ánodo y sus iones viajan hacia el cátodo.

En este proceso, los micro picos y valles se nivelan. Es una técnica muy buena para desbarbar y reducir la rugosidad media de la superficie.

Pasivado

La pasivación o pasivado es un proceso en el que interviene principalmente el acero inoxidable, que se compone principalmente de hierro, cromo y níquel. Las propiedades anticorrosivas del acero inoxidable las proporciona el cromo de la aleación, ya que produce de forma natural una capa de óxido de cromo en la superficie, mientras que el hierro libre facilita la corrosión.

La pasivación consiste en sumergir el acero inoxidable en un baño de ácido (por ejemplo, ácido nítrico) que disuelve el hierro libre y mejora la resistencia del óxido de cromo, contrarrestando así la corrosión.

Anodizado

El anodizado es similar al pasivado, ya que mejora el grosor de la capa de óxido y hace que la superficie del metal sea resistente a la corrosión. Es muy común para el aluminio en el mecanizado CNC. Se diferencia del pasivado en que, en lugar de sumergirse en ácido, se realiza un proceso electrolítico. De ahí que también se denomine pasivación electrolítica.

En el anodizado, la aleación de aluminio se sumerge en un electrolito de ácido sulfúrico y se utiliza como ánodo. Cuando se coloca un cátodo (material inerte como el acero inoxidable, el níquel, el carbono, etc.) y se pasa la electricidad, el oxígeno fluye hacia el ánodo y reacciona formando un óxido anódico. Este óxido anódico contiene sobre todo óxido de aluminio, que protege contra la corrosión. 

Los electrolitos suelen ser:

  • Solución de ácido sulfúrico al 10-15% a 25°C que produce una capa de óxido de unos 25µm/hora
  • Mezcla de ácidos oxálico y sulfúrico a 30°C, que produce unos 30µm/hora
  • Ácido crómico al 10% operando a 38-42°C, produciendo alrededor de 15µm/hora

El anodizado también confiere al metal un acabado superficial grueso y granulado. Además, facilita que el tinte quede atrapado en la capa de óxido, con lo que se consigue un color casi permanente.

Sheet metal aluminium black anodised part
Pieza de chapa de aluminio anodizado negro

Recubrimiento de zinc / Galvanizado

El galvanizado se asocia principalmente al acero. También conocido como galvanizado en caliente, es un proceso que consiste en sumergir el acero en un baño de zinc fundido, recubriendo así el acero con múltiples capas de aleación de zinc y hierro.

Esto se debe a que el zinc reacciona químicamente con el contenido ferroso del acero y difunde el recubrimiento perpendicularmente a la superficie creando una capa gruesa y uniforme a lo largo de la misma.

Acabados superficiales para el mecanizado CNC disponibles en Xometry

La siguiente tabla resume las distintas opciones de acabado superficial que puede elegir para obtener el acabado y la textura superficial deseados.

Acabado de la superficie Material(es) adecuado(s) Beneficios
Recocido Aleaciones de acero, cobre, aluminio, latón • Mejora la conductividad eléctrica
• Ablanda el material para trabajar en frío
• Mejora la maquinabilidad
Revenido Aleaciones de acero, cobre, aluminio, latón • Aumenta la dureza, la ductilidad y la resistencia
Cementado Aleaciones de acero, cobre, aluminio, latón • Mejora la resistencia de la superficie
• Aumenta la resistencia a la corrosión
Temple de profundidad Aleaciones de acero, cobre, aluminio, latón • Mejora la resistencia general de la aleación
Recubrimiento de zinc / Galvanizado Acero • Mejora la resistencia a la corrosión de la superficie
Pasivado Acero inoxidable • Aumenta la resistencia de la pieza a la corrosión
Anodizado
(naranja, rojo, púrpura, oro, amarillo, negro, verde, azul y anodizado transparente)
Aleaciones de acero, cobre, aluminio, latón • Proporciona un acabado estético brillante
• Aumenta la resistencia de la pieza a la corrosión
Niquelado químico Aluminio, aleaciones de acero • Mejora la superficie
• Rentabilidad
Recubrimiento en polvo Aluminio, aleaciones de acero • Aumentar la fuerza
• Buena base para el teñido
Electropulido Aleaciones de acero • Superficie uniforme y brillante
• Resistente a la corrosión y de alta soldabilidad
Granallado Acero inoxidable, aluminio, latón, cobre • Superficie más lisa
• Acabado superficial ampliamente utilizado

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El acabado de la superficie es una operación muy importante para el proceso de fabricación del mecanizado CNC. El tratamiento térmico mejora las propiedades generales del metal, mientras que los acabados superficiales hacen que el metal sea más resistente a la corrosión.

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