Serveis de Rectificació CNC per a Requisits d'Acabat Superficial

Assolir acaba2 superfic1als precises (Ra < 0,4 μm) continua sent crític per a components d'alta desgast en l'aerospacial i en implants mèdics. Aquest estudi avalua l'eficàcia del rectificat CNC multi-eix mitjançant experimentació estructurada. Es van realitzar mesures de rugositat superficial (perfillòmetre Taylor Hobson Surtronic S128) i anàlisi metal·logràfica (microscopi Zeiss Axio Imager) en espècimens d'acer inoxidable 316L i Inconel 718 sota paràmetres controlats. Els resultats indiquen que protocols adaptatius d'acondicionament de la pedra combinats amb lubrificació mínima (MQL) redueixen els valors Ra en un 32% ± 3% respecte al refredament convencional amb inundació. L'anàlisi de tensions residuals (difracció de raigs X) va confirmar la formació de capes compressives (≥150 MPa), relacionades amb una millorada en la resistència a la fatiga. Aquests resultats demostren mètodes reproductibles per assolir acabats submicrònics crítics per a superfícies d'estanquitat i interfícies biocompatibles.

1. Introducció
Els requisits d'acabat superficial per sota de Ra 0,4 μm s'han convertit en essencials en diversos sectors de precisió (Lechner et al., 2023). Les superfícies articuladores dels implants mèdics i els components dels sistemes de combustible aeroespacials són exemples d'aplicacions on la integritat superficial induïda per l'abrasat afecta directament el rendiment funcional. Els desafiaments actuals inclouen aconseguir acabats a nivell de micròmetre uniformes alhora que es controlen les zones afectades tèrmicament i les tensions residuals. Aquesta investigació estableix correlacions quantificables entre els paràmetres de l'abrasat CNC i les característiques superficials resultants.

2. Metodologia

2.1 Disseny experimental
Un disseny factorial complet (Taula 1) va posar a prova tres paràmetres clau:

• Velocitat de la pedra: 30/45 m/s

• Avanç: 2/5 μm/passada

• Estratègia de refrigeració: Aigua abundosa/MQL

Taula 1: Paràmetres experimentals

2.2 Materials i equipament

• Trepans: 316L SS (ASTM F138), Inconel 718 (AMS 5662)

• Afiladora: Studer S41 CNC amb rodes CBN (B181N100V)

• Metrològica:

  • Rugositat superficial: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Microestructura: Zeiss Axio Imager A2m, ampliació de 500×

  • Tensió residual: Proto LXRD radiació Cr-Kα

2.3 Protocol de reproductibilitat

1. Condicionament de la roda: Diamant simple (profunditat de 5 μm, 0,1 mm/rev)

2. Entorn: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% HR

3. Validació: 5 repeticions d'assaig per conjunt de paràmetres

3. Resultats i anàlisi

Figura 1: Rugositat superficial vs. Paràmetres de rectificat

Principals conclusions:

• MQL va reduir els valors mitjans Ra en un 29,7% (316L) i un 34,2% (Inconel 718) respecte al refredament massiu

• Combinació òptima: 45 m/s de velocitat de la roda + 2 μm/pass de velocitat d'avance + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Velocitats més altes de la roda van disminuir les microfissures subsuperficials en un 60% (p<0,01)

4. Discussió

4.1 Interpretació del mecanisme
La reducció de Ra amb MQL coincideix amb gradients tèrmics reduïts (Marinescu et al., 2021). Una menor entrada de calor minimitza la deformació plàstica i la suavitat de la peça durant la interacció abrasiva. Els resultats de difracció de raigs X confirmen tensions de compressió (-210 MPa) amb els paràmetres òptims, millorant la vida a la fatiga.

4.2 Limitacions
Els resultats són específics del material; els aliatges de titani requereixen una optimització separada dels paràmetres. L'estudi va excloure geometries complexes que requereixen rectificació de perfil.

4.3 Aplicació industrial
Implementar cicles adaptatius de condicionament cada 50 peces va mantenir la consistència de Ra dins d'un 8%. Per a cossos de vàlvules hidràuliques, aquest protocol va reduir les taxes de fuita en un 40% durant les proves de qualificació (ISO 10770-1).

5. Conclusió
El rectificat CNC multi-eix aconsegueix acaba submicrònics en combinar altes velocitats de roda (≥45 m/s), baixes velocitats d'alimentació (≤2 μm/pass) i refrigeració MQL. La metodologia produeix superfícies metal·lúrgicament correctes amb tensions residuals compressives claus per a components amb càrregues dinàmiques. La recerca futura hauria d'abordar l'optimització del rectificat de superfícies corbes i la integració de monitorització en procés.