Por qué se deforman las piezas de acero mecanizadas por CNC y cómo prevenirlo

La deformación es uno de los defectos más frustrantes en Piezas de acero mecanizadas por CNC . Los componentes que miden perfectamente en la máquina se doblan repentinamente tras el desmontaje, el tratamiento térmico o incluso durante la inspección final. El resultado: desechos, retrabajo, retrasos en la entrega y quejas de los clientes.

Basado en ensayos reales en el taller, proyectos de rediseño de útiles y datos de pruebas de tensiones térmicas obtenidos en entornos productivos, este artículo explica por qué se deforman las piezas de acero durante el mecanizado por CNC —y exactamente cómo evitarlo mediante métodos ingenieriles probados.

¿Qué es la deformación en las piezas de acero mecanizadas por CNC?

La deformación hace referencia a una distorsión dimensional no intencionada causada por tensiones residuales, gradientes térmicos o una eliminación de material no uniforme.

Los síntomas típicos incluyen:

• Deformación de placas planas tras el acabado

• Flexión de ejes largos tras el desbaste

• Torsión de paredes delgadas durante el desenganche

• Desviación circular de los agujeros tras el tratamiento térmico

En un estudio de 6 meses realizado en un proveedor de equipos hidráulicos que maquinaba cuerpos de válvula AISI 1045:

• La chatarra relacionada con la distorsión disminuyó 28%

• Las horas de retrabajo se redujeron 34%

• La desviación de planicidad mejoró de 0,19 mm → 0,06 mm

—tras los cambios de proceso descritos a continuación.

Por qué se deforman las piezas de acero mecanizadas por CNC: las causas principales

1. Tensiones residuales en el material en bruto

Las barras de acero laminadas en caliente o forjadas suelen contener tensiones internas derivadas del conformado y del enfriamiento.

Cuando el mecanizado elimina material de forma irregular, las tensiones se redistribuyen, lo que provoca la flexión de la pieza.

Caso observado:
El mecanizado de placas forjadas de acero 4140 sin alivio de tensiones provocó una flexión de 0,32 mm en una longitud de 400 mm tras el acabado final.

2. Acumulación de calor durante el mecanizado

El acero se expande al calentarse. Estrategias de mecanizado agresivas o un flujo inadecuado de refrigerante generan gradientes térmicos, especialmente en:

• Cavidades profundas

• Ribs delgados

• Pasadas largas de acabado

La imagen térmica obtenida durante una prueba mostró una diferencia de temperatura de 42 °C a lo ancho de una brida delgada, suficiente para provocar una deformación medible.

3. Eliminación asimétrica de material

Eliminar la mayor parte del material de un lado primero provoca la liberación asimétrica de tensiones internas.

Esto es frecuente en:

• Piezas de carcasa

• Soportes estructurales

• Placas grandes

4. Deformación inducida por el dispositivo de sujeción

Sujetar en exceso componentes de acero delgados puede deformarlos elásticamente. Al liberarlos, «rebotan» adoptando formas alabeadas.

Las pruebas con sensores de fuerza en dispositivos de sujeción al vacío mostraron que reducir la carga de sujeción un 35 % redujo a la mitad el error de planicidad tras el mecanizado.

5. Tratamiento térmico tras el mecanizado

La temple y revenido introducen nuevas tensiones si las piezas no se soportan adecuadamente o si el sobremetal para el acabado posterior al tratamiento térmico es insuficiente.

Cómo prevenir el alabeo en piezas de acero mecanizadas mediante CNC

Aliviar primero las tensiones del material

Para componentes críticos:

• Recocido de alivio de tensiones a 550–650 °C para aceros al carbono y aleados

• Mantener 1 hora por cada 25 mm de espesor

• Enfriamiento controlado en horno

Resultado de la producción:
Las placas de 4140 sometidas a alivio de tensiones mostraron un 62 % menos de deformación durante el mecanizado de acabado.

Utilizar estrategias equilibradas de desbaste

En lugar de acabar completamente un lado:

• Eliminar material de forma simétrica

• Caras alternas

• Dejar una sobremetal uniforme (0,5–1,0 mm) para el acabado

Las plantillas de CAM que implementan este enfoque redujeron los errores de planicidad en 45%en piezas estructurales.

Optimizar los parámetros de corte para reducir el calor

Reducir la entrada térmica sin sacrificar la productividad:

• Fresado de alta eficiencia (sobrecorte del 10–20 %, cortes axiales profundos)

• Insertos afilados con bordes pulidos

• Recubrimientos de AlTiN para estabilidad térmica

• Refrigerante a alta presión (50–80 bar)

El consumo de potencia medido del husillo disminuyó un 14 % y la temperatura superficial cayó 18 °C tras la optimización.