Servicios de Rectificado CNC para Requisitos de Acabado Superficial

Lograr acabados superficiales precisos (Ra < 0,4 μm) sigue siendo fundamental para componentes de alto desgaste en aeroespacial e implantes médicos. Este estudio evalúa la eficacia del rectificado CNC multi-ejes utilizando experimentación estructurada. Se realizaron mediciones de rugosidad superficial (perfilómetro Taylor Hobson Surtronic S128) y análisis metalográfico (microscopio Zeiss Axio Imager) en especímenes de acero inoxidable 316L y de Inconel 718 bajo parámetros controlados. Los resultados indican que protocolos adaptativos de condicionamiento de muela combinados con lubricación en mínima cantidad (MQL) reducen los valores de Ra en un 32 % ± 3 % en comparación con el enfriamiento convencional por inundación. El análisis de tensiones residuales (difracción de rayos X) confirmó la formación de capas compresivas (≥150 MPa), lo cual se correlaciona con un mejor desempeño ante fatiga. Estos hallazgos demuestran métodos reproducibles para lograr acabados submicrónicos esenciales para superficies de sellado e interfaces biocompatibles.

1. Introducción
Los requisitos de acabado superficial por debajo de Ra 0,4 μm se han convertido en esenciales en diversas industrias de precisión (Lechner et al., 2023). Las superficies articuladoras de implantes médicos y los componentes del sistema de combustible aeroespacial son ejemplos de aplicaciones donde la integridad superficial inducida por el rectificado impacta directamente en el rendimiento funcional. Los desafíos actuales incluyen lograr acabados consistentes a nivel micrométrico, controlando al mismo tiempo las zonas afectadas por el calor y las tensiones residuales. Esta investigación establece correlaciones cuantificables entre los parámetros del rectificado CNC y las características superficiales resultantes.

2. Metodología

2.1 Diseño Experimental
Un diseño factorial completo (Tabla 1) evaluó tres parámetros críticos:

• Velocidad de la muela: 30/45 m/s

• Avance: 2/5 μm/paso

• Estrategia de refrigeración: Por inundación/MQL

Tabla 1: Parámetros Experimentales

2.2 Materiales y Equipamiento

• Piezas de trabajo: 316L SS (ASTM F138), Inconel 718 (AMS 5662)

• Muela: Studer S41 CNC con muelas CBN (B181N100V)

• Metrología:

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

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

  • Tensión residual: Proto LXRD radiación Cr-Kα

2.3 Protocolo de Reproducibilidad

1. Acondicionamiento de la muela: Disco de diamante de punto único (profundidad de 5 μm, 0.1 mm/rev)

2. Ambiente: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% HR

3. Validación: 5 repeticiones de prueba por conjunto de parámetros

3. Resultados y Análisis

Figura 1: Rugosidad Superficial vs. Parámetros de Rectificado

Principales hallazgos:

• MQL redujo los valores promedio de Ra en un 29,7% (316L) y un 34,2% (Inconel 718) respecto al enfriamiento por inundación

• Combinación óptima: 45 m/s de velocidad de rueda + 2 μm/paso de avance + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Velocidades más altas de rueda disminuyeron las microfisuras subsuperficiales en un 60% (p<0,01)

4. Discusión

4.1 Interpretación del Mecanismo
La reducción de Ra bajo MQL concuerda con gradientes térmicos reducidos (Marinescu et al., 2021). Un menor aporte de calor minimiza el ablandamiento de la pieza de trabajo y la deformación plástica subsiguiente durante la interacción abrasiva. Los resultados de DRX confirman tensiones compresivas (-210 MPa) en los parámetros óptimos, mejorando la vida útil por fatiga.

4.2 Limitaciones
Los resultados son específicos del material; las aleaciones de titanio requieren una optimización separada de parámetros. Este estudio excluyó geometrías complejas que requieren rectificado de perfil.

4.3 Aplicación Industrial
Implementando ciclos de rectificado adaptativos cada 50 piezas se mantuvo la rugosidad Ra dentro del 8%. Para cuerpos de válvulas hidráulicas, este protocolo redujo las tasas de fuga en un 40% durante las pruebas de cualificación (ISO 10770-1).

5. Conclusión
El rectificado CNC multi-ejes alcanza acabados submicrónicos al combinar altas velocidades de muela (≥45 m/s), bajas velocidades de avance (≤2 μm/pasada) y refrigeración MQL. La metodología genera superficies metalúrgicamente sanas con tensiones residuales compresivas, críticas para componentes con cargas dinámicas. La investigación futura debe abordar la optimización del rectificado de superficies curvas y la integración de monitoreo en proceso.