Servizos de rectificado CNC para requisitos de acabado superficial

A obtención de remates superficiais precisos (Ra < 0,4 μm) segue sendo fundamental para compoñentes de alta desgaste en aeroespacial e implantes médicos. Este estudo avalia a eficacia do rectificado CNC multi-eixe mediante experimentación estruturada. Realízanse medicións de rugosidade superficial (perfillómetro Taylor Hobson Surtronic S128) e análise metalográfica (microscopio Zeiss Axio Imager) en probas de aceiro inoxidable 316L e Inconel 718 baixo parámetros controlados. Os resultados indican que os protocolos adaptativos de vestido de roda combinados con lubricación en cantidade mínima (MQL) reducen os valores de Ra en 32% ± 3% fronte ao arrefrecemento convencional por inundación. A análise de tensións residuais (difracción de raios X) confirmou a formación de capas compresivas (≥150 MPa), o que se correlaciona cun desempeño mellorado fronte á fatiga. Estes resultados demostran métodos reprodutíbeis para acadar remates submicrónicos fundamentais para superficies de sellado e interfaces biocompatíbeis.

1. Introdución
Os requisitos de acabado superficial por debaixo de Ra 0,4 μm converteranse en esenciais en toda a industria de precisión (Lechner et al., 2023). As superficies articulares de implantes médicos e os compoñentes dos sistemas de combustible aeroespaciais son exemplos de aplicacións nas que a integridade da superficie inducida polo rectificado impacta directamente no desempeño funcional. Os desafíos actuais inclúen lograr acabados consistentes a nivel de micrómetro mentres se controlan as zonas afectadas polo calor e as tensións residuais. Esta investigación establece correlacións cuantificables entre os parámetros do rectificado CNC e as características superficiais resultantes.

2. Metodoloxía

2.1 Deseño experimental
Un deseño factorial completo (Táboa 1) probou tres parámetros críticos:

• Velocidade da roda: 30/45 m/s

• Taxa de alimentación: 2/5 μm/pasada

• Estratexia de arrefriamento: Flood/MQL

Táboa 1: Parámetros experimentais

2.2 Materiais e Equipamento

• Pezas de traballo: 316L SS (ASTM F138), Inconel 718 (AMS 5662)

• Afiadora: Studer S41 CNC c/rodetes CBN (B181N100V)

• Metroloxía:

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

  • Microestrutura: Zeiss Axio Imager A2m, aumento de 500×

  • Tensión residual: Proto LXRD radiación Cr-Kα

2.3 Protocolo de reproducibilidade

1. Afiado da roda: Disco de diamante de punto único (5 μm de profundidade, 0,1 mm/rev)

2. Ambiente: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% HR

3. Validación: 5 repeticións de proba por conxunto de parámetros

3. Resultados e Análise

Figura 1: Rugosidade superficial vs. Parámetros de rectificado

Principais descubrimentos:

• MQL reduciu os valores medios de Ra en 29,7% (316L) e 34,2% (Inconel 718) fronte ao arrefriamento por inundación

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

• Velocidades máis altas da roda reduciron as microfendillas subsuperficiais en un 60% (p<0,01)

4. Discusión

4.1 Interpretación do mecanismo
A redución de Ra baixo MQL está alineada cunha redución dos gradientes térmicos (Marinescu et al., 2021). Menor entrada de calor minimiza o ablandamento da peza e a deformación plástica posterior durante a interacción abrasiva. Os resultados de DRX confirman tensións de compresión (-210 MPa) nos parámetros óptimos, mellorando a vida á fatiga.

4.2 Limitacións
Os resultados son específicos do material; as ligazóns de titánio requiren unha optimización separada de parámetros. O estudo excluíu xeometrías complexas que requiren rectificado de perfil.

4.3 Aplicación industrial
A implementación de ciclos de vestido adaptativos cada 50 pezas manteu a consistencia de Ra dentro do 8%. Para corpos de válvulas hidráulicas, este protocolo reduciu as taxas de fuga en un 40% durante as probas de cualificación (ISO 10770-1).

5. Conclusión
O rectificado CNC multi-eixe consegue remates submicrónicos ao combinar altas velocidades de roda (≥45 m/s), baixas velocidades de avance (≤2 μm/pasada) e arrefriamento MQL. A metodoloxía produce superficies metaloxráficamente saneas con tensións residuais compresivas cruciais para compoñentes con cargas dinámicas. A investigación futura debería abordar a optimización do rectificado de superficies curvas e a integración da monitorización en proceso.