Rugosidad superficial en el mecanizado CNC

La rugosidad superficial es un indicador importante para medir las irregularidades microscópicas de la superficie de una pieza, lo que afecta directamente su resistencia al desgaste, propiedades de ajuste, resistencia a la fatiga, rendimiento de sellado y apariencia. En el mecanizado por control numérico, controlar con precisión la rugosidad superficial es clave para medir la calidad del mecanizado.

I. Conceptos básicos: Ra y Rz

Lo más frecuente es que encuentres dos parámetros:

Ra (Desviación Media Aritmética): El indicador más utilizado. Es la media aritmética de los valores absolutos del desplazamiento del contorno dentro de la longitud de muestreo. Cuanto menor sea el valor de Ra, más lisa será la superficie.

Comprensión intuitiva: Ra refleja la diferencia de altura "promedio" de la superficie. Por ejemplo:

· Ra 0,8 μm: Marcas de procesamiento visibles, pero suaves al tacto (logrables mediante fresado de precisión y torneado de precisión).

· Ra 1,6 μm: Marcas de procesamiento ligeramente visibles (requisitos estándar generales para procesamiento fino).

· Ra 3,2 μm: Marcas de procesamiento visibles (valor común para semiacabado).

· Ra 6,3 μm: Marcas de herramienta claramente visibles (en el estado después del mecanizado en bruto).

Rz (Altura Máxima): La distancia entre la línea de pico del contorno y la línea inferior del valle dentro de la longitud de muestreo. Se presta mayor atención a los picos y valles extremos de la superficie, que son más importantes para el rendimiento, como el sellado.

En pocas palabras: Ra se centra en el "nivel promedio", mientras que Rz se centra en la "situación extrema". En general procesamiento mecánico, Ra se utiliza más comúnmente.

Ii. Cuatro factores clave que afectan la rugosidad de la superficie

El control de la rugosidad superficial implica esencialmente controlar la interacción entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo. Los principales factores que influyen se pueden resumir en cuatro puntos:

1. Parámetros de corte (núcleo del programa CNC)

Velocidad de corte (Vc): Aumentar la velocidad de rotación/velocidad lineal suele ser la forma más eficaz de mejorar el acabado. Velocidades más altas pueden reducir la formación de recrecimiento del filo (BUE), lo que hace que el proceso de corte sea más suave y, por lo tanto, se obtenga una superficie más lisa.

Velocidad de avance (F): Este es uno de los parámetros que más influye en la rugosidad. Reducir la velocidad de avance puede reducir directamente la altura de las marcas residuales de la herramienta en la superficie mecanizada (la rugosidad teórica es proporcional al cuadrado de la velocidad de avance).

Profundidad de corte (Ap): Generalmente, su influencia en la rugosidad es indirecta. Una profundidad de corte excesiva puede causar vibración y deformación de la herramienta, deteriorando así la calidad de la superficie.

2. Selección de herramientas

Radio del arco de la punta (Re): Aumentar el radio del arco de la punta es otra herramienta eficaz para mejorar la rugosidad superficial. Un radio de arco mayor puede suavizar las marcas de la herramienta y reducir significativamente el valor teórico de rugosidad.

· Material y recubrimiento de la herramienta: Los recubrimientos con buena resistencia al desgaste (como TiAlN) y sustratos más duros (como el carburo cementado) pueden mantener el filo afilado y reducir el deterioro de la superficie causado por el desgaste.

Desgaste de las herramientas: Las herramientas desgastadas son el mayor factor de riesgo para la calidad de la superficie. Una cuchilla desafilada comprime el material en lugar de cortarlo, lo que provoca rebabas, desgarros y un aumento considerable de la rugosidad superficial. Las herramientas de corte deben inspeccionarse y reemplazarse periódicamente.

3. Máquinas herramientas y sujeción

· Rigidez/estado de la máquina herramienta: Las máquinas herramienta antiguas con holgura en los cojinetes del eje principal son propensas a vibraciones (vibración), lo que dejará marcas de vibración obvias en la superficie y dañará gravemente la rugosidad.

Rigidez de sujeción de la pieza: La pieza debe estar firmemente sujeta. Cualquier ligera vibración se reproducirá en la superficie mecanizada.

· Precisión de sujeción de la herramienta: el uso de portaherramientas de alta calidad (como portaherramientas termorretráctiles o portaherramientas hidráulicos) puede reducir el descentramiento de la herramienta, garantizar que todos los filos de corte participen en el corte de manera uniforme y lograr un acabado de superficie uniforme.

4. Propiedades del material

Dureza y tenacidad del material: Los materiales viscosos (como el aluminio y el acero inoxidable) son propensos a acumulaciones de filo, y las virutas se adhieren al filo y desgarran la superficie mecanizada. Los materiales frágiles (como el hierro fundido) tienen mayor probabilidad de lograr un mejor acabado superficial.

· Refrigeración y lubricación: El uso correcto del refrigerante es de vital importancia.

En el caso de materiales como la aleación de aluminio, una cantidad suficiente de refrigerante puede eliminar las virutas, evitar rayones en la superficie mecanizada y reducir la temperatura.

Para acero inoxidable, aleación de titanio y otros materiales, el uso de refrigerante a base de aceite o refrigerante de alta presión puede lubricar eficazmente, reducir la fuerza de corte y suprimir la acumulación de filo.

iii. Habilidades prácticas y soluciones

Fenómenos problemáticos, posibles causas, soluciones.

Se observan marcas de vibración regulares en la superficie de la máquina herramienta/pieza/vibración de la herramienta (vibración). 1. Compruebe y mejore la rigidez de la sujeción. 2. Ajuste los parámetros de corte (ajuste la velocidad de rotación o la velocidad de avance) para modificar la frecuencia de vibración. 3. Reduzca el voladizo de la herramienta de corte y utilice una más gruesa.

Hay materiales desgarrados y rebabas adheridos a la superficie de la herramienta, y el filo está muy recalcado. 1. Aumente la velocidad de corte. 2. Utilice herramientas afiladas con ranuras de pulido. 3. Aumente la concentración y el caudal del refrigerante, o utilice uno con mejor lubricidad.

Rugosidad superficial irregular y desgaste de la herramienta: 1. Inspeccione y reemplace las herramientas desgastadas. 2. Optimice la ruta de procesamiento para evitar que la herramienta permanezca en la esquina durante mucho tiempo.

No se puede alcanzar el valor Ra objetivo. La combinación de parámetros no es razonable. 1. Intente reducir primero la velocidad de avance (F). A continuación, intente aumentar la velocidad del husillo (S). 3. Sustituya la herramienta por una con un radio de punta mayor (Re).

Problema de programación de la trayectoria de la herramienta para la diferencia de rugosidad en áreas específicas: 1. Utilice una distancia de paso menor (paso) durante el mecanizado de acabado (generalmente menos del 10% del diámetro de la herramienta). 2. Al terminar el contorno, utilice arcos de entrada y salida para evitar la penetración directa en la pieza de trabajo.

Iv. Estrategias clásicas de ajuste de parámetros (tomando como ejemplo el mecanizado fino)

Para obtener una superficie más suave (como Ra 0,8), realice los ajustes en el siguiente orden de prioridad:

Primera opción: Reducir la velocidad de alimentación (F). Este es el método más directo y eficaz.

2. Segunda opción: Aumentar la velocidad de corte (Vc/S). Sin embargo, se debe tener en cuenta la velocidad nominal de la herramienta de corte y la capacidad de la máquina herramienta.

3. Nuevamente: Aumente el radio del arco en la punta del cuchillo (Re). Si la herramienta y el programa lo permiten.

4. Último recurso: Utilice una herramienta de pulido. Algunas herramientas de corte modernas cuentan con filos de corte especialmente pulidos, que permiten lograr una rugosidad superficial extremadamente baja incluso a velocidades de avance más altas.

Por último, no olvides:

· Medición: Evalúe objetivamente los resultados utilizando un medidor de rugosidad de superficie en lugar de confiar únicamente en el ojo humano y el tacto.

· Comunicación con proveedores: Los proveedores de herramientas pueden proporcionar sugerencias de parámetros para materiales y tipos de procesamiento específicos.

· Experimente y registre: realice cortes de prueba simples, registre combinaciones de parámetros exitosas y establezca su propia biblioteca de parámetros de procesamiento.

Al comprender sistemáticamente los factores anteriores y aplicar estas técnicas de manera flexible, podrá predecir y controlar eficazmente la rugosidad de la superficie de Mecanizado CNC, y producir productos de mayor calidad.