5.1 Características del estado de una superficie.
El tema del acabado superficial incluye las irregularidades microgeométricas conocidas como ondulación y rugosidad. Ambas se generan durante el proceso de fabricación; la ondulación resulta de la flexión de la pieza durante el maquinado, la falta de homogeneidad del material, liberación de esfuerzos residuales, deformaciones por tratamientos térmicos, vibraciones, entre otros. La rugosidad (que es la huella digital de una pieza) son irregularidades provocadas por la herramienta de corte o elemento utilizado en su proceso de producción, corte, arranque y fatiga superficial. Una pieza perfecta es una abstracción matemática la cual adicionalmente a las irregularidades microgeométricas contiene irregularidades macrogeométricas que son errores de forma asociados con la variación de tamaño de la pieza, paralelismo entre superficies, planitud, conicidad, redondez y cilindricidad. No basta con saber que existen irregularidades en una superficie sino que tales irregularidades se le debe poner un número y con esta finalidad se han definido diferentes parámetros que caracterizan una superficie, los parámetros (Figura 3.3.2.a) se designan con: R para Rugosidad. W para Ondulación. P para el Perfil Primario. L sesgo de la superficie. F imperfecciones del material.
RUGOSIDAD La rugosidad en los materiales esta determinado por la cantidad y las alturas de las crestas de las rayas que conforman la superficie (microscópica) de dichos materiales. Si colocamos por ejemplo un sector de barra de acero bajo un microscopio adecuado, notamos las diferentes texturas y formas microscópicas de su superficie. Los niveles de rugosidad se miden en micrones o micromch (si es en pulgadas), y se toman con instrumentos llamados “rugosimetros”. Estos pueden ser manuales o con gráficos. Los primeros son más prácticos pero menos precisos; los rugosimetros con gráficos actúan con palpadores muy sensibles que proyectan los desniveles microscópicos en un grafico. Las mediciones se realizan en unidades Ra o Rz (micrones). Ra = valor de rugosidad media aritmética. Ra es el parámetro de rugosidad reconocido y utilizado internacionalmente. Es el valor medio aritmético de los valores absolutos de las variaciones del perfil dentro del tramo de medición. El valor numérico medido es siempre menor al valor Rz obtenido en el mismo perfil de rugosidad.
Rz = profundidad de rugosidad media: La profundidad de la rugosidad media Rz es la media aritmética de las mayores profundidades de rugosidad por separado de diferentes tramos de medición colindantes.
La tarea fundamental del acabado superficial es cuantificar las características de una superficie poniéndole un número, a través del uso de algún método de medición. El método de medición mas ampliamente utilizado en la actualidad es el de contacto, por lo que este trabajo se enfoca a presentar las características metrológicas que deben ser controladas en un instrumento de este tipo. La pregunta obligada es: ¿Porque nos interesa el acabado superficial? La estadística ha demostrado que cerca del 90 % de los componentes de mecanismos mecánicos inician su falla en la superficie, esto es a través de la fatiga, la corrosión, el desgaste por rozamiento, la erosión, etc. Por esta razón, es importante entender y conocer las propiedades de las superficies; dentro de estas se encuentra el acabado superficial, por lo que es fundamental tener la instrumentación adecuada y trazable a patrones primarios con la finalidad de garantizar aseguramiento metrológico de los resultados de medición de la rugosidad.Antes de iniciar la calibración del instrumento se debe verificar que opere correctamente, tal como lo describe el manual de operación del fabricante. También debemos verificar el estado físico de la punta del palpador, esto se realiza con ayuda de un microscopio.5.2 Análisis de una superficie mediante perfilometro.
5.3 Sistemas para evaluar el estado superficial.
La medición del acabado superficial se puede realizar por procedimientos ópticos, neumáticos y electromecánicos. El palpador sigue el perfil real y el transductor convierte sus desplazamientos en señales eléctricas que tras ser procesadas proporcionan el perfil efectivo y otros parámetros de acabado superficial.
El movimiento del palpador se recoge en el eje X, mientras que el movimiento del palpador en dirección perpendicular registra las desviaciones existentes en el perfil efectivo.
La línea media se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de los cuadrados de las distancias de los puntos del perfil efectivo a dicha línea sea mínimo.
La línea central (LC) se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de las áreas encerradas por arriba de la línea central y por debajo del perfil efectivo sea igual a la suma de las áreas encerradas por encima del perfil efectivo y por debajo de la línea central. Además, la línea central debe ser paralela a la dirección general del perfil.
5.4 Elementos del símbolo de superficie.
La calidad de un producto está directamente relacionada a las desviaciones de éste con respecto al diseño original debido a fallas en los procesos de manufactura. Esto influye directamente en la funcionalidad de la pieza. Bajo ese punto de vista, la falla está definida por la incapacidad del tren de producción de funcionar de una manera esperada y, en la mayoría de los casos, se manifiesta en el producto en términos de calidad.
En los procesos de maquinado, las características superficiales del producto influyen en su funcionalidad. La figura dominante en una superficie está influenciada por el método de maquinado, ya que cada tipo de herramienta de corte deja marcas distintivas en la superficie. Se pueden distinguir tres aspectos que influyen en la calidad de la superficie de los productos maquinados:
1. Condiciones y características de la herramienta. 2. Condiciones de operación de la máquina-herramienta. 3. Propiedades mecánicas de la pieza de trabajo.
El identificar la influencia que estos aspectos tienen en las superficies maquinadas permite mejorar los parámetros de corte, detectar eventuales fallas de maquinado (tales como vibraciones, malas sujeciones, etc.) y encontrar situaciones de trabajo que den como resultado una mayor calidad en el producto. En la comprensión de los procesos que generan superficies es crucial la relación entre la calidad de la superficie y su comportamiento funcional. Esta comprensión puede lograrse a través de una técnica adecuada de caracterización y síntesis de las superficies. Los métodos para analizar superficies se basan en su caracterización por medio de medidas convencionales (altura promedio, distancia de pico a pico máxima, etc.), por medio de transformaciones matemáticas (onduletas o «wavelets», análisis de frecuencia, etc.) y métodos nuevos como la geometría de fractales, entre otros.
3.3.2 Elementos del signo del estado de la superficie y Sistemas que existen para medir la rugosidad.
Introducción
Dentro del mundo de la tecnología, se observan gran cantidad de piezas que han de ponerse en contacto con otras y rozarse a altas velocidades. El acabado final y la textura de una superficie es de gran importancia e influencia para definir la capacidad de desgaste, lubricación, resistencia a la fatiga y aspecto externo de una pieza o material, por lo que la rugosidad es un factor importante a tener en cuenta.
Terminología
El acabado superficial de los cuerpos puede presentar errores de forma macrogeométricos y microgeométricos.
• La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados.
Terminología (Norma UNE 82-315 / 86)
• Superficie real:
Superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo separa.
• Superficie geométrica:
Superficie ideal cuya forma está especificada por el dibujo y/o todo documento técnico.
Terminología
Superficie de referencia. Superficie a partir de la cual se determinan los parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular por el método de mínimos cuadrados.
Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.
Especificación de la rugosidad
Simbología
El significado de cada número y símbolo es el siguiente:
1, 6 es el valor Ra de la rugosidad en μ m.
2 es el valor de la altura de la ondulación (no necesario).
= es la orientación de la rugosidad (en este caso paralela a la línea).
0, 13 es el paso de la rugosidad en μ m (no necesario)
6 es el valor del paso de la ondulación en mm (no necesario).
Rugosímetros
Los rugosímetros sirven para determinar con rapidez la rugosidad de las superficies. Los rugosímetros muestran la profundidad de la rugosidad media Rz y el valor de rugosidad medio Ra en µm. Los rugosímetros facilitan la rápida determinación de la superficie de un componente, por otro lado la realización de la medición de la rugosidad es muy sencilla. Los rugosímetros entran en contacto con la superficie en cuestión de segundos y muestran la rugosidad directamente en Ra o en Rz. Nuestros rugosímetros se entregan en maletines donde se incluyen placas de control, protectores para los palpadores, acumuladores y cargadores. Las siguientes normas se ocupan del control de la rugosidad: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775, el alcance de la rugosidad de superficies lo encontrará en DIN 4766-1.
Ra: valor de rugosidad medio en µm es el valor medio aritmético de los valores absolutos de las distancias y del perfil de rugosidad de la línea media dentro del tramo de medición. El valor de rugosidad medio es equiparable a la altura de un rectángulo cuya longitud es igual al tramo total lm y que tiene la misma superficie que la superficie situada entre el perfil de rugosidad y la línea media.
Rz: la profundidad de la rugosidad media en µm es la media aritmética de las profundidades de rugosidad por separado de cinco diferentes tramos de medición colindantes. 1
Elementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparación visual y táctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo proceso de fabricación.
Instrumento para la medida de la calidad superficial basado en la amplificación eléctrica de la señal generada por un palpador que traduce las irregularidades del perfil de la sección de la pieza.
Sus elementos principales son el palpador, el mecanismo de soporte y arrastre de éste, el amplificador electrónico, un calculador y un registrador.
Rugosímetro de palpador mecánico
• Actualmente los rugosímetros permiten calcular y tratar numerosos parámetros de rugosidad, compensar la forma de la pieza o programar la medida.
5.5 Promedio de rugosidad obtenida por diferentes procesos de fabricación.
El valor promedio de rugosidad en µm es el valor promedio aritmético de los valores absolutos de las distancias del perfil de rugosidad de la línea intermedia de la longitud de medición. El valor promedio de rugosidad es idéntico a la altura de un rectángulo donde su longitud es igual a la longitud total lm y esto a su vez es idéntico con la superficie de la suma que existe entre el perfil de rugosidad y la línea intermedia. Rz: Promedio de la profundidad de la rugosidad en µm (promedio aritmético de cinco profundidades singulares consecutivas en la longitud de medición). Los rugosímetros sirven para detectar de forma rápida las profundidades de la rugosidad en las superficies de materiales. Los rugosímetros le indican en µm la profundidad de la rugosidad Rz y el promedio de rugosidad Ra. Tenemos disponibles equipos con un máximo de trece parámetros de medida. Son aplicables las siguientes normativas en la comprobación de rugosidad en las superficies de las piezas de trabajo: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775. La rugosidad alcanzable de las superficies las puede ver en DIN 4766–1. Los rugosímetros se envían calibrados (pero sin certificado). Opcionalmente puede obtener para los rugosímetros una calibración de laboratorio, incluido el certificado ISO. Así podrá integrar sus medidores en su control de calidad ISO y calibrarlos anualmente (a través de PCE o cualquier laboratorio acreditado).