Rugosidad superficial: La guía completa | MachineMFG

Rugosidad superficial: La guía completa

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1. Qué es la rugosidad superficial?

En la comunicación técnica, se suele utilizar el término "acabado superficial". Sin embargo, hay que tener en cuenta que el "acabado superficial" se basa en la percepción humana, mientras que la "rugosidad superficial" se basa en la microgeometría real de la superficie.

Para ajustarse a las normas internacionales (ISO), el uso de "acabado superficial" ya no es aceptable en las normas nacionales. El término preferido y más preciso es "rugosidad superficial".

La rugosidad superficial se refiere a la irregularidad de una superficie mecanizada, caracterizada por pequeños picos y valles con poco espaciado. La distancia entre estos picos y valles, conocida como distancia de onda, suele ser inferior a 1 mm, lo que entra en la categoría de errores de microgeometría.

Se define específicamente por el nivel de micro picos y valles altos y bajos (Z) y el espaciado (s) entre ellos.

En general, según S:

  • S < 1 mm - rugosidad superficial
  • 1 ≤ s ≤ 10mm- ondulación
  • S > 10 mm- forma f
El concepto de rugosidad superficial

2. Tabla comparativa de VDI3400, Ra y Rmax

En las normas nacionales, se suelen utilizar tres indicadores para evaluar la rugosidad superficial (la unidad es μm).

  • Desviación aritmética media de los contornos: Ra
  • La altura media del desnivel: Rz
  • Altura máxima: Ry

El índice Ra se utiliza mucho en la producción real. La desviación microscópica máxima de la altura de un contorno, Ry, se denomina comúnmente Rmax en Japón y otros países, mientras que el índice VDI se utiliza habitualmente en Europa y América. En la tabla siguiente se comparan los índices VDI3400, Ra y Rmax.

Tabla comparativa de VDI3400, Ra y Rmax

La superficie VDI3400 guarda una relación de correspondencia con la norma Ra, ampliamente utilizada. Muchas personas consideran necesario consultar datos de referencia para determinar el valor correspondiente. La siguiente tabla es exhaustiva y se recomienda conservarla como referencia.

Tabla comparativa de la norma VDI3400 y Ra

VDIRaVDIRa
3400μm3400μm
001231.4
10.112241.6
20.126251.8
30.14262
40.16272.2
50.18282.5
60.2292.8
70.22303.2
80.25313.5
90.28324
100.32335
110.35345
120.4355.6
130.45366.3
140.5377
150.56388
160.63399
170.74010
180.84111.2
190.94212.6
2014314
211.124416
221.264518

Tabla comparativa de RA y Rmax

Ra (μm)Rmax (μm)
0.10.4
0.20.8
0.41.5
0.562.4
0.83.3
1.124.7
1.66.5
2.210.5
3.212.5
4.517.5
6.324

3. Factores de formación de la rugosidad superficial

La rugosidad de la superficie suele estar formada por diversos factores, entre ellos el método de procesamiento utilizado.

Por ejemplo, entre los factores que contribuyen a la rugosidad superficial se incluyen la fricción entre la herramienta y la superficie de la pieza durante el mecanizado, la deformación plástica de la capa superficial de metal durante la separación de la viruta, las vibraciones de alta frecuencia en el sistema de procesamiento y las picaduras de descarga en el mecanizado eléctrico.

La profundidad, densidad, forma y textura de las marcas dejadas en la superficie procesada pueden variar debido a las diferencias en los métodos de procesamiento y los materiales de la pieza.

Factores de formación de rugosidad superficial

4. Principales efectos de la rugosidad superficial en las piezas

El impacto en la resistencia al desgaste:

Cuanto más rugosa es la superficie, menor es el área de contacto efectiva entre las superficies de contacto, mayor es la presión y mayor es la resistencia a la fricción, lo que provoca un desgaste más rápido.

El impacto en la estabilidad del ajuste de la brecha:

En el caso del ajuste por holgura, una superficie más rugosa provoca un mayor desgaste y un aumento gradual de la holgura durante el funcionamiento. En el caso del ajuste por interferencia, la interferencia efectiva real se reduce debido al aplanamiento de los picos convexos microscópicos durante el montaje, lo que provoca una disminución de la resistencia de la conexión.

El impacto en Resistencia a la fatiga:

La superficie rugosa de una pieza presenta grandes depresiones susceptibles de concentrar tensiones, similares a las muescas y grietas de bordes afilados, que afectan a la resistencia a la fatiga de la pieza.

El impacto en la resistencia a la corrosión:

Las superficies rugosas de las piezas pueden permitir fácilmente que los gases o líquidos corrosivos penetren en los valles microscópicos de la superficie y alcancen la capa interna de metal, provocando la corrosión superficial.

El impacto en la sellabilidad:

Las superficies rugosas no encajan herméticamente entre sí, lo que permite que se filtren gases o líquidos a través de los huecos entre las superficies de contacto.

El impacto en la rigidez de contacto:

La rigidez de contacto se refiere a la capacidad de las superficies de unión de una pieza para resistir la deformación bajo fuerzas externas. La rigidez de una máquina depende en gran medida de la rigidez de contacto entre sus piezas.

El impacto en la precisión de las mediciones:

Las piezas se miden por su superficie y la rugosidad de la superficie de la herramienta de medición afectará directamente a la precisión de la medición, especialmente en la medición de precisión.

Además, la rugosidad de la superficie tiene un efecto variable sobre el revestimiento de una pieza, la resistencia térmica y de contacto, las propiedades de reflectancia y radiación, la resistencia al flujo de líquidos y gases, y el flujo de corriente a través de la superficie de un conductor.

5. Bases de evaluación de la rugosidad superficial

  1. Longitud de muestreo

La longitud de muestreo es la longitud de una línea de referencia designada que se utiliza para evaluar la rugosidad de la superficie.

Para reflejar con precisión las características de rugosidad superficial de una pieza, la longitud de muestreo debe seleccionarse en función de la formación y textura de la superficie real. La longitud de muestreo debe medirse de acuerdo con el perfil general de la superficie real.

El propósito de especificar y seleccionar la longitud de la muestra es minimizar el impacto de la ondulación superficial y los errores de forma en los resultados de la medición de la rugosidad superficial.

La longitud unitaria y la longitud de muestreo para cada parámetro de rugosidad superficial se determinan mediante una línea de referencia especificada para la evaluación.

Según las normas ISO 1997, las longitudes de referencia habituales son 0,08 mm, 0,25 mm, 0,8 mm, 2,5 mm y 8 mm.

Longitud de muestreo Ln y longitud de evaluación L de RA, RZ y Ry

Ra(μm)Rz.Ry(μm)L(mm)Ln=5L(mm)
≥ 0.008-0.02≥ 0.025-0.100.080.4
>0.02-0.1>0.10-0.500.251.25
>01-2.0>0.50-10.00.84
>2.0-10.0>10.0-50.02.512.5
>10.0-80.0>50.0-320840
  1. Duración de la evaluación

La longitud de evaluación es una longitud necesaria para evaluar el contorno y puede incluir una o varias longitudes de muestreo.

Dado que la rugosidad superficial de la superficie de una pieza no siempre es uniforme, puede que no sea posible reflejar con precisión una característica específica de la rugosidad superficial con una sola longitud de muestreo. Por lo tanto, para evaluar la rugosidad de la superficie son necesarias múltiples longitudes de muestreo en la superficie.

Normalmente, la longitud de evaluación consta de cinco longitudes de muestreo.

  1. Línea de base

La línea de base es la línea central del perfil utilizada para evaluar los parámetros de rugosidad superficial. Existen dos tipos de líneas de base:

  • Línea central de mínimos cuadrados del contorno: Esta línea de base es la línea dentro de la longitud de muestreo para la cual la suma de los cuadrados del desplazamiento del contorno de cada punto de la línea de contorno es la más pequeña, y tiene una forma geométrica de contorno.
  • Media aritmética de la línea central del contorno: Esta línea base es la línea dentro de la longitud de muestreo para la cual el área de los contornos superior e inferior en la línea central es igual.

Aunque la línea central de mínimos cuadrados es una línea de base ideal en teoría, resulta difícil de obtener en aplicaciones prácticas. Por ello, se suele utilizar en su lugar la línea central media aritmética del contorno, que puede medirse mediante una línea recta con una posición aproximada.

6. Parámetros de evaluación de la rugosidad superficial

1. Características de altitud

Desviación media aritmética del contorno (Ra):

Ra es la media aritmética del valor absoluto de la desviación del contorno dentro de la longitud de muestreo especificada (lr).

En las mediciones reales, un mayor número de puntos de medición da como resultado un valor Ra más preciso.

Desviación media aritmética del contorno (Ra)

Altura máxima del contorno (Rz):

Rz es la distancia entre las líneas superior e inferior del contorno.

En el rango común de parámetros de magnitud, se prefiere Ra.

Altura máxima del contorno (Rz)

Antes de 2006, la norma nacional incluía un parámetro de evaluación conocido como "la altura de diez puntos de microdesnivel", que se expresaba como Rz y la altura máxima del perfil se expresaba como Ry.

Sin embargo, después de 2006, la norma nacional suprimió la "altura de diez puntos de la irregularidad microcósmica" y, en su lugar, expresó la altura máxima del perfil como Rz.

2. Característica de pasos

Rsm:

Rsm es la anchura media de la unidad de contorno, que representa la media del espaciado microscópico de los desniveles a lo largo de la longitud muestreada.

La distancia de desnivel microscópico se refiere a la longitud entre un pico de perfil y el valle de perfil adyacente en la línea media.

Incluso con el mismo valor Ra, el valor Rsm puede no ser el mismo, dando lugar a una textura reflejada diferente.

Las superficies que dan prioridad a la textura suelen tener en cuenta tanto la métrica Ra como la Rmr.

El parámetro de característica de forma Rmr se expresa como la relación de longitud de soporte del contorno, que es la relación entre la longitud de soporte del contorno y la longitud de muestreo.

La longitud de apoyo del perfil se calcula como la suma de la longitud de cada sección del perfil obtenida trazando una línea recta paralela a la línea central y a una distancia "c" de la línea superior del perfil dentro de la longitud de muestreo.

7. Métodos de medición de la rugosidad superficial

Métodos de medición de la rugosidad superficial

1. Comparativa método

Se utiliza para la medición in situ en talleres y suele emplearse para medir superficies medias y rugosas.

Método comparativo

El método consiste en comparar la superficie medida con un modelo de rugosidad marcado con un valor específico para determinar el valor de rugosidad de la superficie medida.

Los comparadores de rugosidad, que son probetas electroformadas a base de níquel, son ideales para el trabajo del metal y sirven de ayuda eficaz. El operario solo tiene que raspar con la uña cada superficie de un grupo para encontrar la más parecida a la pieza que se está comparando.

Aunque algunas personas utilizan estos grupos de modelos como tablas de referencia, es importante tener en cuenta que no son normas oficiales sobre materiales.

Existen varios medidores de rugosidad, cada uno con funciones, métodos de evaluación y costes diferentes. Antes de elegir un modelo, se recomienda consultar con un fabricante profesional para seleccionar la opción más adecuada a sus necesidades.

2. Método Stylus

Método Stylus

La medición de la rugosidad superficial implica el uso de un palpador de diamante con un radio de curvatura de la punta de aproximadamente 2μm para moverse a lo largo de la superficie medida.

El desplazamiento hacia arriba y hacia abajo del palpador de diamante se convierte en una señal eléctrica mediante un sensor eléctrico de longitud. Tras la amplificación, el filtrado y el cálculo, el valor de rugosidad de la superficie se muestra en un instrumento y la curva del perfil medido también puede registrarse mediante un registrador.

Los instrumentos que sólo muestran valores de rugosidad superficial se denominan medidores de rugosidad superficial, mientras que los que registran curvas de perfil de superficie se denominan perfiladores de rugosidad superficial.

Ambos tipos de herramientas disponen de circuitos electrónicos de cálculo u ordenadores que calculan automáticamente la desviación media aritmética del contorno (Ra), la altura de diez puntos de desnivel microscópico (Rz), la altura máxima del contorno (Ry) y otros parámetros de evaluación.

Estas herramientas tienen una alta eficiencia de medición y son adecuadas para medir la rugosidad superficial con valores Ra que oscilan entre 0,025 y 6,3 μm.

8. Rugosidad superficial: Ra y Rz

  1. Conceptos básicos de Ra y Rz

En la antigua norma nacional GB/T3505-1983, se estipula que los parámetros de evaluación de la rugosidad superficial deben seleccionarse a partir de tres aspectos: la desviación media aritmética del contorno (Ra), la altura de diez puntos de microdesnivel (Rz) y la altura máxima del contorno (Ry).

Ra se conoce como la desviación media aritmética del contorno o el valor medio de la línea central. Es la media aritmética de las alturas de los puntos del contorno dentro de la longitud de medición.

Rz se conoce como la altura de diez puntos de microdesnivel. Es la suma de los valores medios de los cinco picos de contorno más altos y los cinco valles de contorno más profundos dentro de la longitud de muestreo l.

  1. La amplitud del uso varía entre las dos

Ra es el principal parámetro de evaluación, mientras que Rz se utiliza generalmente sólo para representar superficies más cortas. En el procesamiento real, Ra se utiliza más comúnmente para expresar la rugosidad que Rz.

  1. Los métodos de cálculo son diferentes

La desviación media aritmética Ra se refiere a la media aritmética de los valores absolutos de la coordenada vertical Z dentro de una longitud de muestreo, denotada como Ra. Rz es la suma de los valores medios de los cinco picos de contorno más altos y los cinco valles de contorno más profundos dentro de la longitud de muestreo.

  1. La precisión varía entre los dos

Como Rz tiene menos puntos de medición, no refleja las características de la altura de la forma microgeométrica tan plenamente como el parámetro Ra. No tiene la precisión de Ra, pero es más fácil de medir que Ra.

9. Tabla de rugosidad superficial

Tabla comparativa de la rugosidad superficial entre China y EE.UU.

Antiguo estándar chino (suavidad)Nueva norma china (rugosidad) RaNorma de EE.UU. (micras) RaEstándar de EE.UU. (micropulgadas) Ra
▽46.38320
6.3250
▽53.25200
4160
3.2125
▽61.62.5100
280
1.663
▽70.81.2550
140
0.832
▽80.40.6325
0.520
0.416

Tabla de conversión de acabado superficial doméstico y rugosidad superficial Ra, Rz (Unidad: μm)

Acabado superficial ▽1 ▽2 ▽3 ▽4 ▽5 ▽6 ▽7
Rugosidad superficial Ra 50 25 12.5 6.3 3.2 1.60 0.80
  Rz 200 100 50 25 12.5 6.3 6.3
Acabado superficial ▽8 ▽9 ▽10 ▽11 ▽12 ▽13 ▽14
Rugosidad superficial Ra 0.40 0.20 0.100 0.050 0.025 0.012 –
  Rz 3.2 1.60 0.80 0.40 0.20 0.100 0.050

Método internacional normalizado de tratamiento de la rugosidad superficial

Código de grado estándarRugosidad superficialHerramienta de procesamiento (método)Material de procesado y requisitos de durezaDescripción de la luminosidad
Arena de molienda gruesa GranulometríaArena de molienda fina GranulometríaPulido con pasta de diamante
SPI(A1)Ra0,005   S13654HRCMuy brillante, efecto espejo
840752HRC
SPI(A2)Ra0,01   DF-258HRCMenos brillo, sin textura de lija
XW-1060HRC
SPI(A3)Ra0,02   S136300HBBrillo aún más bajo, pero sin textura de lija
718SUPREME300HB
SPI(B1)Ra0,05     Sin brillo, ligera textura de lija 3000#
  
SPI(B2)Ra0.1     Sin brillo, ligera textura de lija 2000#
  
SPI(B3)Ra0,2       Sin brillo, ligera textura de papel de lija 1000#, dirección de las huellas de procesamiento indistinguible
 Ra0.4Procesado de precisión: Torneado de precisión\Planificación de precisión\Fresado de precisión\Rectificado\Rectificado\Raspado    Ligera dirección perceptible de las trazas de procesamiento
 Ra0,8Procesado de precisión: Torneado de precisión\Planificación de precisión\Fresado de precisión\Rectificado\Rectificado\Raspado  Dirección discernible de las trazas de procesamiento
 Ra1.6    
 Ra3.2    
 Ra6.3    
 Ra12,5    
 Ra25    
 Ra50    

Tabla de referencia para la relación entre la rugosidad superficial y el brillo (Unidad: μm)

Rugosidad superficialGB1031-1983Brillo de la superficieGB1031-1968Estado de la superficie
RaRaGrado
0.0120.01▽14Superficie de espejo mate
0.0250.02▽13Superficie brillante como un espejo
0.050.04▽12Superficie brillante
0.10.08▽11Superficie oscura brillante
0.20.16▽10Dirección de la huella de mecanizado no identificable
0.40.32▽9Dirección de la huella de mecanizado ligeramente identificable
0.80.63▽8Dirección de la traza de mecanizado identificable
1.61.25▽7Marcas de mecanizado irreconocibles
3.22.5▽6Marcas de mecanizado ligeramente visibles
6.35▽5Marcas de mecanizado visibles
12.510▽4Marcas de herramientas ligeramente visibles
2520▽3Marcas de herramientas visibles
5040▽2Marcas de herramientas claramente visibles
10080▽1

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