¿Ha considerado alguna vez el impacto de la rugosidad superficial en sus productos? En esta entrada del blog, exploraremos el papel fundamental que desempeña la rugosidad superficial en la fabricación y cómo afecta a la calidad, el rendimiento y la durabilidad de los productos. Nuestros expertos ingenieros mecánicos compartirán valiosas ideas y consejos prácticos para ayudarle a optimizar sus procesos de fabricación y ofrecer productos de calidad superior a sus clientes. Prepárese para descubrir los secretos para conseguir el acabado superficial perfecto.
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:
En las normas nacionales, se suelen utilizar tres indicadores para evaluar la rugosidad superficial (la unidad es μm).
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.
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
| VDI | Ra | VDI | Ra |
|---|---|---|---|
| 3400 | μm | 3400 | μm |
| 0 | 01 | 23 | 1.4 |
| 1 | 0.112 | 24 | 1.6 |
| 2 | 0.126 | 25 | 1.8 |
| 3 | 0.14 | 26 | 2 |
| 4 | 0.16 | 27 | 2.2 |
| 5 | 0.18 | 28 | 2.5 |
| 6 | 0.2 | 29 | 2.8 |
| 7 | 0.22 | 30 | 3.2 |
| 8 | 0.25 | 31 | 3.5 |
| 9 | 0.28 | 32 | 4 |
| 10 | 0.32 | 33 | 5 |
| 11 | 0.35 | 34 | 5 |
| 12 | 0.4 | 35 | 5.6 |
| 13 | 0.45 | 36 | 6.3 |
| 14 | 0.5 | 37 | 7 |
| 15 | 0.56 | 38 | 8 |
| 16 | 0.63 | 39 | 9 |
| 17 | 0.7 | 40 | 10 |
| 18 | 0.8 | 41 | 11.2 |
| 19 | 0.9 | 42 | 12.6 |
| 20 | 1 | 43 | 14 |
| 21 | 1.12 | 44 | 16 |
| 22 | 1.26 | 45 | 18 |
Tabla comparativa de RA y Rmax
| Ra (μm) | Rmax (μm) |
|---|---|
| 0.1 | 0.4 |
| 0.2 | 0.8 |
| 0.4 | 1.5 |
| 0.56 | 2.4 |
| 0.8 | 3.3 |
| 1.12 | 4.7 |
| 1.6 | 6.5 |
| 2.2 | 10.5 |
| 3.2 | 12.5 |
| 4.5 | 17.5 |
| 6.3 | 24 |
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.
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.
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 | ≥ 0.025-0.10 | 0.08 | 0.4 |
| >0.02-0.1 | >0.10-0.50 | 0.25 | 1.25 |
| >01-2.0 | >0.50-10.0 | 0.8 | 4 |
| >2.0-10.0 | >10.0-50.0 | 2.5 | 12.5 |
| >10.0-80.0 | >50.0-320 | 8 | 40 |
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
Se utiliza para la medición in situ en talleres y suele emplearse para medir superficies medias y rugosas.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tabla comparativa de la rugosidad superficial entre China y EE.UU.
| Antiguo estándar chino (suavidad) | Nueva norma china (rugosidad) Ra | Norma de EE.UU. (micras) Ra | Estándar de EE.UU. (micropulgadas) Ra |
| ▽4 | 6.3 | 8 | 320 |
| 6.3 | 250 | ||
| ▽5 | 3.2 | 5 | 200 |
| 4 | 160 | ||
| 3.2 | 125 | ||
| ▽6 | 1.6 | 2.5 | 100 |
| 2 | 80 | ||
| 1.6 | 63 | ||
| ▽7 | 0.8 | 1.25 | 50 |
| 1 | 40 | ||
| 0.8 | 32 | ||
| ▽8 | 0.4 | 0.63 | 25 |
| 0.5 | 20 | ||
| 0.4 | 16 |
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 estándar | Rugosidad superficial | Herramienta de procesamiento (método) | Material de procesado y requisitos de dureza | Descripción de la luminosidad | |||
| Arena de molienda gruesa Granulometría | Arena de molienda fina Granulometría | Pulido con pasta de diamante | |||||
| SPI(A1) | Ra0,005 | S136 | 54HRC | Muy brillante, efecto espejo | |||
| 8407 | 52HRC | ||||||
| SPI(A2) | Ra0,01 | DF-2 | 58HRC | Menos brillo, sin textura de lija | |||
| XW-10 | 60HRC | ||||||
| SPI(A3) | Ra0,02 | S136 | 300HB | Brillo aún más bajo, pero sin textura de lija | |||
| 718SUPREME | 300HB | ||||||
| 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 | |||||
| Ra0.4 | Procesado de precisión: Torneado de precisión\Planificación de precisión\Fresado de precisión\Rectificado\Rectificado\Raspado | Ligera dirección perceptible de las trazas de procesamiento | |||||
| Ra0,8 | Procesado 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 superficial | GB1031-1983 | Brillo de la superficie | GB1031-1968 | Estado de la superficie |
| Ra | Ra | Grado | ||
| 0.012 | 0.01 | ▽14 | Superficie de espejo mate | |
| 0.025 | 0.02 | ▽13 | Superficie brillante como un espejo | |
| 0.05 | 0.04 | ▽12 | Superficie brillante | |
| 0.1 | 0.08 | ▽11 | Superficie oscura brillante | |
| 0.2 | 0.16 | ▽10 | Dirección de la huella de mecanizado no identificable | |
| 0.4 | 0.32 | ▽9 | Dirección de la huella de mecanizado ligeramente identificable | |
| 0.8 | 0.63 | ▽8 | Dirección de la traza de mecanizado identificable | |
| 1.6 | 1.25 | ▽7 | Marcas de mecanizado irreconocibles | |
| 3.2 | 2.5 | ▽6 | Marcas de mecanizado ligeramente visibles | |
| 6.3 | 5 | ▽5 | Marcas de mecanizado visibles | |
| 12.5 | 10 | ▽4 | Marcas de herramientas ligeramente visibles | |
| 25 | 20 | ▽3 | Marcas de herramientas visibles | |
| 50 | 40 | ▽2 | Marcas de herramientas claramente visibles | |
| 100 | 80 | ▽1 | ||
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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