Rugosidad Superficial

Textura Superficial : Conjunto de irregularidades en la superficie

• con espaciamiento regular o irregular

• tienden a un patrón ó textura característica

Método

de Obtención

TorneadoFresadoRectificadoBruñidoLapidado, etc.

huellas en la superficie

Textura superficial(dos componentes)

Rugosidad: marcas de herramienta, part. abrasivas, acción química

Ondulación: mov. en la máquina, distorsión en Trat. Térm., forja, etc

Errores macrogeométricos: ondulaciones y errores de forma (ondulación, planedad, etc)Medición: Perfilómetros e Instrumentos convencionales.

Errores microgeométricos: errores de rugosidad (huellas, marcas en la superficie)Medición: Aparatos electrónicos que utilizan una punta muy aguda para recorrer la superficie.

Definen numérica y/o gráficamente el perfil de rugosidad.

1. Extensión de rugosidad: 5 a 50 veces su ampl.2. Extensión de ondulación: 100 a 1000 veces su ampl.3. Orientación de los surcos4. Amplitud de ondulación5. Amplitud de rugosidad (Altura pico-valle)

Importancia del acabado superficial

Según la prestación en servicio de las piezas:Especularidad y Precisión dimensional, Resist. a la corrosión, fatiga y desgaste, Pasaje de fluídos

Factor económico

Efecto en la lubricación

Influencia en la Capacidad de carga

Influencia en la transmisión de calor: rugosidad, área de contacto, tasa de transmisión

Sistemas de evaluación de la rugosidad

PERFIL DE RUGOSIDAD Perfil efectivo sin ondulación

Perfil real

Se define:Superficie ideal o geométrica Perfil ideal o

geométrico

Superficie real

Perfil efectivo: Próximo al real. Depende del instrumento de medición y técnica de evaluación

Sistemas de medición de la Rugosidad

Se mide la desviación respecto de una Línea de referencia

Línea de referencia: Línea envolvente o Línea media

Sistema “E” de la envolventeSolución gráfica

Perfil efectivo Línea envolvente BB: Esfera de radio 250mmLínea envolvente DD-EE: Esfera de radio 25mm

Rugosidad: error del perfil efectivo respecto a DDOndulación: error de la línea DD respecto de BBRmáx: altura total del perfil efectivo (DD-EE) Rugosidad media: respecto de DD dividiendo al perfil en áreas iguales

Sistema “M” de la línea mediaSe determinan los desvíos del perfil respecto de la forma ideal

LÍNEA MEDIARecta // a la dirección gral. del perfilDentro de los límites del módulo de medición LAreas del perfil por encima y por debajo de la LM iguales

Línea Media: teóricamente recta

Perfil rectificado

Perfil c/ ondulación

MÓDULO DE MEDICIÓN (L)

CUT-OFF

Longitud muestral: representativa de rugosidad Actúa como filtro: debe excluir la ondulación L recorta el perfil y dispersión L incluiría ondulación y singularidades

LONGITUD DE MEDICION (O DE PALPADO): Lm

= 5 veces el CUT-OFF (Li) (*)

Lm

L1

Lt

L5L2 L3 L4 Ln Lv

Lt y Ln: recorridos inicial y final de palpado, permiten amortiguar

oscilaciones del sistema, no se computan.

(*) Acorde a normas internacionales

Parámetros de RugosidadBasados en el sistema de la Línea Media,

Se obtienen mediante el procesamiento matemático del Perfil de Rugosidad

1. Los que se basan en la medida de profundidad del perfil: Ra-Rz-Rt-Rmáx-Rp-Rv

2. Los que se basan en medidas horizontales del perfil: Sm-S-Pc-Hsc-Lc

3. Los que se basan en medidas proporcionales: Ke-Kp-C.Abbot-Sk-Aa

Ra. Rugosidad media aritmética

dxyLm

RaLm

∫=0

1[µm ó µin]

Es la media aritmética de los valores absolutos de las coordenadas y de los puntos del perfil de rugosidad en relación a la Línea Media dentro de la longitud de medición Lm

1.

y Línea media

Ra

Ra. Rugosidad media aritméticaRa. Rugosidad media aritmética

0,008 0,040 0,20 1,00 5,0 25,0

0,010 0,050 0,25 1,25 6,0 32,0

0,012 0,063 0,32 1,60 8,0 40,0

0,016 0,080 0,40 2,00 10,0 50,0

0,020 0,100 0,50 2,50 12,5 63,0

0,025 0,125 0,63 3,20 16,0 80,0

0,032 0,160 0,80 4,00 20,0 100,0

Rugosidad Ra[µm]

Cut-Off[mm]

Longitud de medición[mm]

hasta 0,1 0,25 1,25

0,1 a 2 0,8 4

2 a 10 2,5 12,5

10 8 40

Valores recomendados de Ra [µm]

Valores de Cut-Off y Lm normalizados

Racionalización en el diseño mecánico. Se establecen:

Proceso de acabado Rango de valores de Ra esperados Valores de cut-off admisibles

µm µinch 0,25 mm0,01 µin

0,8 mm0,03 µin

2,5 mm0,1 µin

Superacabado 0,025 - 0,20 1 – 0 x x

Lapidado 0,025 - 0,40 1 – 16 x x

Pulimento 0,025 - 0,40 1 – 16 x x

Pulido (liso) 0,10 - 0,40 4 - 16 x x

Bruñido 0,10 – 0,80 4 32 x x

Esmerilado 0,10 – 1,6 4 – 64 x x x

Perforado con Diamante 0,20 – 0,40 8 –16 x x

Torneado con Diamante 0,20 – 0,40 8 –16 x x

Torneado 0,40 – 6,30 16 - 250 x x

Perforado con Mecha 0,40 – 6,30 16 - 250 x x

Trefilado 0,80 – 3,20 32 - 125 x x

Mandrilado 0,80 – 3,20 32 - 125 x x

Fresado 0,80 – 6,30 32 - 250 x x

Electroerosión 1,60 – 6,30 64 - 250 x x

Modelado por Prensa 1,60 – 12,50 64 - 500 x x

Aplanamiento 1,60 – 12,50 64 - 500 x x

Electrodeposición 0,80 - 0,80 8 - 32 x

Fresado químico 1,60 – 6,30 63 - 250 x x

Ra[µm] Aplicaciones típicas de rugosidad superficial

0,01 Bloques patrón – Reglas de alta precisión – Guías de aparatos de medida de alta precisión0,02 Aparatos de precisión- Superficies de medida en micrómetros y calibres de precisión0,03 Calibradores. Elementos de válvulas de alta presión hidraúlica0,04 Agujas de rodamientos. Superacabado de camisas de block de motores0,05 Pistas de rodamientos. Piezas de aparatos control de alta precisión0,06 Válvulas giratorias de alta presión. Camisas block de motor.0,08 Rodamientos de agujas de grandes rodamientos0,1 Asientos cónicos de válvulas. Ejes montados sobre bronce, teflón, etc. a velocidades

medias. Superficies de levas de baja velocidad.

0,15 Rodamientos de dimensiones medias. Protectores de rotores de turbinas y reductores.0,2 Anillos de sincronizados de cajas de velocidades0,3 Flancos de engranaje. Guías de mesa de máquinas-herramientas0,4 Pistas de asientos de agujas en crucetas.0,6 Válvulas de esfera. Tambores de freno.1,5 Asientos de rodamiento c/carga pequeña. Ejes-agujeros de engranajes. Cabezas de pistón2 Superficies mecanizadas en general, ejes, chavetas, alojamientos, etc.3 Superficies mecanizadas en general. Superficies de referencia. Superficies de apoyo4 Superficies desbastadas

5 a 15 Superficies fundidas y estampadas>15 Piezas fundidas, forjadas y laminadas.

Valores de Ra para algunas aplicaciones típicas

Empleo del parámetro Ra

Control continuo de la rugosidad líneas de producción, debido a su fácil obtención Superficies con surcos de mecanizado bien orientados (torneado, fresado) Superficies rectificadas, bruñidas, lapidadas, etc. Superficies con fines apenas estéticos

Ventajas del parámetro Ra

Es el más utilizado en todo el mundo Es aplicable a la mayoría de los procesos de fabricación La totalidad de los equipos de medición lo presentan, en forma analógica o digital Las marcas inherentes al proceso de mecanizado no alteran sustancialmente su valor. La distribución es norm. Gaussiana. Caracteriza aceptab. la distribución de amplitud.

Desventajas del parámetro Ra Representa la media de la rugosidad. Un pico o valle no típico no va alterar su valor. No define la forma de un perfil. Superficies diferentes pueden tener igual Ra No distingue diferencias entre distribución de picos y valles En superficies con grandes diferencias entre picos y valles, la distorsión debida al filtrado eleva el error a niveles inaceptables.

∼

INDICACIONES EN PLANO DE RUGOSIDAD SUPERFICIAL (VER NORMAS IRAM)Indicaciónen Diseño

Ra [µm] Exigencias de calidad superficial

Ejemplos de aplicación

0,1 Fines especiales Superficies de medición de calibres. Ajustes de presión no desmontables, superficies de presión

alta, fatigadas.0,10-0,25-0,4 Exigencia máxima

0,6-1-1,6 Alta exigencia Superficies de deslizamiento muy fatigadas, ajustes de presión desmontables

2,5 – 4 –6 Exigencia media Piezas fatigadas por flexión o torsión, ajustes normales de deslizamiento y presión.

10 – 16 - 20 Poca exigencia Ajustes fijos sin transmisión de fuerza, ajustes leves, sup.sin mecanizado, prensados precisos.

40 – 60 – 100 Sin exigencia particular

Superficies desbastadas, fundidas a presión

~ 160 – 250 – 400800 - 1000

Superficies en bruto Piezas fundidas, estampadas o forjadas.

Obsoletas. Fuera de norma. Así se encuentra en alguna bibliografía

Según la norma DIN: N1 hasta N12 (Ra de 0,025 hasta 50 µm)

Indicaciones en el plano. Dirección de palpado

∫=L

dxyL

Rq0

212

1∑

=

=n

iyRq n: nº de ordenadas

Rq - Rugosidad media cuadrática Rq - Rugosidad media cuadrática Raíz cuadrada de la media de los cuadrados de las ordenadas del perfil efectivo Raíz cuadrada de la media de los cuadrados de las ordenadas del perfil efectivo

en relación a la Línea Media en un módulo de mediciónen relación a la Línea Media en un módulo de medición

Aproximadamente

Empleo del parámetro Rq: Idem a Ra• Superficies donde Ra presenta poca resolución

Ventajas del parámetro Rq:• Rq es mayor en aproximadamente un 11%. Destaca en mayor medida las diferencias• La detección de picos ó valles singulares es mayor. Con el cuadrado acentúa el error

Desventajas del parámetro Rq• Poco utilizado• Tal como Ra, no define la forma de la irregularidad.• Normalmente debe ir acompañado de Rmáx o Rt.

Matemáticamente

Para una superficie dada, Ra < Rq

Z - Rugosidad parcial Zi (i = 1 a 5)Z - Rugosidad parcial Zi (i = 1 a 5)

Dentro de cada módulo de medición , representa:1. Distancia entre los puntos máximo y mínimo del perfil 2. O Suma de las ordenadas (en valor absoluto) de los puntos mas alejados de la línea media

Empleo del parámetro Z• Se emplea para determinar otros parámetros: Rmáx y Rz.

Ventajas del parámetro Z• Indica información complementaria al parámetro Ra.• Indica la posición en que se encuentra el mayor Z• Sobre el gráfico de superficie, es de fácil obtención.

Desventajas del parámetro Z• No todos los equipos de medición de rugosidad indican este parámetro• Individualmente no caracteriza al perfil de la superficie• Parámetro auxiliar, no debe ser especificado en diseño

Rz – (DIN 4768) Rugosidad mediaRz – (DIN 4768) Rugosidad media Media aritmética de los valores de rugosidad parcial Zi correspondientes a cada uno de

los cinco módulos de medición

Empleo del parámetro RZ

• En casos en que los puntos aislados no afecten la función de la pieza Superficies de apoyo de deslizamiento, ajustes prensados, etc.• En superficies donde el perfil es periódico y conocido

Ventajas del parámetro RZ

• De fácil obtención en equipos que ejecuten gráficos• En perfiles periódicos define muy bien la superficie• Surcos aislados serán considerados parcialmente

Desventajas del parámetro RZ

• En algunas aplicaciones, no es aconsejable, pues una alteración significativa en un “punto aislado”, será ponderada solo en un 20%• Al igual que los parámetros vistos, no informa la forma del perfil• No todos los equipos suministran este parámetro

( )5432151 ZZZZZRZ ++++=

Empleo del parámetro Rmáx

• Superficie dinámicamente cargada.• Superficies de deslizamiento con perfil efectivo periódico, involucrando la ondulación.

Ventajas del parámetro Rmáx

• Informa el máximo deterioro respecto al perfil de rugosidad de la superficie de la pieza. Cuando el equipo de medición lo posee, el gráfico de la superficie es de fácil obtención.• Es muy empleado en la mayoría de los países.• Es complementario al parámetro Ra (incluye los valores de los picos y valles).

Desventajas del parámetro Rmáx

• No todos los equipos lo provee. En el modo gráfico con el perfil efectivo (sin filtrado)• Puede incluir errores que no representan a la superficie como un todo. Ejemplo, un surco que fue causado durante el mecanizado y que no caracteriza al proceso.• No informa sobre la forma del perfil. Individualmente no presenta información suficiente.

Rmáx - Rugosidad máximaEs la mayor de las rugosidades parciales (Zi)

Rt - Profundidad total de la rugosidadDistancia vertical entre el pico más alto y el valle más profundo dentro de Lm

Empleo del parámetro Rt

• Tiene las mismas características que Rmáx, pero con mayor rigidez, pues considera la longitud de palpado del equipo (Lm +Lv+Ln)

Ventajas del parámetro Rt

• Es más rígido en la evaluación que Rmáx, • Cuando el rugosímetro lo suministra, el gráfico de la superficie es más fácil de obtener que

con Rmáx.

Desventajas del parámetro Rt• En algunos casos la rigidez de evaluación lleva a resultados engañosos.• Poco utilizado fuera de Alemania.• Tiene todas las desventajas de Rmáx

∑=

=++++

=5

1

54321

51

5 nRpi

RpRpRpRpRpRpm

∑=

=5

151iRviRvm

Rp: Cresta mayor del perfilDistancia entre el punto más alto del perfil y la línea media

Rpm - Altura media de las crestas: Media aritmética de las Rpi, para los 5 módulos de medición.

Rvm - Profundidad media de los valles: Media aritmética de los Rvi, para los 5 módulos de medición.

Rpi – Profundidad de elevamiento: Distancia vertical entre el pico más alto y la Línea media dentro de cada módulo de medición, es un parámetro auxiliar

Rv: Valle más profundo del perfilDistancia entre el punto más alto del perfil y la línea media

( ) ( ) ( )5

1042931 RRRRRRISORZ

++−++=

RZ (ISO) – Altura de las irregularidades en 10 puntos: Es la la diferencia entre el valor medio de las coordenadas de los cinco puntos más profundos y mas altos medidos a partir de una Línea de Referencia, no interceptando el perfil de rugosidad en la carrera de medición

R3z - Rugosidad calculada (Basada en DIN 4768). Para cada módulo de medición se determina el tercer pico mas alto y el tercer valle mas profundo: R3zi. R3z se obtiene como promedio de los 5 Rzi

SmPc 1=

2. Sistemas basados en medidas horizontales

Sm - Paso medio de la rugosidad: Media aritmética del paso e/ crestas y valles adyacentes (Smi), dentro de la longitud de mediciónS - Espaciado medio entre crestas vecinas: Media aritmética del espacio e/ crestas vecinas (Si)

Pc - Conteo de crestas: Número de crestas por unidad de longitud (10 mm o 1”)

Lc – Longitud de contacto a una profundidad c: Es la suma de los segmentos de una línea paralela a LM, situada a una profundidad c desde el pico más alto, resultantes de la intersección con el perfil de rugosidad, dentro de la longitud L Lc = A + B + C + D + …….

HSC: Conteo de Crestas emergentes: Nº de crestas por unidad de longitud que emergen sobre un dado nivel de altura paralelo a LM

3. Sistemas basados en medidas proporcionales

Ke – Coeficiente de vaciamiento: Es la relación entre la altura media de las crestas Rpm y la altura máxima de las irregularidades Rmáx

• Define el tipo de superficie obtenida y su aplicación práctica

• Cuando Rpm aumenta y tiende a Rmáx, la LM tiende a desplazarse hacia abajo, y Ke 1 • La superficie presenta muchas crestas, y malas propiedades funcionales: baja capacidad de carga y mala resistencia al desgaste

• Cuando Rpm disminuye la LM tiende a desplazarse hacia arriba, y Ke cero. • La superficie tendrá pocas crestas, teniendo así buenas propiedades funcionales

maxRRpmKe =

[ ]%100)....(121 ×+++= n

mp LLL

lt

Kp – Coeficiente de llenado: Diferencia entre la unidad y el coeficiente de vaciamiento

Kp = 1 – KeTp – Fracción de contacto: Es la relación entre la superficie portante (Lc = L1 + L2 +…) para la profundidad c y la longitud de medición Lm

Curva de Abbott: Representa el % de material por encima de un nivel que se ubica a cierta profundidad, desde el pico mas alto del perfilDa idea de la forma del perfil de rugosidad y las características funcionales de la superficie. Se tiene el 100% del material por encima del nivel correspondiente al valle mas profundo.

Sk - Asimetría del perfil: Es una medida de la asimetría de la curva de distribución de amplitudes de las divergencias del perfil.

∑=

•=n

iXif

nRqSk

1

33 )(11

∑∫= ∆

∆==∆n

i

l

xxif

ndx

dxxdf

la

10

)(1)(1

Δa: Inclinación Media del perfil: Media aritmética de las pendientes del perfil integrada en pequeños intervalos.

Algunos ejemplos de superficiesPerfiles de rugosidad de 3 superficies:

Ra es prácticamente igual Los valores de Rz presentan diferencias. Permite definir mejor a las superficies Puede esperarse propiedades funcionales diferentes. Quizás sea necesario tener mas información todavía.

El instrumento de medición

Cinco parámetros por pantalla: Ra, Rq, Rz, Rt, Sm

Software que provee mas de 25 parámetros.