Rugosidad – Estados Superficiales | Medición y Conceptos

La rugosidad superficial no suele ser un aspecto muy tenido en cuenta, más que nada por Ingenieros Mecánicos y Técnicos principiantes. Como con todo, hay que saber cuando invertir tiempo en ella y cuando no, además de otros factores también importantes como la disponibilidad de maquinaria e instrumentos para luego poder cumplir las rugosidades especificadas en los planos de fabricación y/o control. De modo que la primera pregunta que debemos hacernos es:

¿Es necesario indicar rugosidad en esta pieza o conjunto de piezas?

Lo anterior puede ahondarse y desagregarse un poco más, para hacer mejor nuestro trabajo. Algunas de las preguntas que podríamos plantearnos son:

  • ¿Justifica para el buen desempeño de la pieza, la rugosidad que hemos elegido?
  • ¿Podrá lograrse esta rugosidad con la maquinaria disponible?
  • ¿Hay medios para controlar si dicha rugosidad se ha cumplido luego del mecanizado?
  • ¿Es factible económicamente?
  • ¿Puede realizarse otro diseño, que siendo también funcional y económico evite rugosidades estrictas?

Lograr una rugosidad no es cuestión solamente de colocarla en el plano y listo, sino que agrega un costo adicional al producto, a veces muy significativo e innecesario (lo mismo ocurre con las tolerancias de fabricación). Generalmente suele ser necesario invertir tiempo y dinero en sistema que por su funcionamiento, producen un desgaste inaceptable para la vida útil de otros componentes. Por ejemplo, no podemos colocar un retén sobre un árbol (mal llamado eje) fabricado de una barra de material (no trefilado) en bruto. Si hacemos ésto, lo mas probables es que a las pocas horas de uso el retén deje de sellar y se pierda el sello mecánico.

Normas de Rugosidad Superficial

Si bien la norma que utilicemos para indicar la rugosidad dependerá del país en donde residamos, o para el cual estemos trabajando, la unificación mundial avanza, y es por ello que las normas ISO (International Standard Organization) van ganando terreno poco a poco. A continuación dejo una imagen sobre las normas ISO que tratan de rugosidad superficial:

Normas ISO de rugosidad

Para más información, ver Referencia 5 y 15.

Conceptos Básicos

Generalmente cuando hablamos de rugosidad nos referimos a las irregularidades encontradas sobre un plano que intersecta perpendicularmente a la superficie de la pieza. La siguiente imagen lo demuestra:

Perfil real de rugosidad

Es importante diferenciar entre la rugosidad de una superficie y la ondulación de la misma. Para evitar que la ondulación interfiera en la medición de la rugosidad, suelen utilizarse filtros electrónicos (llamados Cut-off). Los errores de forma de la superficie tampoco son tenidos en cuenta. Para saber más sobre los filtros o Cut-off visita la Referencia 1 y 13 que se encuentra al final del artículo.

Tanto la rugosidad como la ondulación se combinan para dar el perfil real de la superficie. A continuación una imagen para entenderlo mejor:

Perfil real o cumpuesto de una superficie

Tipos de rugosidades

Si bien hay varios tipos de rugosidad superficial, la más utilizada en todo el mundo es la Desviación media aritmética del perfil (Ra), cuya fórmula se encuentra en la imagen inferior:

Formulas de rugosidades

Gráficamente la rugosidad Ra sería así:

Rugosidad Ra - Desviación media aritmética del perfil

Como notarás, al ser un “Promedio” no tiene en cuenta la presencia de picos muy altos, o valles muy hondos, algo que puede ser indeseado dependiendo de la funcionalidad de la pieza. Para saber más sobre los tipos de rugosidades en superficies visita las Referencias 2 y 3, que se encuentra al final de este artículo.

Indicación de Rugosidad en planos – Símbolos y acotaciones correctas

Ya vimos cuales son las normas ISO sobre rugosidad que aplican. Según la ISO 1302, los símbolos correctos para indicar la rugosidad de una superficie son:

Simbolos para indicar Rugosidad en planos y dibujos - Norma ISO 130

Es importante notar que el valor de la rugosidad no se indica más como solía hacerse, es decir, colocando el número sobre “el triángulo”. En la siguiente imagen se muestra la forma correcta de indicar los distintos aspectos de la rugosidad mediante simbología normalizada por ISO:

Simbolo ISO para Rugosidad Superficial

Seguramente encontrarás en muchos textos que la rugosidad se indica en el lugar donde esta la “X” entre paréntesis, pero desde hace unos años se coloca en donde esta la referencia “a”. Obviamente, estos cambios siempre se prestan a confusión, y lo más importante es estar “de acuerdo” con la persona que va a “leer” esos planos.

Para saber más visita la sección 1 de la Referencia 2, que se encuentra al final de este artículo.

Rugosidades obtenidas según la técnica de mecanizado

No hace falta aclarar que dependiendo del mecanizado que se le va a efectuar a la pieza, obtendremos una rugosidad aceptable para eso operación. Por ejemplo, no podemos esperar una calidad superficial igual al lapeado en un torno (algo bastante obvio). La siguiente imagen da una idea a las rugosidades que seguramente obtendremos por cada tipo de mecanizado:

Rugosidades obtenidas según el tipo de mecanizado

Relación entre la tolerancia y la rugosidad

De nada sirve tener una rugosidad similar a la obtenida con un lapeado, por ejemplo, y una tolerancia dimansional IT14. Genralmente (para no decir “siempre”) las rugosidades superficiales de una pieza tienen relación estrecha con la tolerancia dimensional de la misma. La siguiente imagen da una idea de los que estamos hablando:

Relacion entre tolerancias y rugosidad superficial

Obviamente, esto no es aplicable el 100% de las situaciones. Debemos prestar mucha atención a nuestro criterio de diseño y nuestra “intuición profesional”, al menos para tener una guía o referencia más a la hora de definir estos y otros parámetros.

Costo relativo de una rugosidad específica y datos adicionales

Como dijimos al comienzo de éste artículo, lograr un determinado acabado superficial acarrea un costo extra al producto. A continuación una tabla con los costos relativos de cada rugosidad. Es relativo ya que se ha tomado como cero a superficies estampadas o fundidas, mientras que el valor extremo es 100 y corresponde a superficies rectificadas “con esmero” o lapeadas. Dentro de ese rango se encuentran los procesos comunes, y a cada uno corresponde un costo agregado relativo debido a la rugosidad deseada.

Costo relativo de diferentes acabados superficiales

Algo poco frecuente, pero que en algunas ocasiones es necesario indicar, es la dirección de las “marcas de mecanizado”. A continuación los tipos mas comunes y el símbolo normalizado que se utiliza para indicarlo:

Dirección de marcas o estrias en rugosidad superficial

Rugosímetros y medición de la rugosidad

La medida universal de medición es el micrómetro (µm), aunque también suele utilizarse la micropulgada (µinch):

En el SI 1µm = 0,001mm

En el sistema anglosajón 1µinch = 0,000001 inch (pulgada)

El principio de funcionamiento de un Rugosímetro es (explicado en forma sencilla) el siguiente:

Como funciona un Rugosímetro

Luego esa señal es procesada por un circuito electrónico en el cual se han definido previamente parámetros necesarios, como por ejemplo el cutoff que hablamos anteriormente. La longitud de muestreo es un factor importante a la hora de configurar nuestro rugosímetro. El flujo de procesamiento de los datos captados por el palpador es aproximadamente el siguiente:

Procesamiento de datos en un Rugosímetro

A continuación un video en donde se explican lo componentes y aspectos básicos de un Rugosímetro:

Y el siguiente video muestra un Rugosímetro marca Mitutoyo en “acción”:

Para saber más sobre Rugosímetros y datos para su utilización, visitar las referencias 13 y 14.

Referencias

A continuación, toda la información extra que necesitas para ampliar cada tema en profundidad, así como para adquirir nuevos conceptos.

1) Determinación de los valores de rugosidad con aparatos eléctricos de palpado

2) Fundamental Principles of Mechanical Engineering – Technical Handbook

3) Diferentes tipos de Rugosidad – Matemática y Gráficamente

4) Conceptos básicos sobre rugosidad – Mitutoyo

5) Rugosidad según la VDA (Asociación de Industria Automotriz de Alemania)

6) Teoría y datos útiles sobre rugosidad superficial

7) Rugosidades superficiales – Universidad Carlos III de Madrid

8) Teoría sobre Rugosidad Superficial

9) Interesante estudio sobre la influencia de los parámetros del Torneado y su influencia en el acabado supoerficial

10) Rugosidad superficial – Universidad Politécnica de Madrid

11) Toría sobre estados rugosidad y estados superficiales

12) Metrología – Rugosidad y Acabado superficial

13) Medición de Rugosidad – Conceptos y datos útiles – Mitutoyo

14) Catálogo Mitutoyo de Rugosímetros, Medidores de perfil y formas

15) Indicación de la calidad superficial en la documentación técnica de productos


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