Tema 2: Importancia de la rugosidad superficial
- Lubricación: Superficies de pistones, rodamientos
- Desgaste: Guías, apoyos
- Estanqueidad: Piezas de depósitos de alta presión
- Comportamiento a Fatiga: ejes, acoplamientos, etc.
- Aspecto estético: Superficies de moldes y matrices
- Otros: Brillo, Adherencia de recubrimientos, corrosión
La rugosidad de una pieza dependerá del proceso de fabricación. Se pueden utilizar procesos específicos para dejar formas concretas en la pieza (bruñido o procesos de texturizado de superficies). Para la caracterización de la rugosidad son necesarios parámetros estadísticos.
Diferencia entre defectos de forma y acabado superficial
Para poder evaluar el acabado superficial de una pieza es necesario diferenciar entre defecto de forma y rugosidad. La forma y el acabado superficial representan características funcionales de la pieza diferentes, y por tanto es preciso diferenciarlas. La superficie de la figura se ha obtenido punto a punto (muestreo discreto de una superficie continua). La transformada de Fourier en Tiempo Discreto permite expresar una señal muestreada como una suma finita de armónicos. Se eliminan (filtran) los armónicos correspondientes a las longitudes de onda (espaciado) ‘grandes’. Se estudia la curva que queda al tener en cuenta solo la contribución de los defectos de longitud de onda ‘pequeño’.
Longitud de corte (Ic): Valor de la longitud de onda que permite que al filtro separar los defectos de forma del acabado superficial
Si el espaciado de una desviación es menor o igual a Ic, se considera un defecto de forma. Si el espaciado de una desviación es mayor a Ic, se considera acabado superficial. El filtro más utilizado para la separación entre defecto de forma y acabado superficial es el Gaussiano. El filtrado es gradual en función de la longitud de corte Ic.
Concepto de línea media
Se determina la longitud de evaluación (In) por lo general 5 veces Ic. Se determina una referencia (línea media) y se obtienen parámetros estadísticos con respecto a la línea media.
Rugosidad media aritmética (Ra)
Es la media aritmética de los valores absolutos de las ordenadas Y(x) en la longitud de evaluación (In). Es el parámetro más utilizado para definir la rugosidad de una pieza. Matemáticamente queda definido por la siguiente expresión. No tiene en cuenta la distribución de picos y valles a lo largo de la superficie.
Rugosidad media (Rz)
Es la media aritmética de la distancia vertical desde el valle más profundo hasta el pico más alto en cada una de las longitudes de muestreo base (Ir). Tiene en cuenta la amplitud de los picos-valles filtrando picos o valles aislados (habrá que valorar si esto es bueno o malo según la aplicación). Es muy adecuado para perfiles periódicos y permite diferenciar superficies distintas con mismo Rmax. También se define el Rmax (Rugosidad máxima).
Curva de Abbot – Firestone
Conceptos básicos. Es un gráfico en el que se representa el % de material por encima de un nivel determinado de profundidad, referido al pico más alto del perfil. Los parámetros vistos hasta ahora permiten caracterizar la superficie parcialmente. En casos concretos es posible que superficies con iguales Ra, Rz y Rmax sean diferentes. La curva de Abbot – Firestone da una información muy completa de las características de la superficie medida. Rk: profundidad de la rugosidad central (Core Roughness, es la altura de la zona de la que se han eliminado los picos y valles predominantes. Rpk: Altura reducida de pico, es una medida de la altura de los picos por encima de la rugosidad central o fundamental. Rvk: Profundidad reducida de valle, es una medida de la altura de los valles por debajo de la rugosidad central.
Perfilómetros / Rugosímetros de contacto
Los perfilómetros / rugosímetros de contacto se basan en un palpador que recorre la superficie a medir. Son instrumentos de menor coste que los aparatos sin contacto. El palpador envía una señal eléctrica que permite reconstruir la superficie (recta en la versión más básica). Limitaciones: las dimensiones de la punta limitan medidas muy pequeñas, desgaste de la punta, deformaciones en superficies blandas, lentos en recogida de muchos datos, necesidad de calibrar antes de cada uso. Los componentes básicos del palpador perfilómetro / rugosímetro de contacto son: aguja de diamante para reducir desgaste (radio de punta inferior a 10um) y patín que evita oscilaciones excesivas de la aguja y realiza un filtrado mecánico previo para eliminar desviaciones de forma.
Perfilómetros / Rugosímetros Sin contacto (ópticos)
Un ejemplo es el perfilómetro de interferometría de luz blanca: La diferencia de caminos recorridos entre un haz móvil y una referencia fija produce cambios en la fase, que genera ‘bandas’. El cambio de fase proporciona la diferencia de distancia recorrida por el haz móvil con respecto a la referencia fija. Moviendo el cabezal del instrumento verticalmente es posible reconstruir la superficie a estudiar. Tiene un alto coste comparado con los rugosímetros de contacto. Esta tecnología permite reconstruir el relieve en 3D de una muestra con alta precisión (nanómetros en el eje Z). Funciona en superficies lisas y rugosas, con escalones e inclinadas. Además de rugosidad, permite calcular planitudes, diferencias de alturas entre puntos, paralelismo de grandes superficies, etc. Incluyendo materiales blandos o incluso líquidos. Tiene ventajas frente a la medición por contacto: muy rápidos (superficies medias en segundos), más medidas, estadísticamente más significativo, no se ve afectado por el radio del palpador.
Máquinas híbridas Coordenadas / perfilómetro / rugosímetro
Máquinas para medir con cabezal óptico que permiten medir a nivel macro (MMC) y a nivel micro (rugosímetro). En este caso, la máquina Alicona empleada fue capaz de hacer best-fitting de los flancos de los engranajes para su verificación dimensional y geométrica. También se obtuvieron los parámetros Sa y Az (equivalentes en 3D a Ra y Rz) en toda la superficie, incluyendo zonas de muy baja accesibilidad con rugosímetros de contacto convencionales.