Medición de acabado superficial PDF

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Trabajo de investigación acerca del dibujo mecánico....

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Unidad 5 Medición de acabado superficial

ÍNDICE

Introducción……………………………………………………………………………..…3

Unidad 5: Medición del acabado superficial……………..…………………………….4

5.1 Características del estado superficial………………………………………………8

5.2 Sistemas para evaluar el estado superficial……………………………………...11

5.3 Elementos del símbolo de superficie……………………………………………...14

5.4 Rugosidades obtenidas en los diferentes procesos de fabricación……………20

Conclusión………………………………………………………………………………..25

Referencias y bibliografías……………………………………………………………...26

Cuestionario………………………………………………………………………………28

Introducción:

Es evidente que hoy en día no solo basta con la concreción de las medidas de una pieza, sino que se necesita estudiar y normalizar los estados superficiales de la pieza mecanizada, sobre todo para poder establecer los ajustes y las tolerancias de la propia pieza, de ahí que surja la micro-geometría que estudia los defectos de la superficie, rugosidades, ondulaciones, etcétera, producidas en los procesos de mecanizado de las piezas, las cuales perjudican la precisión y exactitud de las medidas, disminuye los ajustes y producen vibraciones en las máquinas. ¿En qué cosiste el acabado superficial?, ¿dónde podemos encontrarlo?, ¿podemos verlo día a día esto?, ¿cómo podemos medir? y ¿por qué es tan importante este en la industria? debido a que en la construcción y diseño de piezas implican muchos parámetros y normas de estandarización y, sobre todo, en las necesidades y exigencias del cliente, ya terminada la pieza existe un último paso que es el de acabado superficial. Existen diferentes tipos de acabado superficial dependiendo de las piezas y las aplicaciones que estas puedan tener; para un buen acabado superficial es de vital importancia saber y poder interpretar los planos del diseño de la pieza pero ¿cómo podernos identificar que realizamos correctamente? Al principio había una mala clasificación porque se utilizaban palabras como basta, fina, alisada, para determinar un estado superficial. En 1940 se inició en USA un método que puede permitía relacionar los distintos grados de acabado con las necesidades del montaje y servicio que deben prestar las piezas en base a establecer una serie de requisitos, es decir, hay unas normas superficiales. Y obliga a que una vez determinado el acabado superficial se debe especificar el proceso de mecanizado concreto.

UNIDAD 5: Medición de acabado superficial

El acabado superficial es la caracterización de la calidad de la superficie de una conformidad con las expectativas (por ejemplo, a una especificación de ingeniería) a través de la medición de sus variaciones en la altura local sobre una distancia dada. La rugosidad superficial se entiende ampliamente como una medida de la amplitud por la cantidad de la superficie que se aparta de una media y con qué frecuencia esas salidas son propensas a ocurrir. El muestreo de una superficie, para medir la rugosidad de la superficie, debe llevarse a cabo en un área lo suficientemente grande como para promediar la frecuencia rugosidad varias veces. El tamaño de la muestra debe ser de al menos siete, y probablemente diez veces más que la frecuencia de las irregularidades de la superficie a medir. CARACTERISTICAS DEL ESTADO SUPERFICIAL Las superficies de las piezas al definir la separación del cuerpo del medio exterior o ser la parte por la que se unen a otras requieren un estudio cuidadoso ya que de su estado puede depender tanto el funcionamiento, como el rendimiento de una maquina o mecanismo, la duración, e incluso sus posibilidades de venta, al presentar un aspecto más o menos atractivo. Como consecuencia de lo anterior es necesario establecer en los planos de proyecto y fabricación los requerimientos tecnológicos a aplicar sobre las superficies para hacer que el producto que se está diseñando o construyendo responda a las condiciones de funcionamiento y duración esperadas, todo ello dentro de un precio competitivo.

SUPERFICIE Una superficie es aquello que tiene contacto como un barreno que al sujetarse con un objeto tal como una pieza manufacturada y también la separación del cuerpo del medio exterior o ser la parte por la que se unen a otras requiere un estudio cuidadoso ya que de su estado puede depender tanto el funcionamiento, como el rendimiento de una maquina o mecanismo, la duración, e incluso sus posibilidades de venta, al presentar un aspecto más o menos atractivo. El diseñador establece en los planos de proyecto las dimensiones de la pieza y fabricación los requerimientos tecnológicos a aplicar sobre las superficies para hacer que el producto que se está diseñando o construyendo responda a las condiciones de funcionamiento y duración esperadas, todo ello dentro de un precio competitivo.

Estas superficies nominales representan el contorno relacionado con la superficie de la pieza, y están definidas por las líneas en el plano de ingeniería. Las superficies nominales aparecen como líneas absolutamente rectas, círculos ideales, agujeros redondos, y otras aristas y superficies que son perfectas en su geometría. Las superficies reales de una pieza manufacturada están determinadas por el proceso utilizado para fabricarla. La variedad de procesos disponibles en la manufactura da como resultado variaciones amplias de las características de la superficie, y es importante para los ingenieros entender la tecnología de las superficies. Las superficies tienen importancia tecnológica y comercial por varias razones, diferentes para distintas aplicaciones de los productos: • Razones estéticas. Las superficies que son tersas y sin marcas y manchas es más probable que causen una impresión favorable en el consumidor. • Las superficies afectan la seguridad. • La fricción y el uso dependen de las características de las superficies. • Las superficies afectan las propiedades mecánicas y físicas; por ejemplo, los defectos de las superficies pueden ser puntos de concentración de esfuerzos. • El ensamblaje de las piezas se ve afectado por sus superficies; por ejemplo, la resistencia de las juntas unidas con adhesivos se incrementa si las superficies tienen poca rugosidad. • Las superficies suaves constituyen contactos eléctricos mejores. • Resistencia a la oxidación y corrosión. • Resistencia a la absorción. • Disminución o aumento del rozamiento. • Mantenimiento de juegos. • Facilidad de intercambiabilidad. • Resistencia a la fatiga. • Prevención de gripado. • Mejorar la soldabilidad. • Conductividad o aislamiento eléctrico. Para dar satisfacción a estos aspectos funcionales se actúa bajo el punto de vista de la superficie en dos sentidos, definiendo: a) el acabado (rugosidad superficial); b) los tratamientos y recubrimientos a aplicar sobre ellas, siendo por tanto la secuencia de trabajo, la realización de:

1. Producción de la superficie. 2. Limpieza y preparación. 3. Recubrimientos. ACABADO Es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando; esto incluye mas no es limitado a la cosmética de producto. En algunos casos el proceso de acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales. Antiguamente, el acabado se comprendía solamente como un proceso secundario en un sentido literal, ya que en la mayoría de los casos sólo tenía que ver con la apariencia del objeto u artesanía en cuestión, idea que en muchos casos persiste y se incluye en la estética y cosmética del producto. En la actualidad, los acabados se entienden como una etapa de manufactura de primera línea, considerando los requerimientos actuales de los productos. Estos requerimientos pueden ser:  Estética: el más obvio, que tiene un gran impacto sicológico en el usuario respecto a la calidad del producto.  Liberación o introducción de esfuerzos mecánicos: las superficies manufacturadas pueden presentar esfuerzos debido a procesos de arranque de viruta, en donde la superficie se encuentra deformada y endurecida por la deformación plástica a causa de las herramientas de corte, causando esfuerzos en la zona superficial que pueden reducir la resistencia o inclusive fragilizar el material. Los acabados con remoción de material pueden eliminar estos esfuerzos.  Eliminar puntos de iniciación de fracturas y aumentar la resistencia a la fatiga: una operación de acabado puede eliminar micro fisuras en la superficie.  Nivel de limpieza y esterilidad. Una superficie sin irregularidades es poco propicia para albergar suciedad, contaminantes o colonias de bacterias. La rugosidad se refiere a las desviaciones pequeñas, espaciadas finamente, de la superficie nominal y que están determinadas por las características del material y el proceso que formó la superficie. La ondulación se define como las desviaciones de espaciamiento mucho mayor; ocurren debido a la deflexión del trabajo, vibraciones, tratamiento térmicas, y factores similares. La rugosidad está sobre impuesta a la ondulación.

La orientación es la dirección predominante o patrón de la textura de la superficie. Está determinada por el método de manufactura utilizado para crear a la superficie, por lo general a partir de la acción de una herramienta de corte. RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE La rugosidad de una superficie es una característica mensurable, con base en las desviaciones de la rugosidad según se definió antes. El acabado de la superficie es un término más subjetivo que denota la suavidad y calidad general de una superficie. En el habla popular, es frecuente utilizar el acabado superficial o de la superficie como sinónimo de su rugosidad. La calidad de la rugosidad superficial se maneja por las siguientes normas: UNE 82301:1986 Rugosidad superficial. Parámetros, sus valores y las reglas generales para la determinación de las especificaciones (ISO 468: 1982), UNE-EN ISO 4287:1998 Especificación geométrica de productos (GPS). Calidad superficial: Método del perfil. Términos, definiciones y parámetros del estado superficial (ISO 4287:1997), UNE 1037:1983. Indicaciones de los estados superficiales en los dibujos (ISO 1302: 1978) La medida que se emplea más comúnmente para la textura de una superficie, es su rugosidad.

5.1. Características del estado superficial.

El tema del acabado superficial incluye las irregularidades micro geométricas conocidas como ondulación y rugosidad. Ambas se generan durante el proceso de fabricación; la ondulación resulta de la flexión de la pieza durante el maquinado, la falta de homogeneidad del material, liberación de esfuerzos residuales, deformaciones por tratamientos térmicos, vibraciones, entre otros. La rugosidad (que es la huella digital de una pieza) son irregularidades provocadas por la herramienta de corte o elemento utilizado en su proceso de producción, corte, arranque y fatiga superficial. Una pieza perfecta es una abstracción matemática la cual adicionalmente a las irregularidades micro geométricas contiene irregularidades macro geométricas que son errores de forma asociados con la variación de tamaño de la pieza, paralelismo entre superficies, planitud, conicidad, redondez y cilindricidad. No basta con saber que existen irregularidades en una superficie sino que tales irregularidades se le debe poner un número y con esta finalidad se han definido diferentes parámetros que caracterizan una superficie, los parámetros) se designan con:

 R para Rugosidad.  W para Ondulación.  P para el Perfil Primario.  L sesgo de la superficie.  F imperfecciones del material. RUGOSIDAD: La rugosidad en los materiales está determinado por la cantidad y las alturas de las crestas de las rayas que conforman la superficie (microscópica) de dichos materiales. Si colocamos por ejemplo un sector de barra de acero bajo un microscopio adecuado, notamos las diferentes texturas y formas microscópicas de su superficie. Los niveles de rugosidad se miden en micrones o microchip (si es en pulgadas), y se toman con instrumentos llamados “rugosimetros”. Estos pueden ser manuales o con gráficos. Los primeros son más prácticos pero menos precisos; los rugosimetros con gráficos actúan con palpadores muy sensibles que proyectan los desniveles microscópicos en un gráfico. Las mediciones se realizan en unidades Ra o Rz (micrones). Ra = valor de rugosidad media aritmética. Ra es el parámetro de rugosidad reconocido y utilizado internacionalmente. Es el valor medio aritmético de los valores absolutos de las variaciones del perfil dentro del tramo de medición. El valor numérico medido es siempre menor al valor Rz obtenido en el mismo perfil de rugosidad. Rz = profundidad de rugosidad media: La profundidad de la rugosidad media Rz es la media aritmética de las mayores profundidades de rugosidad por separado de diferentes tramos de medición colindantes.

Análisis de una superficie mediante perfilometro. La tarea fundamental del acabado superficial es cuantificar las características de una superficie poniéndole un número, a través del uso de algún método de medición. El método de medición más ampliamente utilizado en la actualidad es el de contacto, por lo que este trabajo se enfoca a presentar las características metrológicas que deben ser controladas en un instrumento de este tipo. La pregunta obligada es: ¿Porque nos interesa el acabado superficial? La estadística ha demostrado que cerca del 90 % de los componentes de mecanismos mecánicos inician su falla en la superficie, esto es a través de la fatiga, la corrosión, el desgaste por rozamiento, la erosión, etc. Por esta razón, es importante entender y conocer las propiedades de las superficies; dentro de estas se encuentra el acabado superficial, por lo que es fundamental tener la instrumentación adecuada y trazable a patrones primarios con la finalidad de garantizar aseguramiento metrológico de los resultados de medición de la rugosidad. Antes de iniciar la calibración del instrumento se debe verificar que opere correctamente, tal como lo describe el manual de operación del fabricante.

También debemos verificar el estado físico de la punta del palpador, esto se realiza con ayuda de un microscopio.

5.2. Sistemas para evaluar el estado superficial La medición del acabado superficial se puede realizar por procedimientos ópticos, neumáticos y electromecánicos. El palpador sigue el perfil real y el transductor convierte sus desplazamientos en señales eléctricas que tras ser procesadas proporcionan el perfil efectivo y otros parámetros de acabado superficial.

El movimiento del palpador se recoge en el eje X, mientras que el movimiento del palpador en dirección perpendicular registra las desviaciones existentes en el perfil efectivo. En el sistema M, adoptado por UNE e ISO, se considera como línea de referencia la línea media o promedio.

La línea media se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de los cuadrados de las distancias de los puntos del perfil efectivo a dicha línea sea mínimo.

La línea

central (LC) se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de las áreas encerradas por arriba de la línea central y por debajo del perfil efectivo sea igual a la suma de las áreas encerradas por encima del perfil efectivo y por debajo de la línea central. Además, la línea central debe ser paralela a la dirección general del perfil

5.3. Elementos del símbolo de superficie.

La calidad de un producto está directamente relacionada a las desviaciones de éste con respecto al diseño original debido a fallas en los procesos de manufactura. Esto influye directamente en la funcionalidad de la pieza. Bajo ese punto de vista, la falla está definida por la incapacidad del tren de producción de funcionar de una manera esperada y, en la mayoría de los casos, se manifiesta en el producto en términos de calidad.

En los procesos de maquinado, las características superficiales del producto influyen en su funcionalidad. La figura dominante en una superficie está influenciada por el método de maquinado, ya que cada tipo de herramienta de corte deja marcas distintivas en la superficie. Se pueden distinguir tres aspectos que influyen en la calidad de la superficie de los productos maquinados:

1. Condiciones y características de la herramienta. 2. Condiciones de operación de la máquina-herramienta. 3. Propiedades mecánicas de la pieza de trabajo.

El identificar la influencia que estos aspectos tienen en las superficies maquinadas permite mejorar los parámetros de corte, detectar eventuales fallas de maquinado (tales como vibraciones, malas sujeciones, etc.) y encontrar situaciones de trabajo que den como resultado una mayor calidad en el producto. En la comprensión de los procesos que generan superficies es crucial la relación entre la calidad de la superficie y su comportamiento funcional. Esta comprensión puede lograrse a través de una técnica adecuada de caracterización y síntesis de las superficies. Los métodos para analizar superficies se basan en su caracterización por medio de medidas convencionales (altura promedio, distancia de pico a pico máxima, etc.), por medio de transformaciones matemáticas (onduletas o «wavelets», análisis de frecuencia, etc.) y métodos nuevos como la geometría de fractales, entre otros. Elementos del signo del estado de la superficie y Sistemas que existen para medir la rugosidad. Dentro del mundo de la tecnología, se observan gran cantidad de piezas que han de ponerse en contacto con otras y rozarse a altas velocidades. El acabado final y la textura de una superficie son de gran importancia e influencia para definir la capacidad de desgaste, lubricación, resistencia a la fatiga y aspecto externo de una pieza o material, por lo que la rugosidad es un factor importante a tener en cuenta.

Terminología El acabado superficial de los cuerpos puede presentar errores de forma macrogeométricos y microgeométricos. • La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados.

Terminología (Norma UNE 82-315 / 86)

• Superficie real: Superficie que limita el cuerpo y lo separa del

medio que lo separa.

• Superficie geométrica: Superficie ideal cuya forma está especificada por el dibujo y/o todo documento técnico.

Terminología Superficie de referencia. Superficie a partir de la cual se determinan los parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular por el método de mínimos cuadrados.

Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.

Especificación de la rugosidad

Simbología

El significado de cada número y símbolo es el siguiente:

1, 6 es el valor Ra de la rugosidad en μ m.

2 es el valor de la altura de la ondulación (no necesario). = es la orientación de la rugosidad (en este caso paralela a la línea). 0, 13 es el paso de la rugosidad en μ m (no necesario) 6 es el valor del paso de la ondulación en mm (no necesario).

Rugosímetros Los rugosímetros sirven para determinar con rapidez la rugosidad de las superficies. Los rugosímetros muestran la profundidad de la rugosidad media Rz y el valor de rugosidad medio Ra en µm. Los rugosímetros facilitan la rápida determinación de la superficie de un componente, por otro lado la realización de la medición de la rugosidad es muy sencilla. Los rugosímetros entran en contacto con la superficie en cuestión de segundos y muestran la rugosidad directamente en Ra o en Rz. Nuestros rugosímetros se entregan en maletines donde se incluyen placas de control, protectores para los palpadores, acumuladores y cargadores. Las siguientes normas se ocupan del control de la rugosidad: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775, el alcance de la rugosidad de superficies lo e...