Rugosidad Superficial en Ingeniería: Conceptos, Medición y Parámetros Clave

Conceptos Fundamentales de la Rugosidad Superficial

La rugosidad es la huella o patrón de irregularidades microscópicas que se produce en las superficies de las piezas como consecuencia de los procesos empleados en su elaboración. Es un factor crítico que influye en el rendimiento, la durabilidad y la funcionalidad de los componentes mecánicos.

Clasificación de Superficies

La clasificación de las superficies se realiza en función de su propósito y el nivel de acabado requerido, lo que directamente impacta en el costo de fabricación (cuanto mejor acabado, más caro).

• Superficies funcionales: Son aquellas superficies que deben estar en contacto fijo o deslizante con otras piezas y que, por lo tanto, influyen directamente en el funcionamiento del conjunto. Requieren un control estricto de su rugosidad.
• Superficies de apoyo: Solo requieren un buen desbaste para asegurar un apoyo estable y uniforme. Su rugosidad es menos crítica que la de las superficies funcionales.
• Superficies libres: Son las superficies que quedan en el exterior de la pieza y que, generalmente, no se mecanizan con precisión. Su acabado es principalmente estético o de protección.

División de Superficies según su Naturaleza

• Superficie teórica: Es la superficie ideal especificada en el plano de diseño, sin imperfecciones.
• Superficie real: Es la superficie que se obtiene tras el proceso de fabricación, con todas sus irregularidades inherentes.
• Superficie efectiva: Es el tramo de superficie real que se analiza para determinar las características de la pieza y evaluar su rugosidad.

Tipos de Irregularidades Superficiales

Las irregularidades en las superficies se clasifican en dos categorías principales:

• Microgeométricas: Incluyen la ondulación y la rugosidad. Son irregularidades de pequeña escala.
• Macrogeométricas: Son errores de forma asociados con variaciones en el tamaño o la geometría general de la pieza.

Verificación y Medición de la Rugosidad

La determinación de la rugosidad se realiza mediante instrumentos especializados.

El Rugosímetro

La verificación de la rugosidad se lleva a cabo con un rugosímetro, un aparato dotado de un palpador de diamante que se desplaza linealmente sobre el material, mostrando las crestas y los valles que definen la superficie efectiva. Este proceso permite obtener el perfil de la superficie.

Perfiles de Rugosidad

Durante la medición, se realiza la determinación del perfil primario (P), que es el perfil real de la pieza estudiada y que incluye tanto el perfil de rugosidad como el perfil ondulado.

Para separar los componentes, se utiliza un filtro de cut-off, que deja pasar las altas frecuencias (correspondientes a la rugosidad) y elimina las bajas frecuencias (correspondientes a la ondulación), obteniéndose así el perfil de rugosidad (R).

Es fundamental conocer el proceso de mecanizado para realizar el recorrido del palpador de forma perpendicular a las estrías, asegurando una medición precisa y representativa.

Parámetros Clave de la Rugosidad

Existen diversos parámetros para cuantificar la rugosidad de una superficie, cada uno ofreciendo una perspectiva diferente de sus características. Los más comunes son:

• Línea media: Es una línea horizontal imaginaria que divide el perfil de rugosidad en dos partes iguales, de modo que la suma de las áreas de los picos por encima de la línea es igual a la suma de las áreas de los valles por debajo de ella.
• Desviación cuadrática media del perfil (Rq): Es la raíz cuadrada de la media aritmética de las desviaciones del perfil con respecto a la línea media. Proporciona una medida de la dispersión de las alturas del perfil.
• Rugosidad media aritmética (Ra): Es el valor medio de los valores absolutos de las alturas del perfil (crestas y valles) respecto de la línea media, tomadas a lo largo de una longitud de evaluación (L). Se trata del parámetro más utilizado para definir un acabado superficial debido a su simplicidad y robustez.
• Altura máxima de cresta (Rp): Es la distancia desde la línea media hasta la cresta o pico más elevado en una longitud de evaluación (L).
• Profundidad máxima de valle (Rv): Es la distancia desde la línea media hasta el valle más profundo en una longitud de evaluación (L).
• Altura total del perfil (Rt): Es la distancia entre el pico más elevado y el valle más profundo en una longitud de evaluación (L). Representa la altura total de las irregularidades.
• Altura media de los picos y valles (Rz): Es la distancia media entre las cinco crestas más altas y los cinco valles más bajos, a lo largo de una longitud de evaluación (L). Este parámetro es muy utilizado en normativas internacionales.
• Longitud de material del perfil (Rmr o Tp): Es la suma de las longitudes de los segmentos obtenidos al cortar las crestas por una línea paralela a la línea media, dentro de la longitud de evaluación y a un nivel de corte específico.
• Tasa de longitud portante del perfil (Tp): Es la relación porcentual entre la longitud de material del perfil y la longitud de evaluación.
• Curva de la tasa de longitud portante del perfil o curva de Abbott-Firestone: Es un gráfico que representa la relación entre los valores de la tasa de longitud portante del perfil y el nivel de corte del perfil. Proporciona información sobre la distribución de material en la superficie.

Indicación de la Rugosidad en Planos Técnicos

La rugosidad se indica en los planos técnicos mediante símbolos estandarizados que proporcionan información sobre el tipo de acabado y los valores de rugosidad requeridos.

• Triángulo cerrado: Indica que la superficie debe ser obtenida por arranque de viruta (mecanizado).
• Triángulo abierto: Indica que la superficie puede ser obtenida por cualquier proceso de fabricación.
• Triángulo abierto con círculo: Indica que no se permite el arranque de viruta para obtener la superficie (por ejemplo, fundición, forja, laminado).
• Un trazo largo a la derecha: Se utiliza para escribir encima el procedimiento de mecanizado específico (ej. "fresado", "rectificado").
• Número encima del triángulo: Indica los valores numéricos de rugosidad. Puede ser un solo valor (valor medio) o dos valores (valor máximo y mínimo permitidos).
• Dibujo a la derecha del triángulo: Indica la dirección de las estrías o marcas de mecanizado:
  • Dos líneas paralelas: Estrías paralelas al plano de proyección.
  • "T" invertida: Estrías perpendiculares al plano de proyección.
  • "X": Estrías cruzadas en dos direcciones.
  • "M": Estrías multidireccionales.
  • "C": Estrías circulares.
  • "R": Estrías radiales respecto al centro.
• Número a la izquierda del triángulo: Indica el valor de la sobremedida de material que debe dejarse para el mecanizado posterior.

Signo Equivalente: Valor de Ra en µm y Clase de Rugosidad (N)

La siguiente tabla muestra la equivalencia entre los valores de rugosidad media aritmética (Ra) en micrómetros (µm) y las clases de rugosidad normalizadas (N), junto con los procesos de fabricación típicos asociados:

• S tumbada (piezas fundidas): 50 µm / N12, 25 µm / N11
• 1 triángulo (desbastado): 12,5 µm / N10, 6,3 µm / N9
• 2 triángulos (acabado en torno, fresa, etc.): 3,2 µm / N8, 1,6 µm / N7
• 3 triángulos (rectificado): 0,8 µm / N6, 0,4 µm / N5
• 4 triángulos (superacabado): 0,2 µm / N4, 0,1 µm / N3, 0,05 µm / N2, 0,025 µm / N1