Escala de acabado superficial para mecanizado

En el aspecto del mecanizado, uno de los factores más importantes es el acabado superficial. Los problemas que pueden resultar de un acabado superficial deficiente incluyen: mayores tasas de desgaste, reducción de la eficiencia y fallas de piezas en operaciones vitales. No sólo reduce los ciclos de vida de las piezas sino que también provoca pérdidas de tiempo y dinero por paradas y reparaciones. El conocimiento de la escala de acabado superficial es crucial para decidir los procedimientos de mecanizado y las opciones de equipos adecuados para ingenieros y fabricantes. Si superas estas preocupaciones, estarás en condiciones de mejorar la calidad de los productos y la satisfacción de los clientes.

Comprensión de los parámetros clave de acabado de superficies

El revestimiento de superficies es otra área del mecanizado que tiene un impacto importante en el funcionamiento y la durabilidad de los productos mecanizados. Se refiere a la apariencia, sensación y suavidad del acabado de una superficie de trabajo después de varias operaciones de mecanizado. Los principales parámetros que definen el acabado superficial incluyen:

Aspereza: Este parámetro define la densidad de los pequeños desniveles de la superficie. Desempeña un papel clave en la definición de la interacción entre dos superficies, incluida la fricción, el desgaste y la fatiga. Los mayores valores de rugosidad pueden estar asociados con una mayor rugosidad, lo que puede ser indeseable para algunas aplicaciones que implican un primer contacto.

Ondulación: Este parámetro definió variaciones cada vez mayores a intervalos mayores lejos de la superficie nominal. Puede deberse a vibraciones de la herramienta o deflexiones que surgen del proceso de mecanizado. La ondulación es una condición que puede afectar el acabado de la superficie y la funcionalidad de las piezas, especialmente en aquellas industrias donde las tolerancias son estrictas.

Poner: Lay describe la orientación de la textura de la superficie principal, que puede producirse mediante la técnica de mecanizado aplicada. El conocimiento de la colocación es útil en aplicaciones donde la orientación de la superficie es crítica para el flujo de fluidos, lubricante o ensamblaje.

Unidades de medida comúnmente utilizadas para describir el acabado de superficies.

El acabado superficial se cuantifica mediante diversas unidades de medida, siendo las más habituales:

Ra (rugosidad media aritmética): Este es el promedio de las desviaciones del perfil de la superficie de la línea media de referencia. Se utiliza comúnmente para definir la rugosidad de la superficie y también es bastante sencillo de determinar.

Rz (Altura Máxima Promedio del Perfil): Este parámetro estima cuantitativamente la cantidad total de relieve en el área transversal definida con referencia a un valor particular de longitud de muestreo. Proporcionan una mejor comprensión de la textura de la superficie en comparación con Ra.

Rt (Altura Total del Perfil): Esta es la altura total desde la cima de la colina más alta hasta el fondo del barranco más profundo durante el período de evaluación. Ofrece información sobre cómo puede fluctuar la superficie y puede ser increíblemente valiosa en usos específicos.

Escala de acabado superficial

La escala de acabado superficial se utiliza para comparar la calidad de los acabados superficiales con ciertos grados según el estándar de fabricación necesario. Esta escala es importante ya que ayuda a los fabricantes a elegir los procesos de mecanizado y los materiales adecuados para el acabado superficial requerido. Sólo con tal comprensión de esta escala los ingenieros están en condiciones de verificar las diferentes piezas y asegurarse de que sean capaces de funcionar según las especificaciones requeridas, evitando así fallas en usos críticos.

Una comparación entre varios grados de acabado superficial

La escala de acabado superficial normalmente tiene varias clasificaciones comenzando desde acabado superficial rugoso hasta acabado pulido. Por ejemplo:

Acabado rugoso (Ra > 3,2 µm): A menudo se utiliza donde la apariencia no es un problema, como en los refuerzos.

Acabado medio (Ra entre 1,6 µm y 3,2 µm): Propósito general diseñado para uso en aplicaciones de ingeniería general cuando no se requiere necesariamente una tolerancia estrecha.

Acabado fino (Ra entre 0,4 µm y 1,6 µm): Empleado principalmente en válvulas o piezas de base hidráulica que requieren dinámica de fluidos.

Acabado súper fino (Ra < 0,4 µm): Necesario para aplicaciones de alto estrés que normalmente se encuentran en el sector aeroespacial o el uso en dispositivos médicos donde la precisión y la interfaz son fundamentales.

Valores del gráfico de rugosidad superficial para diferentes procesos de fabricación 

A continuación se muestra una tabla que se centra en los valores de rugosidad superficial (Ra) para diferentes procesos de fabricación:

Superficies Estándar del Sector Industrial

Las prácticas comerciales, por lo tanto, tienen un papel vital para determinar y mantener los estándares de los acabados superficiales. Los estándares clave incluyen:

ISO (Organización Internacional de Normalización): Ofrece diferentes estándares para la medición del acabado superficial, como ISO 4287 e ISO 4288 para la medición de parámetros de textura superficial.

ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos): Proporciona referencias como ASME B46.1 que definen y describen cómo se deben medir la rugosidad y la textura de la superficie. Estas normas son esenciales con el fin de estandarizar los procedimientos en las plantas de fabricación.

Técnicas de medición comunes para la rugosidad de superficies

Es imperativo que el acabado superficial de los componentes se determine con precisión para cumplir con los estándares de calidad de fabricación. Se utilizan dos técnicas principales:

● Métodos de contacto: Estas técnicas incluyen técnicas de contacto en las que el lápiz se pone en contacto con la superficie. Los talisómetros se utilizan con frecuencia y, en su último modelo, el perfil se dibuja con una punta de diamante. Los movimientos verticales se miden para proporcionar un perfil de rugosidad superficial de la tira que se está formando.

● Métodos sin contacto: Estos métodos utilizan sistemas láser u ópticos para medir el acabado de la superficie sin tener que entrar en contacto físico con la superficie. Puede parecer obvio, pero en el caso de piezas frágiles o caras, se pueden utilizar métodos como la interferometría de luz blanca para medir con precisión la forma de la superficie.

Herramientas utilizadas para medir el acabado superficial.

Se emplean varias herramientas para medir el acabado de la superficie, que incluyen:

Perfilómetros: Estos son los instrumentos más utilizados para la medición del acabado superficial. Puede presentar un perfil de rugosidad con un mayor nivel de detalle y puede ser de tipo contacto y sin contacto.

Probadores de rugosidad superficial: Los instrumentos portátiles permiten mediciones rápidas de los parámetros de rugosidad de la superficie (Ra, Rz) y son útiles en el entorno de fabricación para evaluaciones inmediatas.

Escáneres láser: No tienen contacto y pueden proporcionar perfiles de superficie de alta densidad y son útiles en aplicaciones donde se necesita mayor precisión, como ingeniería inversa e inspección.

Usos del acabado superficial en diferentes sectores

El papel del acabado superficial en la industria aeroespacial, automotriz, médica y electrónica

Es fundamental y afecta la funcionalidad, la seguridad y el atractivo estético:

Aeroespacial: Dentro de las aplicaciones aeroespaciales, se requiere un componente para proporcionar un rendimiento y seguridad óptimos. Las superficies aerodinámicas tienen baja resistencia y mejor economía de combustible, y actúan como una cubierta protectora para los componentes.

Automotor: Los componentes del motor de las piezas de automóviles deben tener acabados superficiales óptimos para ayudar a reducir el desgaste y lograr un funcionamiento eficiente. La precisión de los acabados de las superficies es fundamental para minimizar la fricción y mejorar el rendimiento general del sistema.

Médico: En ingeniería médica, el acabado de la superficie es fundamental en la interfaz del biomaterial entre los implantes y dispositivos y el tejido vivo. Las superficies bien pulidas minimizan las posibilidades de crecimiento bacteriano y aumentan las posibilidades de que los implantes se mezclen con el cuerpo.

Electrónica: En el caso de los componentes electrónicos, el acabado superficial determina el flujo de corriente y la disipación de calor. Las superficies bien acabadas proporcionan un contacto constante y también mejoran el rendimiento de los dispositivos electrónicos.

Cómo las mejoras de las superficies influyen en el rendimiento del producto en diferentes entornos de fabricación: estudios de casos

● Fabricación de componentes aeroespaciales: Una gran empresa aeroespacial comercial decidió mejorar los controles de acabado de la superficie de las palas de las turbinas, lo que resultó en un mejor rendimiento del perfil aerodinámico y menores gastos de mantenimiento. Mediante el uso de rectificado de alta tecnología, la empresa pudo asegurar acabados superficiales que superaban los estándares actuales de la industria.

● Piezas de motores automotrices: Se realizó un estudio de caso en una de las principales empresas proveedoras de automóviles; La empresa logró mejorar el mecanizado de los aros de pistón, lo que permitió obtener acabados superficiales mucho mejores. La reducción de la fricción mejoró así la economía de combustible y la durabilidad del motor, lo que evidenció el papel del acabado superficial en los competitivos mercados del automóvil.

● Producción de dispositivos médicos: Un fabricante de implantes ortopédicos quería mejorar el acabado superficial de un dispositivo médico. Para lograr la biocompatibilidad, la empresa aplicó métodos de pulido especializados, mejorando así las tasas generales de éxito de las cirugías de implantes.

Métodos para mejorar la calidad de la superficie

Algunos métodos efectivos incluyen:

Pulido: El pulido es una actividad erosiva que emplea abrasivos para preparar una superficie para un acabado suave. Este procedimiento se puede realizar a mano o utilizando máquinas que contengan almohadillas de pulido. El proceso es más adecuado para el tratamiento de metales y plásticos; elimina defectos superficiales menores y aumenta la reflectividad del material.

Revestimiento: El uso de pintura, barniz o inmersión en cualquiera de los productos químicos de la superficie puede mejorar la apariencia de un objeto además de mejorar su rendimiento. Los recubrimientos ofrecen una capa que puede ayudar a minimizar o eliminar el contacto entre la superficie y otras superficies, mejorando así el acabado superficial y la vida útil del componente.

Postprocesamiento: Las propiedades de una superficie se pueden mejorar aún más mediante galvanoplastia, anodización o tratamiento químico después de la fabricación. Estos procedimientos pueden mejorar la protección contra la corrosión y la resistencia general, así como lograr un mejor acabado. En la galvanoplastia, la superficie se recubre con una capa de metal que puede cubrir defectos menores y mejorar la apariencia general del producto final.

Enfoques óptimos en la selección de parámetros de mecanizado para un acabado superficial óptimo

Para obtener los mejores acabados superficiales, es necesario elegir los parámetros de mecanizado adecuados. Las prácticas clave incluyen:

Velocidad de corte: También se ha observado que aumentar la velocidad de corte nos permite obtener un mejor acabado ya que a altas velocidades la herramienta dedica un tiempo mínimo a indentar el material. Sin embargo, estos deben sopesarse frente a las tasas de desgaste de la herramienta y las propiedades del material de la pieza de trabajo.

Tasa de alimentación: Se suele observar que cuando el avance es lento el acabado conseguido también es mejor. Los fabricantes pueden variar la velocidad a la que se alimenta el material a la herramienta de corte para determinar la cantidad de material que se eliminará en un proceso determinado y, por lo tanto, el acabado de la superficie.

Profundidad de corte: Las incisiones ligeras normalmente son más beneficiosas cuando se trata de lograr mejores acabados superficiales. Reducir la profundidad de corte alivia la carga sobre la herramienta y la pieza de trabajo mejora el acabado de la superficie y reduce la deflexión de la herramienta.

Condición y selección de herramientas: Se ha observado que el tipo de herramienta de corte y su estado influyen directamente en el acabado superficial. Las herramientas ordenadas y con bordes afilados reducen la formación de rebabas y superficies rugosas. El rendimiento de la herramienta también se puede mejorar seleccionando herramientas con un recubrimiento adecuado para la aplicación en cuestión y el acabado superficial deseado.

Resumen

La escala del acabado superficial es un concepto importante en los procesos de fabricación actuales porque influye en la calidad y función de los productos terminados. El acabado superficial requerido puede minimizar el desgaste, aumentar la funcionalidad y aumentar la belleza. Por lo tanto, es posible lograr una mejor calidad de las piezas mediante el uso adecuado de los procesos de mecanizado y los procedimientos de fabricación.

La calidad del acabado superficial desempeña un papel importante en la eficacia de un producto. Ya sea disminuyendo la resistencia de los rodamientos o garantizando la no toxicidad de los implantes, el acabado de la superficie afecta tanto al rendimiento como a la durabilidad. En diseño y producción, dar prioridad al acabado superficial se traduce en una alta satisfacción del cliente y una mayor competitividad en el mercado.

Preguntas frecuentes sobre acabado superficial en mecanizado

P1. ¿Qué es el acabado superficial y por qué lo necesitamos?

El acabado superficial es la medida de rugosidad o suavidad de una superficie producida en un material después del mecanizado. Es importante porque determina la usabilidad, durabilidad e incluso apariencia de un componente. Un mejor acabado superficial significa menos fricción y mejor lubricación y el rendimiento final de esa pieza mejora.

P2. ¿Cuáles son los parámetros habituales de acabado superficial?

Otros parámetros importantes del acabado superficial son la rugosidad, la ondulación y la disposición. La rugosidad caracteriza las características dimensionalmente pequeñas de la superficie nominal, mientras que la ondulación define irregularidades más grandes en la superficie y la disposición define la dirección del patrón superficial principal.

P3. ¿De cuántas maneras se mide el acabado superficial?

El parámetro común del acabado superficial se mide utilizando instrumentos como los perfilómetros, tanto de contacto como de no contacto. Otras referencias de medición incluyen Ra (rugosidad media), Rz (altura máxima media de pico a valle) y Rt (altura de pico total de la superficie).

P4. ¿Cómo se puede mejorar el acabado superficial y qué estrategias se deben emplear?

Los métodos que se utilizan para mejorar el acabado de la superficie incluyen el pulido, el recubrimiento y el posprocesamiento. El pulido refina la superficie, el recubrimiento aplica capas adicionales de protección y el posprocesamiento, como el anodizado, mejora la robustez y la apariencia del producto.

P5. Cómo influyen los distintos procesos de mecanizado en el acabado superficial de los componentes.

Cada vez es más evidente que los diferentes métodos de mecanizado, incluidos el torneado, el fresado y el rectificado, dan como resultado diferentes niveles de acabado superficial. Por ejemplo, el rectificado se utiliza generalmente para producir mejores acabados superficiales que las operaciones de torneado debido a la consideración de la acción de corte y la manera en que la herramienta se acopla a la pieza de trabajo.

P6. ¿En qué medida depende el acabado superficial de las propiedades del material?

Esto está determinado por la dureza y fragilidad del material que se está mecanizando; No se puede esperar que un material duro y quebradizo produzca un acabado fino en la pieza de trabajo. Los materiales con mayor resistencia a la tracción pueden necesitar diferentes herramientas y condiciones de corte porque a alta velocidad pueden desgastar la herramienta y no garantizan la calidad del acabado requerido.

P7. ¿Qué documentos estándar regulan los requisitos para el acabado superficial?

Las siguientes normas especifican y clasifican los acabados superficiales: norma ISO 1301 y norma ASME B46.1. Estas normas establecen requisitos para los parámetros de acabado de superficies, así como métodos de medición para ayudar a la uniformidad en las industrias.