Estados superficiales – Características, normas y simbología (página 2)

6) Las superficies suaves constituyen contactos eléctricos mejores.

Características de las superficies

Una vista microscópica de la superficie de una pieza revela sus irregularidades e imperfecciones. Los rasgos de una superficie común se ilustran en la sección transversal magnificada de la superficie de una pieza metálica, que se presenta en la figura 5.2.

Figura 5.2 sección transversal magnificada de una superficie metálica común Aunque aquí el análisis se concentra en las superficies metálicas, los comentarios vertidos aquí se aplican a las cerámicas y polímeros, con modificaciones debidas a las diferencias en la estructura de estos materiales. El cuerpo de la pieza, conocida como sustrato, tiene una estructura granular que depende del procesamiento previo del metal; por ejemplo, la estructura del sustrato del metal se ve afectada por su composición química, el proceso de fundición que se usó originalmente para el metal, y cualesquiera operaciones de deformación y tratamientos térmicos llevados a cabo sobre el material de fundición.

El exterior de la pieza es una superficie cuya topografía es todo menos recta y tersa. E n la secc ión tr ans versa l ma gn i fic ada , l a superficie tiene ru gos ida d , o ndu lac i ones y defectos. Aunque aquí no se observan, también tiene un patrón o dirección que resulta del proceso mecánico que la produjo. Todos estos rasgos geométricos quedan incluidos en el término textura de la superficie. Justo por debajo de la superficie se encuentra una capa de metal cuya estructura difiere de la del sustrato. Se denomina capa alterada, y es una manifestación de las acciones que se mencionaron al hablar de la superficie, durante la creación de ésta y etapas posteriores. Los procesos de manufactura involucran energía, por lo general en cantidades importantes, que opera sobre la pieza, contra su superficie. La capa alterada puede resultar del endurecimiento por trabajo (energía mecánica), calor (energía térmica), tratamiento químico, o incluso energía eléctrica. El metal de esta capa resulta afectado por la aplicación de energía, y su microestructura se altera en consecuencia. Esta capa alterada cae dentro del alcance de la integridad de la superficie, que tiene que ver con la definición, la especificación y el control de las capas de la superficie de un material (metales, los más comunes), en la manufactura y el desempeño posterior en el uso. El alcance de la integridad de la superficie por lo general se interpreta para incluir la textura de la superficie, así como la capa alterada ubicada bajo ella.

Además, la mayoría de las superficies metálicas están cubiertas por una capa de óxid o , si se da el tiempo suficiente para que se forme después del procesamiento. El aluminio forma en su superficie una capa delgada, densa y dura de Al203 (que sirve para proteger al sustrato de la corrosión), y el fierro forma óxidos de varias composiciones químicas sobre su superficie (el óxido, que virtualmente no da ninguna protección). También es probable que en la superficie de la pieza haya humedad, mugre, aceite, gases adsorbidos, y otros contaminantes.

Textura de las superficies

La textura de las superficies consiste en las desviaciones repetitivas o aleatorias de las superficie nominal de un objeto; la definen cuatro características: rugosidad, ondulación orientación y defectos o fallas, como se observa en la figura 5.3.

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 formo 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 sobreimpuesta 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. En la figura 5.4 se ilustran la mayoría de las orientaciones posibles que puede haber en una superficie, junto con el símbolo que utiliza el diseñador para especificarlas. Por último, los defectos son irregularidades que ocurren en forma ocasional en la superficie; incluyen grietas, rayaduras, inclusiones y otros defectos similares. Aunque algunos de los defectos se relacionan con la textura de la superficie también afectan su integridad (véase la sección 5.2.3).

Figura 5.4 Orientaciones posibles de una superficie.

Rugosidad de la superficie y acabado 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 medida que se emplea más comúnmente para la textura de una superficie, es su rugosidad. Respecto a la figura 5.5

Figura 5.5 Las desviaciones de la superficie nominal que se usan en las dos definiciones de rugosidad de superficie.

La rugosidad de la superficie se define como el promedio de las desviaciones verticales a partir de la superficie nominal, en una longitud especificada de la superficie. Por lo general se utiliza un promedio aritmético (AA), con base en los valores absolutos de las desviaciones, y este valor de la rugosidad se conoce con el nombre de rugosidad promedio. En forma de ecuación es:

Donde Ro = media aritmética de la rugosidad, m (in); y es la desviación vertical a partir de la superficie nominal (convertida a valor absoluto), m (in); y Lm es la distancia especificada en la que se miden las desviaciones de la superficie. Quizá sea más fácil de entender una aproximación de la ecuación (5.1), dada por

Donde Ro tiene el mismo significado que antes; yi son las desviaciones verticales convertidas a valor absoluto e identificadas por el subíndice i, m (in) y n es el número de desviaciones incluidas en Lm. Se ha dicho que las unidades en estas ecuaciones son m (in). En realidad, la escala de las desviaciones es muy pequeña, por lo que las unidades más apropiadas son µm ( µm = m x 10?? = mm x 10-3) o µ-in (µ-in = in x 10??). Éstas son las unidades de uso más común para expresar la rugosidad de una superficie.

Hoy día, el AA es el método de promedios que se emplea más para expresar la rugosidad de una superficie. Una alternativa, que en ocasiones se utiliza en Estados Unidos, es el promedio según la raíz media cuadrática (RMS), que es la raíz cuadrada de la medida de las deviaciones elevadas al cuadrado sobre la longitud de medición, Los valores RMS de la rugosidad de la superficie casi siempre serán mayores que los AA, debido a que las desviaciones grandes pesan más en los cálculos del valor RMS.

La rugosidad de la superficie tiene la misma clase de deficiencias que cualquier medida que se use para evaluar un atributo de lo físico complejo. Por ejemplo, falla tomar en cuenta las orientaciones del patrón superficial; así, la rugosidad de la superficie varia en forma significativa, en función de la dirección en que se mida Otra deficiencia es que la ondulación queda incluida en el cálculo de Ra. Para evitar este problema se emplea un parámetro denominado longitud de corte, que se usa como un filtro que separa la ondulación de una superficie medida de las desviaciones de la rugosidad. En realidad, la longitud de corte es una distancia muestral a lo largo de la superficie. Una distancia muestral más corta que el ancho de la ondulación eliminará las desviaciones verticales asociadas con ésta y sólo incluirá aquellas que se relacionan con la rugosidad. En la práctica, la longitud de corte más común es 0.8 mm (0.030 in). La longitud de medición Lm se establece normalmente como de cinco veces la longitud de corte.

Las limitaciones de la rugosidad de la superficie han motivado la creación de medidas adicionales que describan en forma más completa la topografía de una superficie dada. Estas mediciones incluyen salidas gráficas tridimensionales de la superficie, como se describe en la referencia [12].

Características adicionales de la textura de superficie

Micropulgada Es una millonésima de pulgada (.000001 in.). Para especificaciones escritas o referencias a los requisitos de aspereza de superficie, las micropulgadas se abrevian µin. Micrómetro Es la millonésima parte de un metro (0.000001 m). Para especificaciones escritas o una referencia a requisitos de aspereza de la superficie, los micrómetros se abrevian &µm.

Aspereza Cons iste en las irregularidades más fi nas en la tex t ura de la s uperfic i e, y generalmente incluyen aquellas que resultan de la acción inherente al proceso de producción. Estas incluyen las marcas que deja el avance de la herramient a d e n t r o de los límites de amp l itud de aspe reza de la placa divisoria.

Valor de altitud de aspereza Este valor promedia aritméticamente (AA) la desviación expresada en micropulgadas o micrómetros que mida hasta la línea central. La ISO y muchos países europeos utilizan el término CLA (promedio de la línea de centro); en lugar de AA. Ambos tienen el mismo significado.

Espaciado de aspereza Es la distancia paralela de la superficie nominal a los picos sucesivos o crestas que constituyen el patrón predominante de la aspereza. El espaciado de aspereza se determina en pulgadas o milímetros.

Amplitud de aspereza por el corte de desbaste El mayor espaciado de las irregularidades repetitivas de la superficie se incluyen en la medida o promedio de la altura de aspereza. El espaciado de aspereza por desbaste se promedia en pulgadas o milímetros, y siempre debe ser mayor que el espesor de aspereza para que pueda obtenerse el puntaje total de la altura de aspereza.

Sesgo La dirección del patrón de la superficie predominante, determinada normalmente por medio del método de producción utilizado, constituye el sesgo.

Fisuras Son irregularidades que se presentan en un lugar o en una variedad relativamente amplia o poco frecuente de intervalos en una superficie. Las fisuras incluyen defectos tales como las grietas, porosidades, rajas, estrías y muescas. A menos que se especifique lo contrario, el efecto de las fisuras no se incluye en las medidas de la altura de aspereza.

Desde otra perspectiva podemos clasificar las superficies de un elemento de acuerdo con su función (Figura 9.2):

a) Superficie funcional. El término se refiere al tipo de superficies que presentan contacto directo y dinámico con otras, es decir, que van a experimentar movimientos relativos de rotación o traslación respecto a superficies de otro u otros elementos. Debido a su trabajo, necesitan de un acabado superficial muy fino para evitar pérdidas importantes de energía y calentamiento por rozamiento.

b) Superficie de apoyo. Son superficies que mantienen un contacto estético, y por tanto sin rozamiento, dinámico, con otras, por lo que no necesitaran un acabado demasiado fino.

c) Superficie libre. Se refiere a aquellas superficies que no van a presentar contacto alguno con otras, por lo que podremos especificar un acabado basto, siempre que este sea regular. En este caso priman generalmente condicionantes estéticos a los meramente funcionales.

Simbologia utilizada para la indicación de los estados superficiales

Símbolo básico e indicación de la rugosidad superficial

La indicación básica del estado superficial de una pieza se consigna mediante dos trazos desiguales inclinados unos 60¼ respecto a la línea que representa la superficie. A partir de este símbolo base, y mediante la adición de símbolos complementarios, se puede indicar si la conformación de la superficie se va a realizar con o sin arranque de viruta (Figura 9.4).

Figura 9.4 Símbolos básicos de estados superficiales

Símbolo de textura de superficie

Las características superficiales de la aspereza, el ondulado y sesgo se controlan aplicando los valores que se desean al símbolo de textura de superficie que aparecen en las figuras 8-7- 2 y 8-7-3, en una nota general o en ambas. Cuando sólo se indica el valor de la aspereza se omite la línea de extensión horizontal sobre el símbolo. La barra horizontal se emplea siempre que cualesquier características de superficie se coloquen sobre la barra o a la derecha del símbolo. El punto del símbolo debe ubicarse sobre la línea que indica la superficie, sobre una línea de extensión que parte de la superficie o sobre un señalamiento de guía para la superficie o línea de extensión. Si es necesario, el símbolo debe unirse a la superficie por medio de una línea guía que termina en punta de flecha. El símbolo se refiere a toda la superficie, a menos que se indique lo contrario. El símbolo para la misma superficie no debe duplicarse en otras vistas.

Cuando los valores numéricos acompañan al símbolo, los símbolos deben ubicarse arriba y a la derecha para que se les pueda leer desde la parte inferior. Esto significa que los valores para la longitud de la superficie y la línea de extensión se localizan a la derecha. Cuando no hay valores numéricos sobre el símbolo, éste también se colocará de tal manera que se lea desde la derecha.

Tabla de Símbolos actuales y anteriores

Los diseñadores especifican la textura de la superficie en un plano de ingeniería, por medio de símbolos como los que se ven en la figura 5.6.

Figura 5.6 Símbolos de textura de la superficie en los planos de ingeniera.

Símbolo con leyendas de identificación. Los valores de Ra están dados en micropulgadas; las unidades para otras mediciones se dan en pulgadas. Los diseñadores no siempre no siempre especifican todos los parámetros en los planos de ingeniería El símbolo que designa los parámetros de la textura de una superficie es una marca de revisión (se parece al símbolo de la raíz cuadrada), con acotaciones para la rugosidad promedio, ondulación, corte, orientaciones y espaciamiento máximo de la rugosidad. Los símbolos para las orientaciones están tomados de la figura 5.4.

Indicaciones en los dibujos

Los símbolos y las indicaciones deben orientarse de tal forma que se puedan leer desde la base o desde la derecha del dibujo. Si no pudiera colocarse de esta forma y el símbolo no llevara ninguna indicación, salvo la rugosidad, puede representarse en cualquier posición, excepto la indicación de la rugosidad que debe tener la orientación correcta Si fuera necesario, se podría unir el símbolo por medio de una flecha que salga de la base

Los símbolos se colocan directamente sobre las superficies que indican o en su prolongación.

Los símbolos deben representarse una sola vez por cada superficie y si es posible, en la vista donde esta lleve su cota correspondiente

Si el estado superficial fuera igual para todas las superficies debe indicarse: • con una nota cerca del dibujo y del cajetín • a continuación de la marca de la pieza

Efecto de los procesos de manufactura

La capacidad de lograr cierta tolerancia o superficie es una función del proceso de manufactura. En esta sección se describen las capacidades generales de distintos procesos en términos de la tolerancia, la rugosidad e integridad de la superficie.

Tolerancias y procesos de man ufactura Ciertos procesos de manufactura son inherentemente más exactos que otros. La mayoría de procesos de maquinado son muy exactos, capaces de alcanzar tolerancias de ±0.05 mm (±0.002 in) o mejores. Por el contrario, las fundiciones con arena por lo general son inexactas y deben especificarse tolerancias de 10 a 20 veces las que se utilizan para piezas maquinadas. En la tabla 5.4 se enlista una variedad de procesos de manufactura y se indican las tolerancias comunes para cada proceso. Las tolerancias se basan en la capacidad de los procesos para la operación particular de manufactura, como se define en la sección 44.2. La tolerancia que debe especificarse es función del tamaño de la pieza; entre más grandes sean las piezas, requieren tolerancias más generosas. En la tabla se enlistan tolerancias para piezas de tamaño moderado en cada categoría de procesamiento.

Superficies y procesos de manufactura

El proceso de manufactura determina el acabado de la superficie y la integridad de ésta.

Algunos procesos son inherentemente más capaces que otros de producir superficies mejores.

En general, el costo del procesamiento se incrementa con la mejora del acabado de la superficie. Esto se debe a que para obtener superficies cada vez mejores por lo general se requieren operaciones adicionales y más tiempo.

Los procesos específicos para proveer acabados superiores incluyen el bruñido, el rectificado, el pulido y el superacabado. En la tabla 5.5 se indica la rugosidad superficial usual que se espera de varios procesos de manufactura

ACABADO SUPERFICIAL EN MAQUINADO

Con frecuencia, el maquinado es el proceso de manufactura que determina la geometría final y las dimensiones de la pieza, así como la textura de la superficie (sección 5.2.2). La tabla 24.2 enlista las rugosidades superficiales típicas que pueden alcanzarse en las operaciones de maquinado. Estos acabados deben alcanzarse con facilidad mediante las máquinas herramientas modernas en buenas condiciones de mantenimiento. A continuación se analiza cómo determinar los acabados superficiales en una operación de maquinado. La rugosidad de una superficie maquinada depende de muchos factores que pueden agruparse de la siguiente manera:

1) factores geométricos 2) factores de material de trabajo 3) factores de vibración y de la máquina herramienta.

Mediante el análisis del acabado superficial que se realiza en este capítulo, se estudian estos factores y sus efectos.

Factores geométricos Estos factores determinan la geometría de la superficie en una pieza maquinada. Éstos incluyen:

1) el tipo de operación de maquinado 2) la geometría de la herramienta de corte, la más importante es el radio de la nariz 3) el avance. La característica de la superficie que resulta de estos factores es la rugosidad superficial "ideal" o "teórica" que se obtendría en ausencia de los factores del material de trabajo, de la vibración y de la máquina herramienta.

El tipo de operación se refiere al proceso de maquinado que se usa para generar la superficie. Por ejemplo, el fresado periférico, el fresado de frente y el perfilado, todos pro- ducen superficies planas; sin embargo, la geometría de la superficie es diferente para toda operación debido a las diferencias en la forma de la herramienta y en la manera en que la herramienta interactúa con la superficie. En la figura 5.4 puede obtenerse una idea de las diferencias, al observar diferentes orientaciones posibles de una superficie.

La geometría de la herramienta y el avance se combinan para formar la geometría de la superficie. En la geometría de la herramienta, el factor importante es la forma de la punta de la herramienta. Los efectos pueden verse para una herramienta de punta sencilla en la figura 24.1.

Figura 24.1 Efecto de los factores geométricos en la determinación del acabado teórico sobre una superficie de trabajo para herramientas de punta sencilla: a) efecto del radio de la nariz. b) Efecto del avance y c) efecto del ángulo del filo de corte frontal (AFCF)

Con el mismo avance, un mayor radio de nariz causa marcas de avance menos pronunciadas, lo que produce un mejor acabado. Si se comparan dos avances con el mismo radio de la nariz, el avance más grande aumenta la separación entre las marcas de avance y conduce a un incremento en el valor de la rugosidad superficial ideal. Si la velocidad de avance es lo suficientemente grande y el radio de la nariz es lo suficientemente pequeño, de manera que el filo de corte frontal participe en la creación de la nueva superficie, entonces el ángulo del filo de corte frontal (AFCF) afectará la geometría de la superficie. En este caso, un mayor AFCF producirá un valor de la rugosidad superficial más alto. En teoría, un AFCF igual a cero podría producir una superficie perfectamente suave; sin embargo, las imperfecciones de la herramienta, del material de trabajo y del proceso maquinado impiden alcanzar un acabado ideal como éste.

Los efectos del radio de la nariz y del avance pueden combinarse en una ecuación para predecir la media aritmética ideal de la rugosidad de una superficie producida por una herramienta de punta sencilla. La ecuación se aplica a operaciones como las de torneado, perfilado y cepillado:

Donde Ri= media aritmética teórica de la rugosidad superficial, mm (in) ; f= avance, mm (in) y NR= radio de la nariz en la punta de la herramienta, mm (in). La ecuación supone que el radio de la nariz no es cero y que el avance y el radio de la nariz serán los factores principales que determines la geometría de la superficie. Los valores para Ri se dan en unidades de mm (in), los cuales pueden convertirse a µm (µ-in).

La ecuación puede usarse para estimar la rugosidad superficial ideal en el fresado frontal con herramienta de insertos, donde f representa la cara de viruta (avance por diente). Sin embargo, debe notarse que las puntas traseras y delanteras de los filos de rotación de la fresa producen marcas de avance sobre la superficie de trabajo, lo cual complica la geometría de la superficie.

En el fresado de placas, donde se utilizan los filos de corte recto de la fresa para generar la geometría superficial, puede usarse la siguiente relación para estimar el valor ideal de rugosidad superficial, con base en el análisis de Martellotti [13]:

donde f = carga de viruta, mm/diente (in/diente); D = diámetro de la fresadora, mm (in); y nr

= número de dientes. El signo positivo en el denominador es para el fresado ascendente y el signo negativo es para el fresado descendente. En la ecuación (24.2), se supone que cada diente está igualmente espaciado alrededor del cortador, que todos los filos de corte son equidistantes al eje de rotación y que el árbol que soporta el cortador se conserva perfectamente recto durante la rotación (desviación cero). Estas suposiciones se dan muy pocas veces en la práctica. En consecuencia, los patrones ondulatorios se sobreponen frecuentemente en la superficie, donde las ondulaciones corresponden a la velocidad de rotación de corte.

Las relaciones anteriores para el acabado de la superficie ideal suponen una herramienta de corte afilada. Al desgastarse la herramienta, cambia la forma del corte y esto se refleja en la geometría de la superficie de trabajo. El efecto no se nota para desgastes ligeros. Sin embargo, cuando el desgaste de la herramienta se vuelve significativo, en especial el desgaste del radio de la nariz, la rugosidad de la superficie se deteriora en comparación con los valores ideales determinados por las ecuaciones anteriores.

Factores del material de trabajo. En la mayoría de las operaciones de maquinado. No es posible alcanzar el acabado ideal de la superficie, debido a los factores que se relacionan con el material de trabajo y a su interacción con la herramienta. Los factores del material de trabajo que afectan el acabado son:

1) Efectos de recrecimiento del filo (AEF), debido a que se forma una AEF que se desprende en algún momento, las partículas se depositan en la superficie de trabajo recién creada y ocasionan una textura rugosa parecida al del papel lija 2) Daño a la superficie causado por la viruta enredada en el trabajo 3) Desgarramiento de la superficie de trabajo durante la formación de viruta cuando se maquinan materiales dúctiles 4) grietas en la superficie causadas por la formación discontinua de viruta cuando se maquinan materiales quebradizo 5) fricción entre el flanco de la herramienta y la superficie de trabajo recién generada.

Estos factores del material de trabajo son influidos por la velocidad de corte y el ángulo de inclinación, de manera que un aumento de la velocidad de corte o del ángulo de inclinación produce mejoras en el acabado superficial.

Los factores del material de trabajo son la causa de que el acabado real de la superficie sea en general más defectuoso que el ideal. Puede desarrollarse una relación empírica para convertir los valores de rugosidad ideal en un valor estimado de la rugosidad superficial real. Esta relación toma en cuenta la formación de AEF, el desgarre y otros factores. El valor de la relación depende de la velocidad de corte, así como el del material de La figura 24.2 muestra la relación entre la rugosidad superficial real y la ideal como una función de la velocidad para varias clases de material de trabajo.

El procedimiento para predecir la rugosidad superficial real en una operación de maquinado es calcular el valor de la rugosidad superficial ideal y después multiplicar este valor por la relación entre la rugosidad real e ideal para la clase apropiada de material de trabajo. Esto pude resumirse como:

Donde Ra= valor estimado de la rugosidad real; rai= relación del acabado superficial e ideal de la figura 24.2 y Ri= valor real de la rugosidad de las ecuaciones previas (24.1 o 24.2)

Figura 24.2 Relación entre la rugosidad superficial real y la rugosidad superficial ideal para varias clases de materiales (fuente: datos de General Electric Co. ?15?).

Integridad de la superficie La textura de la superficie por sí sola no describe por completo una superficie. En el material puede haber cambios metalúrgicos o de otra clase inmediatamente debajo de la superficie, que pueden tener un efecto significativo sobre las propiedades mecánicas.

La integridad de la superficie es el estudio y control de esta capa subsuperficial y cualesquiera cambios debido al procesamiento que influyan en el desempeño de la pieza o producto terminado. Ya antes se hizo referencia a esta capa subsuperficial como la capa alterada cuando su estructura difiere de la del sustrato, como se ilustra en la figura 5.2.

En la tabla 5.2 se enlistan las alteraciones y daños posibles que puede recibir la capa subsuperficial durante la manufactura. Los cambios superficiales son ocasionados por la aplicación de distintas formas de energía durante el procesamiento: mecánica, térmica, química y eléctrica. La energía mecánica es la más común que se utiliza en la manufactura; se aplica contra el material de trabajo en operaciones tales como la de dar forma un metal (por ejemplo, forjado, extrusión), prensado y maquinado. Aunque la función primaria en esos procesos consiste en cambia la geometría de la pieza que se trabaja, la energía mecánica también ocasiona esfuerzos residuales, endurecimiento por trabajo y grietas en las capas de la superficie. En la tabla 5.3 se indican los tipos distintos de alteraciones superficiales y subsuperficiales atribuibles a las formas diferentes de energía que se aplican durante la manufactura. La mayor parte de alteraciones descritas en la tabla se refieren a los metales, para lo que se ha estudiado mucho la integridad de su superficie.

TABLA 5.2 Alteraciones superficiales y subsuperficiales que definen la integridad de una superficie.

Tabla 5.5 Formas de energía que se aplican en la manufactura y alteraciones posibles que pueden ocurrir en la superficie y bajo ella

Diferentes Procesos de Manufactura Relacionados al acabado superficial

La fabricación de piezas mediante arranque de viruta o material se consigue a partir del mecanizado de su superficie, lo que puede realizarse por varios procedimientos, entre ellos:

A) Fresado. Arranque de viruta mediante la acción de una herramienta con dientes de filos cortantes, denominada fresa, que gira alrededor de su eje, pudiendo actual tangencial o frontalmente respecto a la superficie mecanizada (Figura 9.5).

B) Torneado. Se denomina así al procedimiento de fabricación para el que se emplea la máquina- herramienta considerada como fundamental, el torno. Con ella se pueden realizar múltiples operaciones, aunque la más importante es el torneado o fabricación de piezas de revolución (Figura 9.6).

C) Taladrado. Consiste en la perforación de una pieza, parcial (taladro ciego) o totalmente (taladro pasante), mediante una herramienta llamada broca. La broca gira alrededor de su eje de revolución a la vez que se desplaza en la dirección del mismo. D)

Aserrado. Procedimiento de fabricación que consta de una herramienta de acero denominada sierra, dotada de un movimiento alternativo longitudinal, con la cual se consigue cortar chapas y planchas. También se puede realizar este tipo de cortes con un soplete oxiacetilénico.

Figura 9.5. Fresado tangencial y frontal. Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.

Figura 9.6. Esquema de un torno. Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.

Por otra parte, los procedimientos de fabricación sin arranque de viruta tienen la particularidad de que moldean o forjan el material sin arrancar parte del mismo. Entre estos procedimientos de fabricación podemos destacar:

A) Fundición. Consiste en rellenar un molde o modelo negativo de la pieza a fabricar con metal fundido. Una vez enfriado el metal se procede al desmoldeo para obtener la pieza deseada. Según el tipo de molde utilizado diferenciamos el moldeo en arena, moldeo en molde metálico o coquilla (fundición mediante inyección de metal fundido a presiones de 25-50 atmósferas, y moldeo a la cera o resina perdida.

B) Forja. Consiste en la conformación de la pieza mediante golpes o prensado, calentándola previamente para facilitar la operación. Dentro de la forja podemos diferenciar:

• Forja manual o libre. conformación de la pieza a través de mazo y yunque.

• Forja en estampa. Consiste en utilizar una prensa que consta de estampa y contraestampa. La estampa o matriz, que actúa como yunque, contiene el vaciado correspondiente a la forma de la pieza, mientras la contraestampa o martillete, que actúa como mazo, golpea la estampa, prensando el material previamente calentado para mejorar su fluidez, de forma que éste rellena el vaciado de la matriz.

Figura 9.7. Esquema de máquina laminadora. Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.

C) Laminado. Se emplea en la obtención de perfiles laminados de gran longitud en relación a su sección transversal.

Por ejemplo, es muy utilizado en la fabricación de perfiles resistentes de construcciones agroindustriales metálicas (perfiles IPN, UPN, etc.). La laminadora es una máquina que consta de dos árboles horizontales y paralelos en los que se acoplan sendos cilindros simétricos que dejan una zona libre con la forma requerida por el perfil. Generalmente el proceso precisa de varias pasadas por diferentes trenes de laminado, de forma que se logre una transición gradual de la pieza en basto al perfil de diseño.

D) Extrusionado. Operación consistente en obligar a pasar por un orificio de forma predeterminada a un material o metal en estado fluido.

La indicación en los dibujos técnicos de la rugosidad superficial de diseño se lleva a cabo mediante la asignación del valor numérico de máxima rugosidad tolerada (Figura 9.8). Si no se disponen unidades se supone que dicho valor se expresa en micrómetros.

En el caso de que deseemos especificar la máxima y mínima rugosidad permisible, dispondremos los dos valores numéricos correspondientes, situando a la rugosidad máxima sobre la mínima (Figura 9.8).

INDICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS ESPECIALES

En algunas ocasiones es necesario especificar algunas características o exigencias adicionales para la ejecución de una determinada superficie. Estas características deben consignarse sobre un trazo horizontal dispuesto a partir del trazo más largo del símbolo básico (Figura 9.9, a).

Figura 9.9. Indicación de características superficiales especiales en los dibujos técnicos.

También podemos indicar un tratamiento superficial en una zona determinada mediante una línea gruesa trazo-punto. Si fuera necesario realizar un mecanizado mediante arranque de viruta para después aplicar un revestimiento superficial de niquelado, se especificaría tal y como aparece en la figura 9.9 (b).

De una forma muy breve, pues no es el objetivo de este libro, podemos definir algunos procesos de fabricación especiales, tratamientos térmicos y recubrimientos que pueden indicarse según la figura 9.9 (a).

DIFERENCIACIÓN DE CARACTERISTICAS ESPECIALES Siendo una disciplina que puede abarcar muchos procesos de naturaleza diversa, los acabados pueden categorizarse (no muy exhaustivamente) de la siguiente manera:

Procesos mecánicos con remoción de material 1. Acabado con lima 2. Acabados con máquinas de arranque de viruta (Torno, fresa o fresadora, etc.) 3. Desbaste abrasivo 4. Esmerilado 5. Lapeado 6. Moleteado 7. Pulido/bruñido 8. Rebabeo 9. Rectificado 10.Sandblasting

Procesos químicos y electroquímicos 11.Anodizado 12.Electropulido 13.Galvanizado 14.Iridizado 15.Pasivación 16.Pavonado 17.Tropicalizado

Recubrimientos electroquímicos 18.Cromado 19.Niquelado 20.Plateado

Otros recubrimientos 21.Anodizado en distintas clases y para ciertos materiales.

22.Pinturas y esmaltes 23.Plastisol 24.Porcelanizado

Procesos de fabricación o acabado superficial especiales.

¾ Rectificado. Operación cuyo objetivo es conseguir un excelente acabado superficial.

Aunque puede realizarse con fresa o torno, el mejor grado de calidad se consigue con la herramienta denominada muela, constituida por granos de material abrasivo cementados con una substancia cerámica.

¾ Bruñido. Su objeto es obtener una superficie con una rugosidad muy pequeña.

Generalmente se emplea en el acabado de piezas de precisión, realizando el afinado mediante una muela recubierta de piel.

¾ Rasqueteado. Es una operación realizada de forma manual con una herramienta llamada rasquete, que sirve para alisar y mejorar la calidad de dos superficies funcionales que van a estar en contacto.

¾ Moleteado. Operación consistente en tallar sobre una parte de una pieza una serie de estrías que la hacen más rugosa. Se usa para asegurar el agarre del mango o empuñadura de una pieza o herramienta. El moleteado se consigue con una herramienta denominada moleta, de material más duro que la pieza a grabar, que se presiona sobre la zona a moletear. La forma del moleteado puede ser recta (paralela a las generatrices del cilindro; figura 9.10), oblicua (líneas helicoidales) o cruzada (líneas helicoidales de paso contrario; figura 9.10).

¾ Limado. Rebaje de una superficie practicado con una herramienta llamada lima.

¾ Escariado. Operación realizada con un escariador cuyo objetivo es la mejora de la calidad superficial de taladros cilíndricos.

Tratamientos térmicos. Son operaciones de acabado superficial cuyo objetivo primordial es generalmente aumentar la dureza del material y resistencia al desgaste, facilitar su mecanizado y/o conferirle algunas propiedades específicas.

¾ Templado. Fuerte calentamiento de una pieza de acero, seguido de un enfriamiento. La temperatura alcanzada y la rapidez del enfriamiento dependen de la calidad del acero y de la dureza perseguida.

¾ Revenido. Tratamiento térmico posterior al templado que intenta limitar la presencia de grietas debidas al enfriamiento rápido. Suele dar una mayor tenacidad al acero. Las operaciones de templado y revenido son práctica habitual en la fabricación de herramientas de acero.

¾ Recocido. Consiste en elevar la temperatura del hierro o del acero para continuar con un enfriamiento lento. Facilita el posterior mecanizado de la pieza.

¾ Cementado. Operación compleja basada en un tratamiento térmico del hierro o del acero para añadirle alguna substancia que mejore básicamente su dureza. Un ejemplo podría ser la aplicación de un cemento carburante.

Figura 9.10. Aplicación de moleteados cruzados y rectos. Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.

Recubrimientos o revestimientos.

Se emplean para proteger al material de la pieza de agentes externos agresivos, mejorando su resistencia al desgaste y corrosión. También pueden tener como objetivo la capacitación de la pieza para ciertas funciones específicas, por ejemplo la de aislamiento eléctrico. Según el material con el que se recubra la superficie podemos hablar de niquelado (Ni), cromado (Cr), estañado (Sn), etc. En estos casos la operación de revestimiento consiste en un galvanizado mediante baño electrolítico. El esmaltado, cuyo objetivo fundamental es la protección y mejora de la estática de una pieza, se consigue mediante la aplicación de una capa de esmalte y su posterior vitrificación en horno.

Otras indicaciones especiales en cuanto a los estados superficiales pueden ser las siguientes:

• Indicación de la longitud básica. Dicha longitud ser. seleccionada sobre la serie dada por la norma UNE 82-301 (ISO/R 468).

• Indicación de sobremedida para mecanizado. Las unidades en las que viene dada esta sobremedida serán las mismas que las usadas en la acotación, normalmente milímetros.

Dirección de las estrías de mecanizado sobre la superficie. Si fuera necesario indicar la dirección de las estrías originadas por el mecanizado, dada por la dirección predominante de las irregularidades superficiales, se especificarán los símbolos que se muestran en la figura 9.11.

APLICACIÓN Superficies planas (sin revestimiento)

Los valores de la textura de superficie en el caso de que sean planas se aplicaran a la superficie entera a menos que se indique lo contrario.

Superficies revestidas

Los esquemas o especificaciones para partes revestidas deben indicar si los valores de textura de superficie aplican antes, después o en ambos casos del recubrimiento.

Índices de textura de superficie

El índice de aspereza de superficie se indica a la izquierda del símbolo de largo de pierna (figura 8-7-3).

Cuando se especifica sólo un valor indica que es el más alto, y cualquier valor menor es aceptable. Cuando se especifican dos índices se muestran los valores máximo y mínimo, y cualquier valor dentro de este rango es aceptable. El valor máximo se coloca sobre el mínimo.

El índice de altura de ondulado se especifica en pulgadas o milímetros y se localiza sobre el símbolo de extensión horizontal. Cualquier valor menor es aceptable.

El espaciado de ondulación se indica en pulgadas o milímetros y se ubica encima y a la derecha de la extensión horizontal, separándolo del índice de altura de ondulado con un guión. Cualquier valor menor es aceptable. Si el valor de ondulado es mínimo, la abreviatura MìN debe colocarse después del valor.

El índice de aspereza de superficie en métodos convencionales de producción se muestra en la figura 8-7-4.

En las figuras 8-7-5 y 8-7-6 se muestran ejemplos de aplicaciones de altura de aspereza de superficie.

Los índices de altura de aspereza y sus equivalentes de series N con graduación numérica aparecen en la figura 8-7-7.

Los símbolos de sesgo, que indican la dirección del patrón de la textura de superficie se ilustran en la figura 8-7-8.

El símbolo se localiza a la derecha del símbolo de largo de pierna. En superficies que poseen sesgo paralelo o perpendicular, el sesgo de la dirección provocado por la máquina puede objetarse. En estos casos, el símbolo debe complementarse con las palabras SIN DIRECCIÓN.

El índice de longitud aleatoria de aspereza por corte se indica en pulgadas o milímetros y se localiza bajo la extensión horizontal (figura 8-7-3).

A menos que se especifique de otra manera, la longitud de aspereza aleatoria es de de 0.03in (0.08mm). Véase la figura 8-7-9.

Superficies maquinadas Al preparar dibujos de trabajo o en partes que se fundirán o forjarán, el proyectista debe indicar en el dibujo las superficies que requerirán maquinado o terminado. El símbolo identifica a la superficies producidas por operaciones de maquinado (figura 8-7-11).

Este símbolo indica que el material se suministrará por eliminación de maquinado. Cuando todas las superficies se maquinarán, se emplea una nota general como: TERMINADO COMPLETO, y se omiten los símbolos en el dibujo. Si el espacio es reducido, el símbolo de maquinado se coloca sobre la línea de extensión.

Los símbolos de maquinado, como los símbolos de dimensionamiento, no se duplican normalmente. Estos símbolos de maquinado deben emplearse desde la misma vista que las dimensiones que suministran el tamaño o la ubicación de las superficies. El símbolo de maquinado se localiza sobre la línea que representa a la superficie o donde sea recomendable sobre la línea de extensión que señale la superficie. Las figuras 8-7-12 y 8- 7-13 ilustran ejemplos del uso de los símbolos de maquinado.

Tolerancia de eliminación de material

Cuando es recomendable indicar en pulgadas o milímetros la cantidad de material que se eliminará, se coloca a la izquierda del símbolo. Los esquemas que muestran la tolerancia de eliminación de material se encuentran en las figuras 8-7-14 y 8-7-15.

Prohibición de eliminación de material

Cuando es necesario indicar que la superficie debe produciré sin eliminar material, debe emplearse el símbolo de maquinado prohibido que aparece en la figura 8-7-16.

Símbolos anteriores de maquinado

Los símbolos anteriores de maquinado, que se muestran en la figura 8-7-17, pueden encontrarse en muchos dibujos utilizados actualmente. Cuando se solicita al proyectista realizar cambios o revisiones a un dibujo que ya existe, debe sujetarse a las convenciones que aparecen en ese dibujo.

Figura 8.74 Indice de aspereza de superficie con metodos de produccion convencionales

Figura 8-7-5 Aplicaciones tipicas para superficies con altura de aspereza

Figuras 8-7-6 a 8-7-17

MEDICIÓN DE LA RUGOSIDAD

NORMAS

En el dibujo de definición de una pieza debe indicarse la clase de superficie que se posee (mecanizadas o no, tratadas, recubiertas), y su calidad superficial por medio de la rugosidad superficial, según las normas ¾ UNE 1037-83 (ISO 1302 es la norma encargada de recoger los símbolos e indicaciones relativas a los estados superficiales en los dibujos técnicos es). La norma UNE 82-301- 76 puede utilizarse como referencia para la consulta de los conceptos fundamentales de rugosidad superficial, así como para el estudio metodológico de la medida cuantitativa de dicha rugosidad.

¾ La Norma UNE 1-037-75 fija los símbolos y las indicaciones en los dibujos técnicos de los estados superficiales. Las figuras de esta Norma están en proyección del primer diedro (sistema europeo), es decir, según la representación que establece la Norma UNE 1032. Los principios que se establecen se aplican igualmente a la proyección del tercer diedro (sistema americano).

¾ UNE 82-301:1986 Rugosidad superficial. Parámetros, sus valores y las reglas generales para la determinación de las especificaciones (ISO 468: 1982)

¾ 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)

¾ UNE 1037:1983. Indicaciones de los estados superficiales en los dibujos (ISO 1302: 1978)

¾ ASME Y14.35M – 1997 Revisión de los dibujos de ingeniería y documentos asociados Esta Norma define las prácticas de revisión de planos y la documentación y establece los métodos para la identificación y el registro de revisiones. La revisión de las prácticas de la presente norma se aplicará a cualquier forma de diseño original y la documentación asociada.

¾ ASME Y14.36M – 1996 Símbolos de textura de superficie Esta Norma establece el método para designar a los controles de superficie de textura de materiales sólidos. Incluye métodos para el control de rugosidad, ondulación, y de otros campos, proporcionando un conjunto de símbolos para su uso en los planos, especificaciones u otros documentos. Esta Norma no especifica los medios por los que la textura de la superficie se producen o medido.

¾ ASME B46.1 – 2002 la superficie de textura, la rugosidad de la superficie, ondulación y Laicos Esta Norma se refiere a las irregularidades de las superficies geométricas. Que define la textura de superficie y de sus mandantes: rugosidad, ondulación, y de otros campos. También define los parámetros para especificar la superficie de textura. Los términos y las puntuaciones en la presente norma se refieren a las superficies producidas por medios tales como abrasión, de fundición, recubrimiento, corte, grabado, deformación plástica, sinterización, desgaste, erosión, etc

CLASES DE RUGOSIDAD Figura 9.8. Indicación de la rugosidad en los dibujos técnicos.

La norma también permite, e incluso recomienda, la indicación del valor de la rugosidad mediante la consignación de su clase correspondiente, con lo que pueden evitarse errores de interpretación de valores numéricos (Tabla 9.1).

Tabla 9.1. Clases de rugosidad.

Los valores de la rugosidad (Ra ) se pueden indicar mediante su valor numérico o mediante los números de la clase de rugosidad correspondiente, según la tabla:

LOS PARÁMETROS DE RUGOSIDAD

A continuación se describen los parámetros de la rugosidad de la superficie aplicando en SPIP. Todos los parámetros se recomienda en el Proyecto Europeo BCR métodos de microscopia de barrido de túnel de rugosidad y micro dureza mediciones se lleven a cabo y varios otros parámetros aplicados por los usuarios de SPIP también se incluye.a

Conclusión

Debido a que 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 es 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.

Para cubrir los requerimientos de los elementos se deben dar indicaciones referidas a la rugosidad, sobremedidas de mecanizado, etc. cuando sea estrictamente necesario para el buen funcionamiento del sistema y sólo en las superficies que lo exijan. El especificar un estado superficial determinado en una zona donde no es necesario obliga al control de calidad de dicha especificación y aumenta los costes de producción de la pieza.

La indicación de estado superficial no es necesaria si el taller donde se producen las piezas las realiza con el estado superficial exigido.

Bibliografia apa

Acabado (2008,13 de diciembre).Referencia electrónica. Recuperado el 1 mayo de 2009, de http://docs.google.com/Doc?id=dfschg6c_23gnpzfr2c.

Calidad Superficial: Rugosidad (2002-2003). Zaragoza, España. Universidad de Zaragoza. Recuperado el 1 de mayo del 2009 de http://www.unizar.es/euitiz/areas/areingpf/21206/desc/medrug.pdf.

Catálogos ASME. Recuperado el 30 abril del 2009 de http://catalog.asme.org/ Clasificación de instrumentos de metrología dimensional. Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. Dirección General de Política Tecnológica. Sección Publicaciones Ingenieros Industriales. Madrid, 1992.

Estados superficiales. Escuela Tecnica Superior de Ingenieros Industriales.Universidad Politécnica de Madrid. Recuperado el 1 de mayo del 2009 de http://www.gig.etsii.upm.es/gigcom/temas_di2/estados/index.html.

Estados superficiales 2008. Instituto La Sallé San Martin. Ricardo Julián Aimó. Recuperado el 2 de mayo del 2009 de http://www.miclase.com.ar/Documentos/tema16text.pdf.

Estados superficiales. Madrid, España: Universidad Politécnica de Madrid. Recuperado el 1 de mayo del 2009 de http://ocw.upm.es/ingenieria-mecanica/especificacion-de-dimensiones-y- tolerancias-gd-t/06-tolaca/0601-tolaca.pdf.

Estados Superficiales. Universidad de castilla la mancha. Referencia electrónica obtenida de www.uclm.net/area/egi/1MECANICOS%20II/teoria_archivos/ESTADOS%20SUPERFICIALES.p pt.

Jensen, Cecil; Helsel, Jay D. & Short, Dennis R.(2004). Dibujo y diseño de ingeniería 6ª Edición. México: McGraw-Hill ISBN: 9789701039670 Mikell P. Groover (2007). Fundamentos de manufactura moderna 3ª edición. D.F México: McGraw-Hill.

Estados superficiales Características, Normas y simbología.

Instituto Tecnológico de Chihuahua 04/05/2009

Autor:

José Luis Coss Breceda.