Metrología avanzada: Acabados superficiales (página 2)

Maquina para sand-blasting (arenado) de piezas pequeñas

Arenado de un barco de gran calado.

Lapeado.

En el lapeado, el abrasivo se aplica en una suspensión sobre una superficie dura. Las partículas no pueden ser presionadas contra dicha superficie, dejándolas fijadas a la misma, por lo que ruedan y se mueven libremente en todas las direcciones. Las partículas de abrasivo arrancan pequeñas partículas de la superficie de la muestra, provocando en ella deformaciones profundas.Ello es debido a que la partícula de abrasivo, que goza de libertad de un movimiento, no es capaz de extraer una autentica "viruta" de la superficie de la muestra.Por dicha razón, la velocidad de eliminación de material (la cantidad de material que es eliminado en un determinado periodo de tiempo) es muy baja durante el lapeado, lo que hace que los tiempos de preparación sean muy largos.En el caso de los materiales blandos, las partículas de abrasivos a menudo son introducidas a presión en la superficie de la muestra, en la que quedan firmemente incrustadas.Tanto las deformaciones profundas como los gránulos incrustados son defectos extremadamente poco deseables en la preparación de muestras materialográficas.Por las razones expuestas anteriormente, el lapeado solo se utiliza para la preparación de materiales quebradizos muy duros, como los materiales cerámicos y las muestras mineralogicas.

Proceso de lapeado.

Tres posiciones de una superficie de abrasivo, pasando sobre la superficie de la muestra, rodando.Posición 1: La partícula empieza a introducirse en la superficie de la muestra. Posición 2: La partícula rueda y extrae un fragmento del material de la muestra por percusión. Debido al "efecto de martilleo" se producen deformaciones importantes en el material de la muestra.Posición 3: La partícula sigue rodando sin tocar ya la superficie de la muestra. Cuando la partícula vuelve a pasar de nuevo sobre la muestra, es extraído un nuevo fragmento, mas pequeño o mas grande, en función de la forma de la partícula.

Esmerilado.

El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra. El proceso de extracción de virutas con una grano de abrasivo de aristas vivas provoca el menor grado de deformación de la muestra, proporcionando simultáneamente la tasa mas alta de eliminación de material. El pulido utiliza básicamente el mismo mecanismo que el esmerilado.

Pulido.

El pulido, como proceso, se ha descrito ya anteriormente junto con el esmerilado. El pulido incluye los últimos pasos del proceso de preparación. Utilizando de forma sucesiva tamaños de grano cada vez más pequeños y paños cada vez mas elásticos, el pulido permite eliminar todas las deformaciones y rayas provocadas por el esmerilado fino. El riesgo del pulido radica en la aparición de relieves y en el redondeo de los bordes, como consecuencia de la elasticidad de los paños. Dichos inconvenientes se reducen utilizando unos tiempos de pulido tan cortos como sea posible

Desbarbado.

Las rebabas o barbas son montículos delgados que se forman en los bordes de una pieza debido al maquinado, al cizallado de láminas y en el recorte de forjas y piezas fundidas.

Entre sus efectos perjudiciales están: interferir con el ensamble de las partes, ocasionar atascamientos de las mismas, desalineamientos, y cortocircuitos en componentes eléctricos, además, pueden reducir la vida a la fatiga de los componentes.

En forma tradicional, éstas se han quitado siempre manualmente, lo cual puede ocupar hasta un 10% del costo de la pieza. En general, la economía del desbarbado depende de del grado de desbarbado requerido, la complejidad de la parte y el lugar de las barbas, así como de la cantidad de las partes.

Abrillantado.

Es muy parecido al pulido, sólo que se realiza con partículas muy finas sobre discos suaves de tela o piel. El abrasivo se suministra externamente con un lápiz de compuesto abrasivo.

Rectificado.

El rectificado es un proceso de remoción de virutas que utiliza un grano abrasivo individual como herramienta de corte. Las principales diferencias entre las acciones de grano y de herramienta de una punta son las siguientes:

1. Los granos abrasivos individuales tienen formas irregulares y están a distancias aleatorias en la periferia de la piedra.

2. El ángulo promedio de ataque de los granos es muy negativo, como por ejemplo – 60º o menos, lo que hace que las virutas del material sufran una deformación mayor que en los otros procesos de corte.

3. Las posiciones radiales de los granos varían.

4. Las velocidades de corte son, en general, muy altas, del orden de 30 m/s.

Maquina rectificadora

Electro pulido.

El electro pulido es un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento, permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las micro y macro proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo mismo que zonas con rebabas, son áreas de mayor densidad de corriente que el resto de la superficie, y se disuelven a mayor velocidad, dando lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada. Simultáneamente, y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente y temperatura, tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.

En aleaciones, como el acero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que, al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.

En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se puede considerar como una serie de picos y valles. La profundidad de los mismos y la distancia entre los picos dependen de los métodos utilizados para producir la superficie.

En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con pequeñas irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.

Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos de irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser eliminadas.

Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir como:

a) Alisado: eliminación de las irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1 micrón).-

b) Abrillantado: remoción de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a centésimas de micrón.-

Galvanizado.

La galvanización en caliente es un proceso mediante el que se obtiene un recubrimiento de zinc sobre hierro o acero, por inmersión en un baño de zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450º C. A esta operación se la conoce también como galvanización por inmersión o galvanización al fuego. El proceso de galvanizado tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro.

Moleteado.

Moleteado de una superficie es la terminación que se le da a la misma para facilitar el agarre.

Puede realizarse por deformación, extrusión o por corte, este último de mayor profundidad y mejor acabado.

Anodizado.

El proceso de anodizado consiste en obtener de manera artificial películas de oxido de mucho mas espesor y con mejores características de protección que las capas  naturales, estas se obtienen mediante procesos químicos y electrolíticos. Artificialmente se pueden obtener películas en las que el espesor es de 25/30 micrones en el tratamiento de protección o decoración y de casi 100 micrones con el procedimiento de endurecimiento superficial (Anodizado Duro).

Podemos decir que el proceso de anodizado consiste en formar artificialmente una capa de oxido de aluminio en la superficie del metal, este procedimiento llevado a cabo en un medio sulfúrico produce la oxidación del material desde la superficie hacia el interior, como dijimos anteriormente el material que produce la oxidación, es oxido de aluminio, muy característico por su excelente resistencia a los agentes químicos, dureza, baja conductividad eléctrica y estructura molecular porosa, esta ultima junto con las anteriores, es la que nos permite darle una excelente terminación, características que la hacen adecuada y valiosa a la hora de elegir un medio de protección para este elemento.

Tabla de acabado superficial de acuerdo al material y tipo de acabado.

Conceptos generales.

. 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.

. Superficie real: Es la 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.

• 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.

• Ondulaciones. Procedentes de holguras y desajustes en las máquinas-herramienta que fabricaron la pieza.

• Altura de una cresta del perfil: Distancia entre la línea media y el punto más alto de una cresta respecto a la dirección de las alturas.

• Altura máxima de una cresta, Rp: Distancia del punto más alto del perfil a la línea media, dentro del. Profundidad máxima de un valle, Rm: Distancia del punto más bajo del perfil a la línea media, dentro del.

• Altura máxima del perfil, Rmax: Máxima distancia entre la cresta más alta (Rp) y el valle más bajo (Rm).

Simbología.

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.

Cuando se especifica un solo valor, éste se refiere al máximo valor permitido de rugosidad superficial. Si fuera necesario establecer criterios de valor máximo y mínimo para la rugosidad, deben indicarse como en la figura situando el valor máximo encima del mínimo.

Ejemplo:

El significado de cada número y símbolo es el siguiente:

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

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 µm (no necesario)

6 es el valor del paso de la ondulación en mm (no necesario).

Cuando se exija un determinado proceso de fabricación para la obtención de la superficie, debe indicarse sobre un trazo horizontal situado a continuación del trazo más largo del símbolo básico. También sobre dicho trazo horizontal deberán reflejarse los recubrimientos o tratamientos superficiales necesarios para el acabado de la superficie.

Salvo que se indique lo contrario, el valor de la rugosidad se refiere a la superficie después del tratamiento o del recubrimiento.

Cuando sea necesario indicar el estado de la superficie antes o después del tratamiento se hará como en la figura.

Si es necesario indicar la dirección de las huellas producidas por las herramientas, se colocarán a continuación de los símbolos de mecanizado los indicados en la tabla. De acuerdo a la orientación de las huellas, la norma UNE, las clasifica según los siguientes grupos:

Normatividad.

Norma iso 1302 78 equivalente norma une 1037 83. Estados de superficie cuando se exija un determinado proceso de fabricación para la obtención de la superficie, debe indicarse sobre un trazo horizontal situado a continuación del trazo más largo del símbolo básico, como se muestra en la siguiente figura.

Cuando sea necesario indicar el estado de la superficie antes o después del tratamiento se hará como se muestra en la siguiente figura.

Si es necesario indicar la dirección de las huellas producidas por las herramientas, se consignarán a continuación de los símbolos de mecanizado con los símbolos indicados en la siguiente tabla:

Medición del acabado superficial

Comparadores visotáctiles

. Elementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparación visual y táctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo proceso de fabricación.

Rugosímetro de palpador mecánico.

Instrumento para la medida de la calidad superficial basado en la amplificación eléctrica de la señal generada por un palpador que traduce las irregularidades del perfil de la sección de la pieza.

. Sus elementos principales son el palpador, el mecanismo de soporte y arrastre de éste, el amplificador electrónico, un calculador y un registrador

Rugosímetro: Palpador inductivo.

. El desplazamiento de la aguja al describir las irregularidades del perfil modifica la longitud del entrehierro del circuito magnético, y con ello el flujo de campo magnético que lo atraviesa, generando una señal eléctrica.

Rugosímetro: Palpador capacitivo

. El desplazamiento vertical del palpador aproxima las dos láminas de un condensador, modificando su capacidad y con ella la señal eléctrica.

Rugosímetro: Palpadorpiezoeléctrico.

. El desplazamiento de la aguja del palpador deforma elásticamente un material piezoeléctrico, que responde a dicha deformación generando una señal eléctrica.

Laboratorio de acabado superficial

Brillómetro para determinar brillo superficial.

Rugosímetro para medir rugosidad

Conclusión.

Como hemos visto los acabados superficiales son de vital importancia para cualquier pieza o diseño a realizar, ya sea pensando individualmente o como conjunto.

De acuerdo en los diferentes tipos de acabados, nosotros como ingenieros tendremos la capacidad de saber elegir el acabado final que mas se adecue a la pieza o a la necesidad del trabajo que tendrá que desempeñar la pieza basándonos en tablas o en manuales para un buen acabado y rendimiento de la pieza.

Referencias.

• Mikell P. Groover. Fundamentos de manufactura moderna:materiales, procesos y sistemas. Ed. Perarson Educacion.

• Moore kibbey. Maeriales y procesos de fabrcacion industria metal mecanica y de plastica. Ed Limusa

• www.scribd.com

• www.loeser.de

• www.cea-ifac.es

• www.cenam.mx

• www.vc.ehu.es

• www.iso.org

• Dof.gob.mx

• www.unizar.es

• www.cimm.ucr.ac.cr

• www.isa.umh.es

• www.ib.cnea.gov.ar

Autor:

Moisés Ramírez González

Instituto Tecnológico de Chihuahua