Entendiendo la Rugosidad Superficial: Unidades, Gráficos y Técnicas de Medición

¿Qué es la Rugosidad Superficial?

La rugosidad superficial, a menudo abreviada como rugosidad, es un componente de la textura superficial. Se cuantifica por las desviaciones en la dirección del vector normal de una superficie real desde su forma ideal.

Si estas desviaciones son grandes, la superficie es rugosa; si son pequeñas, la superficie es lisa. En metrología superficial, la rugosidad se considera típicamente el componente de alta frecuencia y longitud de onda corta de una superficie medida.

Sin embargo, en la práctica, a menudo es necesario conocer tanto la amplitud como la frecuencia para asegurar que una superficie sea apta para un propósito.

La rugosidad juega un papel importante en determinar cómo un objeto real interactuará con su entorno. En tribología, las superficies rugosas generalmente se desgastan más rápido y tienen coeficientes de fricción más altos que las superficies lisas.

La rugosidad es a menudo un buen predictor del rendimiento de un componente mecánico, ya que las irregularidades en la superficie pueden formar sitios de nucleación para grietas o corrosión.

Por otro lado, la rugosidad puede promover la adhesión. En general, en lugar de descriptores específicos de escala, descriptores de escala cruzada como la fractalidad superficial proporcionan predicciones más significativas de interacciones mecánicas en superficies, incluyendo rigidez de contacto y fricción estática.

Aunque un valor alto de rugosidad a menudo es indeseable, puede ser difícil y costoso controlar en la fabricación.

Por ejemplo, es difícil y costoso controlar la rugosidad superficial de piezas fabricadas por modelado por deposición fundida (FDM). Disminuir la rugosidad de una superficie generalmente aumenta su costo de fabricación. Esto a menudo resulta en un compromiso entre el costo de fabricación de un componente y su rendimiento en aplicación.

La rugosidad puede medirse por comparación manual contra un "comparador de rugosidad superficial", pero más generalmente se hace una medición de perfil superficial con un perfilómetro. Estos pueden ser de tipo contacto (típicamente un estilus de diamante) u ópticos.

Sin embargo, la rugosidad controlada a menudo puede ser deseable. Por ejemplo, una superficie brillante puede ser demasiado brillante para el ojo y demasiado resbaladiza para el dedo (un panel táctil es un buen ejemplo), por lo que se requiere una rugosidad controlada. Este es un caso donde tanto la amplitud como la frecuencia son muy importantes.

Unidad de Rugosidad Superficial

La rugosidad por media aritmética (Ra) es el estándar aceptado y puede medirse en unidades inglesas (micro-pulgadas) o métricas (micrones). Los acabados superficiales se miden usando instrumentos de promediado o perfilado. Los instrumentos de promediado no pueden medir ondulación y típicamente muestran valores de acabado superficial en un medidor.

Cómo Medir la Rugosidad Superficial

La rugosidad superficial es un cálculo de la suavidad relativa del perfil de una superficie. En este caso, se usa un parámetro numérico: Ra. La tabla de acabado superficial Ra muestra la media aritmética de las alturas superficiales. Las alturas se han medido a lo largo de una superficie.

Como ya se mencionó, hay tres componentes básicos de una superficie. Incluyen la rugosidad, la ondulación y la dirección de la textura. Por lo tanto, diferentes factores afectan las características de la geometría superficial.

Asimismo, hay varios sistemas de medición para la rugosidad superficial. Por lo tanto, los sistemas incluyen:

• Métodos de medición directa
• Métodos sin contacto
• Métodos de comparación
• Métodos en proceso

Los métodos de medición directa miden la rugosidad superficial usando un estilus. Consecuentemente, implica arrastrar el estilus perpendicular a la superficie. El mecanizado luego usa un perfil registrado para determinar parámetros de rugosidad.

Los métodos sin contacto implican el uso de luz o sonido en su lugar. Instrumentos ópticos como luz blanca y confocal reemplazan el estilus. Estos instrumentos usan diferentes principios para la medición. Las sondas físicas pueden entonces cambiarse por sensores ópticos o microscopios.

Primero, el instrumento usado enviará un pulso ultrasónico a la superficie. Luego, habrá alteración y reflexión de las ondas de sonido de vuelta al dispositivo. Luego puede evaluar las ondas reflejadas para determinar parámetros de rugosidad.

Por otro lado, las técnicas de comparación emplean muestras de rugosidad superficial. Estas muestras son generadas por el equipo o proceso. Luego, el fabricante usa sentidos táctiles y visuales para comparar resultados. Los resultados se comparan contra la superficie de parámetros de rugosidad conocidos.

Un ejemplo de técnicas en proceso es la inductancia. Este método ayuda a evaluar la rugosidad superficial usando materiales magnéticos. Aquí, la captación de inductancia usa energía electromagnética. Usa energía para medir la distancia a la superficie. Luego, el valor paramétrico determinado puede ayudar a encontrar parámetros de rugosidad comparativos.

Gráfico de Rugosidad Superficial

Hay amplias variaciones en acabados y condiciones de borde. Se enumeran algunas de las técnicas de fabricación más comunes y sus valores correspondientes de acabado superficial Ra.

Varios Métodos de Medición de Rugosidad Superficial

Hay diferentes métodos y equipos involucrados en la medición de rugosidad superficial. Los diversos métodos usados caen en tres categorías. Son:

• Técnicas de Perfilado. Primero, tenemos las técnicas de perfilado. Esto implica la medición de la superficie usando una sonda de alta resolución. En este proceso, debería pensar más en una aguja de fonógrafo en línea con sensibilidad. Una sonda CNC típica puede no ser tan efectiva.
• Técnicas de Área. Estas técnicas miden un área finita de la superficie. Por lo tanto, la medición ofrece un promedio estadístico de picos y valles en la superficie. Algunos ejemplos de estas técnicas incluyen dispersión ultrasónica, dispersión óptica, sondas de capacitancia, y más. Es más fácil automatizar y ejecutar con técnicas de área.
• Técnicas de Microscopía. Estas técnicas cualitativas se basan en medir contrastes. Los resultados proporcionan información relevante sobre picos y valles en superficies.