Comprendiendo la Rugosidad Superficial: Unidades, Gráficas 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, 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 su propósito.

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

La rugosidad suele ser 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 transversales 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 suele ser indeseable, puede ser difícil y costoso de controlar en la fabricación.

Por ejemplo, es difícil y costoso controlar la rugosidad de piezas fabricadas por modelado por deposición fundida (FDM). Disminuir la rugosidad suele aumentar el coste de fabricación. Esto a menudo resulta en un compromiso entre el coste 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 realiza una medición de perfil superficial con un perfilómetro. Pueden ser de contacto (generalmente punta de diamante) u ópticos.

Sin embargo, la rugosidad controlada a menudo es deseable. Por ejemplo, una superficie brillante puede ser demasiado resbaladiza al tacto (un touchpad es buen ejemplo), por lo que se requiere una rugosidad controlada. Aquí tanto amplitud como 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 con instrumentos de promediado o perfilado. Los de promediado no miden ondulación y suelen mostrar valores de acabado en un medidor.

¿Cómo Medir la Rugosidad Superficial?

La rugosidad superficial es un cálculo de la suavidad relativa del perfil de una superficie. Se usa un parámetro numérico – Ra. La gráfica de acabado Ra muestra la media aritmética de las alturas superficiales medidas a lo largo de una superficie.

Como se mencionó, hay tres componentes básicos de una superficie: rugosidad, ondulación y dirección de la textura (lay). Por tanto, diferentes factores afectan las características de la geometría superficial.

Asimismo, existen varios sistemas de medición para la rugosidad. Los sistemas incluyen:

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

Los métodos de medición directa miden la rugosidad usando un palpador. Implican deslizar el palpador perpendicular a la superficie. El maquinista usa un perfil registrado para determinar parámetros de rugosidad.

Los métodos sin contacto usan luz o sonido. Instrumentos ópticos como luz blanca y confocal reemplazan al palpador. Usan diferentes principios. Las sondas físicas pueden sustituirse por sensores ópticos o microscopios.

Primero, el instrumento envía un pulso ultrasónico a la superficie. Luego, hay alteración y reflexión de las ondas sonoras de vuelta al dispositivo. Se evalúan las ondas reflejadas para determinar parámetros de rugosidad.

Por otro lado, las técnicas de comparación emplean muestras de rugosidad superficial. Estas se generan por el equipo o proceso. El fabricante usa tacto y vista para comparar resultados contra una superficie de rugosidad conocida.

Un ejemplo de técnicas en proceso es la inductancia. Este método evalúa la rugosidad usando materiales magnéticos. La captación por inductancia usa energía electromagnética para medir la distancia a la superficie. El valor paramétrico determinado ayuda a encontrar parámetros comparativos de rugosidad.

Gráfica de Rugosidad Superficial

Existen amplias variaciones en acabados y condiciones de borde. Se listan algunas técnicas de fabricación comunes y sus valores Ra correspondientes.

Diversos Métodos de Medición de Rugosidad Superficial

Hay diferentes métodos y equipos para medir la rugosidad. Los diversos métodos caen en tres categorías:

• Técnicas de Perfilado. Implican medir la superficie usando una sonda de alta resolución. Piense en una aguja de fonógrafo en sensibilidad. Una sonda CNC típica puede no ser tan efectiva.
• Técnicas de Área. Miden un área finita de la superficie, ofreciendo un promedio estadístico de picos y valles. Ejemplos: dispersión ultrasónica, dispersión óptica, sondas de capacitancia, etc. Es más fácil automatizar con estas técnicas.
• Técnicas de Microscopía. Técnicas cualitativas que miden contrastes. Los resultados dan información relevante sobre picos y valles en superficies.