Metrología de Superficies: Conceptos Clave y Parámetros de Rugosidad en Ingeniería

Tipos de Superficies en Ingeniería Mecánica

En el ámbito de la ingeniería mecánica, las superficies de los componentes se clasifican según su función y el acabado requerido:

• Superficies Funcionales

  Son aquellas que afectan de forma directa al funcionamiento de la máquina. Pueden estar en contacto con otras superficies o moviéndose respecto a ellas, por lo que requieren un acabado esmerado.

• Superficies de Apoyo

  Son las que sirven de base o de soporte para otros elementos. Generalmente, su acabado es en desbaste.

• Superficies Libres

  Son las que no tienen una función especial o crítica. Por lo general, no son mecanizadas.

Defectos Geométricos y Calidad Superficial

La calidad de una superficie se ve afectada por diversos tipos de defectos:

• Tipos de Defectos

  • Macrogeométricos

    Defectos de forma y de posición (como la planitud) y ondulación (defectos periódicos con una longitud de onda superior a 1 mm).

  • Microgeométricos

    Principalmente la rugosidad, que se manifiesta como surcos y estrías (defectos aleatorios con una longitud de onda inferior a 1 mm).

• Definiciones de Superficie y Perfil

  Superficie Teórica

  La superficie diseñada en los planos.

  Superficie Real

  La superficie de la pieza antes del proceso de mecanizado.

  Superficie Efectiva

  La superficie de la pieza después de mecanizar.

  Perfil Geométrico

  El perfil diseñado en el plano.

  Perfil Real

  El perfil del tocho de la pieza.

  Perfil Efectivo

  El perfil de la pieza después de mecanizar.

Parámetros de Rugosidad y Perfil

Para caracterizar la rugosidad de una superficie, se utilizan diversos parámetros:

• Elementos del Perfil

  Zp (Altura de la Cresta)

  Altura de la cresta. Une dos intersecciones consecutivas del perfil con el eje X.

  Zv (Profundidad del Valle)

  Profundidad del valle.

  Zt (Altura de un Elemento de Perfil)

  Altura de un elemento de perfil, calculada como Zt = Zp + Zv.

• Longitudes de Medición

  Longitud Básica (l)

  Es la longitud del perfil geométrico elegido para evaluar la rugosidad.

  Longitud de Evaluación (lm)

  Es la longitud total que se mide para obtener la calidad superficial.

• Parámetros de Rugosidad Comunes

  Rp (Altura de la Cresta en una Longitud Básica)

  Altura de la cresta en una longitud básica.

  Rm (Profundidad del Valle en una Longitud Básica)

  Profundidad del valle en una longitud básica.

  Ry (Total de Ambas)

  Suma total de Rp y Rm en una longitud básica.

  Ra (Rugosidad Media Aritmética)

  Es la media aritmética de los valores absolutos de las distancias "y" del perfil de rugosidad a la línea media.

  Rz (Altura Media de los Diez Puntos)

  Valor medio de las distancias entre los cinco picos más elevados y los cinco valles más profundos: (z1+z2+z3+z4+z5)/5.

  Rmax (Rugosidad Máxima)

  Es el valor máximo de rugosidad dentro de la trayectoria de medición, considerando la mayor amplitud en cada longitud básica (L).

  Rt (Altura Total del Perfil)

  Es la diferencia de altura entre el pico máximo y el valle más profundo en todo el trayecto de medición.

  Rp (Altura Media de los Picos)

  Es la suma de los picos más altos de cada longitud básica, dividida entre el número de longitudes básicas.

  Pi (Pico Máximo Absoluto)

  Es el pico más alto de toda la trayectoria de medición.

Superficies de Contacto y Sustentación

• Superficie de Sustentación

  Es la superficie resultante después de eliminar las irregularidades tras el acabado.

• Superficie Portante

  Es la relación entre la superficie de sustentación y una superficie lisa al 100%. Las partes que entran en contacto con la superficie lisa son las portantes.

Instrumentación para Medición de Rugosidad: El Rugosímetro

El rugosímetro es el instrumento principal para medir la rugosidad superficial. Sus componentes clave incluyen:

• Unidad de Avance

  Tiene la función de desplazar el palpador a velocidad constante y en línea recta sobre la superficie a medir.

• Captador Inductivo

  Genera una tensión proporcional a la variación de altura del palpador (cuanto más sube y baja, más tensión genera).

• Captador Piezoeléctrico

  Similar al captador inductivo, pero opera mediante un mecanismo basado en el efecto piezoeléctrico.

• Captador Optoelectrónico

  Capta variaciones de luz al subir y bajar el palpador, transmitiendo una señal de energía proporcional a la variación.

• Punta del Palpador

  Formada por un cono de ángulo definido, es el elemento que entra en contacto directo con la superficie.

• Transductor

  Traduce la señal de oscilación vertical del palpador en una señal eléctrica.

• Amplificador

  Amplifica la señal eléctrica recibida del transductor.

• Convertidor Analógico-Digital

  Convierte la señal analógica amplificada a un formato digital para su procesamiento.

• Registrador de Perfil

  El patín mantiene una altura de referencia con el perfil para que el palpador pueda registrar las variaciones de altura de la superficie.