Introducción
La utilización de acabados superficiales cada vez mas finos se debe al requerimiento de la industria con el fin de reducir fricción, dar mayor vida a la pieza, o simplemente por mejorar el aspecto físico de la pieza. El aspecto o calidad superficial de una pieza depende del material empleado en su fabricación y del proceso seguido para su terminación. Obviamente la función a realizar por la pieza ser. La que nos indique su grado de acabado superficial, que debe especificarse en el diseño previo si se cree necesario.
El acabado final y la textura de una superficie son 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.
Acabados superficiales
En general, los acabados físico-químicos, son procesos para corregir y alisar, así como, para dar apariencia estética a las superficies de los materiales duros como los metálicos y cerámicos, además de algunos plásticos y maderas duras. Se les llama también de “preparación mecánica superficial” porque permiten un alto grado de calidad de la superficie para recibir otros materiales con buena adherencia, mayor resistencia a la corrosión y aspecto cosmético.
Los tipos principales de acabado físico-químico son: desbaste, pulido, abrillantado (bruñido), arenado, satinado y pulido químico o electroquímico. En los cinco primeros casos se emplean los llamados materiales abrasivos, que son sustancias duras naturales o artificiales capaces de arrancar, desbastar y pulir una superficie.
Desbaste con abrasivos
Los abrasivos son empleados en forma de granos y aglomerados. Dentro de los naturales están el diamante, corindón, caolín, cuarzo (arena o vidrio) y entre los artificiales están el electrocorindón, limallas de acero, carburo de silicio, etc.
Formas probables de partículas abrasivas
Dependiendo del acabado deseado se utilizan materiales más o menos duros lo cual es propiedad de cada material abrasivo así como la granulometría a emplear. Para el desbaste se emplean abrasivos de gran dureza y alta granulometría. Sin embargo, para el bruñido o abrillantado se emplean granos menos duros y bien pequeños impregnados en trapos, paños y fieltros.
Distintos tipos de abrasivos para pulido integrados en papel
Sand-blsting
Pasemos a mencionar ahora otros procesos físicos como el arenado y el satinado. La fig. nos muestran los equipos para el clásico proceso de sand-blasting, el cual consiste en hacer incidir un chorro de arena a gran velocidad sobre una superficie generalmente metálica con el fin de eliminar grandes irregularidades de la superficie o costras de óxido y pequeños animales muy típicos de las grandes embarcaciones. Lo peculiar de este acabado superficial es que no se alcanza brillo sobre la superficie.
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 mas 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 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
Electropulido
El electropulido 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.
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: 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, yp: 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 de l.
· Profundidad máxima de un valle, Rm: Distancia del punto más bajo del perfil a la línea media, dentro de l.
· Altura máxima del perfil, Rmax: Máxima distancia entre la cresta más alta (Rp) y el valle más bajo (Rm).
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
Simbología
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:
| Símbolo | Interpretación | ||
| = | Huellas paralelas al plano de proyección de la vista sobre la que se aplica el símbolo. |
| |
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| Huellas perpendiculares al plano de proyección de la vista sobre la que se aplica el símbolo. |
| |
| X | Huellas que se cruzan en dos direcciones oblicuas respecto al plano de proyección de la vista sobre la que se aplica el símbolo. |
| |
| M | Huellas sin orientación definida. Multidireccionales |
| |
| C | Huellas de forma aproximadamente circular respecto al centro de la superficie a la que se aplica el símbolo |
| |
| R | Huellas de dirección aproximadamente radial respecto al centro de la superficie a la que se aplica el símbolo |
|
|
| Cuando se necesite indicar el valor de la sobremedida para mecanizado, se debe situar a la izquierda del símbolo correspondiente. |
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| Si se tuviera que indicar la longitud básica, ésta debe colocarse debajo del trazo horizontal |
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| En resumen, un símbolo de mecanizado puede llevar las indicaciones siguientes: a=Valor de la rugosidad en micrómetros b=Proceso de fabricación o tratamiento c=Longitud básica d=Dirección de las estrías de mecanizado e=Sobremedida para mecanizado f=Otros valores de rugosidad entre paréntesis. |
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:
| Símbolo | Interpretación | Dibujo |
| ┴ | Huellas perpendiculares al plano de proyección de la vista sobre la cual se aplica el símbolo. |
|
| X | Huellas que se cruzan en dos direcciones oblicuas respecto al plano de proyección de la vista sobre la que se aplica el símbolo. |
|
| M | Huellas sin orientación definida. Multidireccionales. |
|
| C | Huellas de forma aproximadamente circular respecto al centro de la superficie o a donde se aplica el símbolo. |
|
| R | Huellas de dirección aproximadamente radial respecto al centro de la superficie a la que se aplica el símbolo. |
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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: Palpador piezoeléctrico
• El desplazamiento de la aguja del palpador deforma elásticamente un material piezoeléctrico, que responde a dicha deformación generando una señal eléctrica.
Rugosímetro de palpador mecánico
• Actualmente los rugosímetros permiten calcular y tratar numerosos parámetros de rugosidad, compensar la forma de la pieza o programar la medida.
Laboratorio de acabado superficial
Brillómetro para determinar brillo superficial.
Rugosímetro para medir rugosidad
Conclusión
Hoy en día la industria requiere una mejor calidad de acabado en las piezas, dependiendo de su utilización final y de vital importancia para la elaboración de piezas el saber seleccionar el acabado superficial, qué consideraciones de uso, formales, estructurales, tecnológicas, etc. Debemos tener en cuenta a la hora de proponer un acabado superficial para un producto a diseñar. Necesario y el subsecuente método para lograr este acabado pensando en una relación optima entre costo y funcionalidad.
También es muy importante conocer la simbología de acabado al momento de interpretar planos de maquinado de piezas y conocer los aparatos y dispositivos de medición de rugosidad e imperfecciones en la superficie de las piezas.
Autor:
Francisco Javier Carrasco Salgado
