(Norma UNE 82-315 / 86)
Acabado
Es un proceso de
fabricación empleado en la manufactura
cuya finalidad es obtener una superficie con
características adecuadas para la aplicación
particular del producto que
se está manufacturando; esto incluye mas no es limitado a
la cosmética de producto. En algunos casos el proceso de
acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el
producto entre en especificaciones dimensionales.
Antiguamente, el acabado se comprendía solamente como
un proceso secundario en un sentido literal, ya que en la
mayoría de los casos sólo tenía que ver con
la apariencia del objeto u artesanía en cuestión,
idea que en muchos casos persiste y se incluye en la estética y cosmética del
producto.
En la actualidad, los acabados se entienden como una etapa de
manufactura de primera línea, considerando los
requerimientos actuales de los productos.
Estos requerimientos pueden ser:
Estética: el más obvio, que tiene un gran
impacto sicológico en el usuario respecto a la calidad
del producto.Liberación o introducción de esfuerzos
mecánicos: las superficies manufacturadas pueden
presentar esfuerzos debido a procesos de arranque de viruta,
en donde la superficie se encuentra deformada y endurecida
por la deformación plástica a causa de las
herramientas de corte, causando esfuerzos en la zona
superficial que pueden reducir la resistencia o inclusive
fragilizar el material. Los acabados con remoción de
material pueden eliminar estos esfuerzos.Eliminar puntos de iniciación de fracturas y
aumentar la resistencia a la fatiga: una operación de
acabado puede eliminar micro fisuras en la superficie.Nivel de limpieza y esterilidad. Una superficie sin
irregularidades es poco propicia para albergar suciedad,
contaminantes o colonias de bacterias.Propiedades mecánicas de su superficie
Protección contra la corrosión
Rugosidad
Tolerancias dimensionales de alta precisión.
Características de las
superficies
Una vista microscópica de la superficie de una pieza
revela sus irregularidades e imperfecciones. Los rasgos de una
superficie común se ilustran en la sección
transversal magnificada de la superficie de una pieza
metálica. Ver figura 1.1. Aunque aquí el análisis se concentra en las superficies
metálicas, los comentarios vertidos aquí se aplican
a las cerámicas y polímeros, con modificaciones
debidas a las diferencias en la estructura de
estos materiales. El
cuerpo de la pieza, conocida como sustrato, tiene una estructura
granular que depende del procesamiento previo del metal; por
ejemplo, la estructura del sustrato del metal se ve afectada por
su composición química, el proceso
de fundición que se usó originalmente para el
metal, y cualesquiera operaciones de
deformación y tratamientos térmicos llevados a cabo
sobre el material de fundición.
El exterior de la pieza es una superficie cuya topografía es todo menos recta y tersa.
En la sección transversal magnificada, la superficie
tiene rugosidad, ondulaciones y defectos. Aunque aquí no
se observan, también tiene un patrón o dirección que resulta del proceso
mecánico que la produjo. Todos estos rasgos
geométricos quedan incluidos en el término textura
de la superficie.
Justo por debajo de la superficie se encuentra una capa de
metal cuya estructura difiere de la del sus trato. Se denomina
capa alterada, y es una manifestación de las acciones que
se mencionaron al hablar de la superficie, durante la
creación de ésta y etapas posteriores. Los procesos de
manufactura involucran energía, por lo general en
cantidades importantes, que opera sobre la pieza, contra su
superficie. La capa alterada puede resultar del endurecimiento
por trabajo
(energía mecánica), calor
(energía térmica), tratamiento químico, o
incluso energía
eléctrica. El metal de esta capa resulta afectado por
1ft aplicación de energía, y su micro estructura se
altera en consecuencia. Esta capa alterada cae dentro del alcance
de la integridad de la superficie, que tiene que ver con la
definición, la especificación y el control de las
capas de la superficie de un material (metales, los
más comunes), en la manufactura y el desempeño posterior en el uso. El alcance
de la integridad de la superficie por lo general se interpreta
para incluir la textura de la superficie, así como la capa
alterada ubicada bajo ella.
Además, la mayoría de las superficies
metálicas están cubiertas por una capa de
óxido, si se da el tiempo
suficiente para que se forme después del procesamiento. El
aluminio forma
en su superficie una capa delgada, densa y dura de Al2O3 (que
sirve para proteger al sustrato de la corrosión), y el fierro forma óxidos
de varias composiciones químicas sobre su superficie (el
óxido, que virtualmente no da ninguna protección).
También es probable que en la superficie de la pieza haya
humedad, mugre, aceite,
gases
adsorbidos, y otros contaminantes. .
fig. 1.1 Sección transversal de una
superficie metálica común.
Textura de las
superficies
La textura de la superficie consiste en las desviaciones
repetitivas o aleatorias de la superficie nominal de un objeto;
la definen cuatro características: rugosidad,
ondulación, orientación y defectos o fallas, como
se observa en la figura 1.2
fig. 1.2 Rasgos de la textura de una
superficie.
La rugosidad se refiere a las desviaciones
pequeñas, espaciadas finamente, de la superficie nominal y
que están determinadas por las características del
material y el proceso que formó la superficie.
La ondulación se define como las desviaciones
de espaciamiento mucho mayor; ocurren debido a la
deflexión del trabajo, vibraciones, tratamiento
térmicas, y factores similares. La rugosidad está
sobre impuesta a la ondulación.
La orientación es la dirección
predominante o patrón de la textura de la superficie.
Está determinada por el método de
manufactura utilizado para crear a la superficie, por lo general
a partir de la acción
de una herramienta de corte. En la figura 1.3 se ilustran la
mayoría de las orientaciones posibles que pu.ede haber en
una superficie, junto con el símbolo que utiliza el
diseñador para especificarlas.
Fig. 1.3 Orientaciones posibles de una
superficie.
Los defectos son irregularidades que ocurren en forma
ocasional en la superficie; incluyen: grietas, ralladuras,
inclusiones y otros defectos similares. Aunque algunos de los
defectos se relacionan con la textura de la superficie
también afectan su integridad.
Rugosidad de la
Superficie
La rugosidad de una superficie es una característica
mensurable, con base en las desviaciones de la rugosidad
según se definió antes. El acabado de la superficie
es un término más subjetivo que denota la suavidad
y calidad general
de una superficie. En el habla popular, es frecuente utilizar el
acabado superficial o de la superficie como sinónimo de su
rugosidad.
La calidad de la rugosidad superficial se maneja por las
siguientes normas:
UNE 82301:1986 Rugosidad superficial. Parámetros,
sus valores y las
reglas generales para la determinación de las
especificaciones (ISO 468:
1982),
UNE-EN ISO 4287:1998 Especificación geométrica
de productos (GPS). Calidad
superficial: Método del perfil. Términos,
definiciones y parámetros del estado
superficial (ISO 4287:1997), y
UNE 1037:1983. Indicaciones de los estados superficiales
en los dibujos (ISO
1302: 1978)
La medida que se emplea más comúnmente para la
textura de una superficie, es su rugosidad. Respecto a la figura
1.4, la rugosidad de la superficie se define como el promedio de
las desviaciones verticales a partir de la superficie nominal, en
una longitud especificada de la superficie. Por lo general se
utiliza un promedio aritmético (AA), con base en los valores
absolutos de las desviaciones, y este valor de la
rugosidad se conoce con el nombre de rugosidad
promedio.
Fig. 1.4 Desviaciones de la superficie
nominal.
En forma de ecuación es
Donde R =media aritmética de la rugosidad,
m (in); y es la desviación vertical a partir de la
superficie nominal (convertida a valor absoluto), m (in); y Lm es
la distancia especificada en la que se miden las desviaciones de
la superficie. Quizá sea más fácil de
entender una aproximación de la ecuación (5.1),
dada por
Donde Ra tiene el mismo significado que antes; yi son
las desviaciones verticales convertidas a valor absoluto e
identificadas por el subíndice i, m (in) y
n es el número de desviaciones incluidas en
Lm. Se ha dicho que las unidades en estas ecuaciones son
m (in). Éstas son las unidades de uso más
común para expresar la rugosidad de una superficie.
Hoy día, el AA es el método de promedios que se
emplea más para expresar la rugosidad de una superficie.
Una alternativa, que en ocasiones se utiliza en Estados Unidos,
es el promedio según la raíz media
cuadrática (RMS), que es la raíz cuadrada de
la media de las desviaciones elevadas al cuadrado sobre la
longitud de medición. Los valores RMS de la rugosidad
de la superficie casi siempre serán mayores que los AA,
debido a que las desviaciones grandes pesan más en los
cálculos del valor RMS.
La rugosidad de la superficie tiene la misma clase de
deficiencias que cualquier medida que se use para evaluar un
atributo físico complejo. Por ejemplo, falla para tomar en
cuenta las orientaciones del patrón superficial;
así, la rugosidad de la superficie varía en forma
significativa, en función de
la dirección en que se mida.
Otra deficiencia es que la ondulación queda incluida en
el cálculo
de Ra. Para evitar este problema se emplea un
parámetro denominado longitud de corte, que se
usa como un filtro que separa la ondulación de una
superficie medida de las desviaciones de la rugosidad. En
realidad, la longitud de corte es una distancia muestral a lo
largo de la superficie. Una distancia muestral más corta
que el ancho de la ondulación eliminará las
desviaciones verticales asociadas con ésta y sólo
incluirá aquellas que se relacionan con la rugosidad. En
la práctica, la longitud de corte más común
es 0.8 mm (0.030 in). La longitud de medición Lm, se
establece normalmente como de cinco veces la longitud de
corte.
Las limitaciones de la rugosidad de la superficie han motivado
la creación de medidas adicionales que describan en forma
más completa la topografía de una superficie dada.
Estas mediciones incluyen salidas gráficas tridimensionales de la superficie,
como se describe en la referencia.
Medición
de la Rugosidad
Comparadores visotáctiles
Fig. 1.5
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
Fig. 1.6
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.
Fig. 1.7 Rugosímetro
Símbolos
para la textura de la superficie
Los diseñadores especifican la textura de la superficie
en un plano de ingeniería, por medio de símbolos como los que se ven en la figura
1.8, 1.9, 1.10 y 1.11. El símbolo que designa los
parámetros de la textura de una superficie es una marca de
revisión (se parece al símbolo de la raíz
cuadrada), con acotaciones para la rugosidad promedio,
ondulación, corte, orientaciones y espaciamiento
máximo de la rugosidad. Los símbolos para las
orientaciones están tomados de la figura 1.3.
Fig. 1.8 Símbolos para la textura de la superficie en
los planos de ingeniería: a) el símbolo, y
b) símbolo con leyendas de
identificación. Los valores de R, están
dados en micropulgadas; las unidades para otras mediciones se dan
en pulgadas. Los diseñadores no siempre especifican todos
los parámetros en los planos de ingeniería.
Fig. 1.9 símbolos sin indicaciones.
Fig. 1.10 Símbolos con indicación del criterio
principal de la rugosidad, (Ra).
Fig. 1.11 Símbolos con indicaciones
complementarias.
(Estados Superficiales. Universidad de
Castilla-la Mancha)
Indicaciones en los dibujos
Los símbolos y las indicaciones deben orientarse de tal
forma que se puedan leer desde la base o desde la derecha del
dibujo. Si no
pudiera colocarse de esta forma y el símbolo no llevara
ninguna indicación, salvo la rugosidad, puede
representarse en cualquier posición, excepto la
indicación de la rugosidad que debe tener la
orientación correcta (ver figura 1.12).
Fig. 1.12
Si el estado
superficial fuera igual para todas las superficies debe indicarse
con una nota cerca del dibujo y del cajetín a
continuación de la marca de la pieza como se muestra en la
figura 1.13.
Fig. 1.13
Clases de Rugosidad
Tabla 1.10.1
Procesos de
fabricación
Procesos para mecanizado del
material
La fabricación de piezas mediante arranque
de viruta o material se consigue a partir del mecanizado de su
superficie, lo que puede realizarse por varios procedimientos,
entre ellos:
A) Fresado.
Arranque de viruta mediante la acción de
una herramienta con dientes de filos cortantes, denominada fresa,
que gira alrededor de su eje, pudiendo actual tangencial o
frontalmente respecto a la superficie mecanizada (Figura
1.14).
Fig. 1.14 Fresado tangencial y frontal. Fuente:
Hidalgo de Caviedes, 1975.
B) Torneado.
Se denomina así al procedimiento de
fabricación para el que se emplea la
máquina–herramienta considerada como fundamental, el
torno. Con ella
se pueden realizar múltiples operaciones, aunque la
más importante es el torneado o fabricación de
piezas de revolución
(Figura 1.15).
Fig. 1.15 Esquema de un torno. Fuente: Hidalgo de
Caviedes, 1975.
C) Taladrado.
Consiste en la perforación de una pieza,
parcial (taladro ciego) o totalmente (taladro pasante), mediante
una herramienta llamada broca. La broca gira alrededor de su eje
de revolución a la vez que se desplaza en la
dirección del mismo.
D) Aserrado.
Procedimiento de fabricación que consta de
una herramienta de acero denominada
sierra, dotada de un movimiento
alternativo longitudinal, con la cual se consigue cortar chapas y
planchas. También se puede realizar este tipo de cortes
con un soplete oxiacetilénico.
Por otra parte, los procedimientos de
fabricación sin arranque de viruta tienen la
particularidad de que moldean o forjan el material sin arrancar
parte del mismo. Entre estos procedimientos de fabricación
podemos destacar:
A) Fundición.
Consiste en rellenar un molde o modelo
negativo de la pieza a fabricar con metal fundido. Una vez
enfriado el metal se procede al desmoldeo para obtener la pieza
deseada. Según el tipo de molde utilizado diferenciamos el
moldeo en arena, moldeo en molde metálico o coquilla
(fundición mediante inyección de metal fundido a
presiones de 25–50 atmósferas), y moldeo
a la cera o resina perdida.
B) Forja.
Consiste en la conformación de la pieza
mediante golpes o prensado, calentándola previamente para
facilitar la operación. Dentro de la forja podemos
diferenciar:
— Forja manual o libre.
Conformación de la pieza a través de mazo y
yunque.
— Forja en estampa. Consiste en utilizar
una prensa que consta
de estampa y contra estampa. La estampa o matriz, que
actúa como yunque, contiene el vaciado correspondiente a
la forma de la pieza, mientras la contra estampa o martillete,
que actúa como mazo, golpea la estampa, prensando el
material previamente calentado para mejorar su fluidez, de forma
que éste rellena el vaciado de la matriz.
Fig. 1.16 Esquema de máquina laminadora.
Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.
C) Laminado.
Se emplea en la obtención de perfiles
laminados de gran longitud en relación a su sección
transversal.
Por ejemplo, es muy utilizado en la
fabricación de perfiles resistentes de construcciones
agroindustriales metálicas (perfiles IPN, UPN, etc.). La
laminadora es una máquina que consta de dos árboles
horizontales y paralelos en los que se acoplan sendos cilindros
simétricos que dejan una zona libre con la forma requerida
por el perfil. Generalmente el proceso precisa de varias pasadas
por diferentes trenes de laminado, de forma que se logre una
transición gradual de la pieza en basto al perfil de
diseño.
D) Extrusionado.
Operación consistente en obligar a pasar
por un orificio de forma predeterminada a un material o metal en
estado fluido.
La indicación en los dibujos
técnicos de la rugosidad superficial de diseño se
lleva a cabo mediante la asignación del valor
numérico de máxima rugosidad tolerada (Figura 9.8).
Si no se disponen unidades se supone que dicho valor se expresa
en micrómetros.
Procesos de fabricación
especiales
En algunas ocasiones es necesario especificar
algunas características o exigencias adicionales para la
ejecución de una determinada superficie. Estas
características deben consignarse sobre un trazo
horizontal dispuesto a partir del trazo más largo del
símbolo básico
a) Procesos de fabricación o acabado
superficial especiales.
Rectificado. Operación cuyo objetivo
es conseguir un excelente acabado superficial. Aunque puede
realizarse con fresa o torno, el mejor grado de calidad se
consigue con la herramienta denominada muela, constituida por
granos de material abrasivo cementados con una substancia
cerámica.Bruñido. Su objeto es obtener una
superficie con una rugosidad muy pequeña. Generalmente
se emplea en el acabado de piezas de precisión,
realizando el afinado mediante una muela recubierta de
piel.Rasqueteado. Es una operación
realizada de forma manual con una herramienta llamada
rasquete, que sirve para alisar y mejorar la calidad de dos
superficies funcionales que van a estar en contacto.Moleteado. Operación consistente en
tallar sobre una parte de una pieza una serie de
estrías que la hacen más rugosa. Se usa para
asegurar el agarre del mango o empuñadura de una pieza
o herramienta.
El moleteado se consigue con una herramienta
denominada moleta, de material más duro que la pieza a
grabar, que se presiona sobre la zona a moletear. La forma del
moleteado puede ser recta (paralela a las generatrices del
cilindro; figura 1.17), oblicua (líneas helicoidales) o
cruzada (líneas helicoidales de paso contrario; figura
1.17).
Fig. 1.17. Aplicación de moleteados
cruzados y rectos. Fuente: Hidalgo de Caviedes, 1975.
Limado. Rebaje de una superficie practicado
con una herramienta llamada lima.Escariado. Operación realizada con un
escariador cuyo objetivo es la mejora de la calidad
superficial de taladros cilíndricos.
b) Tratamientos térmicos.
Son operaciones de acabado superficial cuyo
objetivo
primordial es generalmente aumentar la dureza del material y
resistencia al
desgaste, facilitar su mecanizado y/o conferirle algunas
propiedades específicas.
Templado. Fuerte calentamiento de una pieza
de acero, seguido de un enfriamiento. La temperatura
alcanzada y la rapidez del enfriamiento dependen de la
calidad del acero y de la dureza perseguida.Revenido. Tratamiento térmico
posterior al templado que intenta limitar la presencia de
grietas debidas al enfriamiento rápido. Suele dar una
mayor tenacidad al acero. Las operaciones de templado y
revenido son práctica habitual en la
fabricación de herramientas de acero.Recocido. Consiste en elevar la temperatura
del hierro o del acero para continuar con un enfriamiento
lento. Facilita el posterior mecanizado de la pieza.Cementado. Operación compleja basada
en un tratamiento térmico del hierro o del acero para
añadirle alguna substancia que mejore
básicamente su dureza. Un ejemplo podría ser la
aplicación de un cemento carburante.
c) Recubrimientos o revestimientos.
Se emplean para proteger al material de la pieza
de agentes externos agresivos, mejorando su resistencia al
desgaste y corrosión. También pueden tener como
objetivo la capacitación de la pieza para ciertas
funciones
específicas, por ejemplo la de aislamiento
eléctrico. Según el material con el que se recubra
la superficie podemos hablar de niquelado (Ni), cromado (Cr),
estañado (Sn), etc. En estos casos la operación de
revestimiento consiste en un galvanizado mediante baño
electrolítico. El esmaltado, cuyo objetivo fundamental es
la protección y mejora de la estética de una pieza,
se consigue mediante la aplicación de una capa de esmalte
y su posterior vitrificación en horno.
Moleteado
El moleteado es una operación de realizar sobre la
superficie exterior unas estrías que impidan el
deslizamiento, se realiza sin arranque de viruta con la ayuda de
unos rodillos, llamados moletas, aplicadas tangencialmente
a gran presión.
La norma DIN 82 especifica diferentes formas de moleteado, en
función de la disposición del relieve y a la
dirección de las estrías del moleteado. Cada una de
estas formas, con sus variantes respectivas, recibe un
símbolo literal (ver figura 1.18).
Fig. 1.18
La indicación de un moleteado se indica
con el signo general de acabado superficial, añadiendo la
especificación de sus características sobre un
trazo horizontal, la cuál incluirá: forma, paso,
ángulo y norma.
Los moleteados se representan utilizando el
patrón de sombreado correspondiente con línea
continua de trazo fino. Si la superficie moleteada se refiere a
una parte limitada de la pieza, ésta deberá
acotarse.
Diámetro nominal es el indicado en el
plano y corresponde con la dimensión resultante
después de realizar el moleteado.
El paso es la distancia entre los vértices
de dos relieves consecutivos. Los pasos normalizados son:
0.5-0.6-0.8-1-1.2-1.6 mm.
Angulo del perfil es el ángulo que forman
los flancos de un relieve. Los valores normalizados son 90° y
105°
Fig. 1.19
Algunas
aplicaciones de los estados superficiales
Fig. 1.20
Conclusión
El conocer los estados superficiales y su
normatividad nos permite crear piezas bajo norma que
podrán desempeñar un buen funcionamiento, ya que
como estas piezas por lo general van acopladas a otras y la
mayoría de las veces están en constantes esfuerzos,
cualquier deformidad o error en su creación
provocará una falla en el sistema al que se
acopló.
Es por eso que es muy importante tener información sobre los acabados
superficiales y la normatividad de la misma.
Bibliografía
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metrología dimensional. Ministerio de Industria,
Comercio y Turismo. Dirección General de
Política Tecnológica. Sección
Publicaciones Ingenieros Industriales. Madrid, 1992.
Autor:
Jose Carlos Mayorga Palma
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