Rugosidad superficial del mecanizado CNC: principales indicadores y diferentes niveles de rugosidad

Qué es la rugosidad superficial del mecanizado CNC

La rugosidad superficial del mecanizado CNC mide las imperfecciones o la textura de la superficie de una pieza mecanizada. Piense en ella como en las protuberancias y ranuras que vería con un microscopio: se trata de los pequeños detalles que no se ven a simple vista. Incluso después de procesos como el granallado, el pulido u otros acabados superficiales aplicados, puede quedar cierto grado de rugosidad. Estas irregularidades superficiales son un resultado inherente del mecanizado CNC, un proceso de fabricación sustractivo en el que el material se retira de las piezas de trabajo utilizando herramientas de corte. Los cortes que dejan estas herramientas forman irregularidades, a menudo invisibles a simple vista.

La rugosidad de la superficie es fundamental para determinar el funcionamiento de las piezas mecanizadas con CNC, ya que influye directamente en parámetros clave como el coeficiente de fricción, el nivel de ruido, el desgaste, la generación de calor y la adhesividad. Si alguna vez se ha preguntado por qué algunos componentes encajan perfectamente y otros no, todo se debe a la tolerancia y la rugosidad.  Estos factores son vitales a la hora de seleccionar el nivel de rugosidad superficial más adecuado para aplicaciones específicas, por lo que es una consideración esencial para ingenieros y fabricantes. 

La rugosidad superficial no siempre es indeseable. No todo consiste en hacer las cosas lo más lisas posible. En algunas piezas mecanizadas con CNC, se requieren niveles específicos de rugosidad como parte de las pautas de fabricación del producto. Por ejemplo, ciertas piezas mecanizadas pueden depender de superficies más rugosas para mejorar la adherencia o el rendimiento en condiciones específicas. Es posible que los fabricantes necesiten afinar las irregularidades de la superficie para cumplir la finalidad prevista de la pieza mecanizada, lo que pone de relieve la importancia de evaluar y especificar cuidadosamente los niveles de rugosidad de la superficie en el proceso de producción.

Niveles comunes de rugosidad superficial en el mecanizado CNC

Veamos sus aplicaciones del mundo real. La siguiente tabla muestra los niveles de rugosidad superficial de mecanizado CNC más comunes, sus aplicaciones recomendadas y el impacto en el tiempo y el coste de mecanizado.

Cómo afectan las operaciones de posprocesado a la rugosidad superficial de las piezas mecanizadas

Las técnicas de posprocesado, como el granallado, el electropulido, el anodizado, el chapado y el recubrimiento en polvo, pueden afectar a la rugosidad de la superficie y a las dimensiones generales del componente.  La técnica de posprocesado también afecta al acabado superficial del componente fabricado. Para un acabado mate o granulado, es preferible el granallado, y un acabado brillante y liso puede conseguirse mediante el alisado al vapor o el electropulido. Elegir la técnica adecuada garantiza que los componentes cumplan las normas industriales y los requisitos de rendimiento.

¿Cómo se mide la rugosidad superficial?

Cada pieza mecanizada por CNC que sale de la línea de producción tiene asignado un valor Ra específico y otros indicadores. Estos se miden con métodos avanzados que no dejan margen de error. Algunas de las técnicas más utilizadas son las siguientes:

• Perfilómetros de contacto: utiliza un palpador de diamante que se desliza sobre la superficie de la pieza mecanizada y se registran sus desviaciones.
• Perfilómetros sin contacto: utiliza diferentes técnicas para medir la rugosidad de la superficie sin contacto físico con el componente mecanizado. Entre las técnicas más comunes se encuentran la holografía digital, la triangulación láser, la microscopía confocal y la perfilometría óptica.
• Microscopía de fuerza atómica (AFM): una tecnología muy avanzada que resulta ideal para medir la rugosidad de superficies lisas. Utiliza sondas para escanear con precisión las superficies de piezas mecanizadas y proporciona una exactitud de nivel nanométrico.
• Escaneado 3D: crea mapas topográficos de la superficie y es una de las técnicas más avanzadas de medición de la rugosidad superficial.

Indicadores de rugosidad de superficies de mecanizado CNC

Los indicadores de rugosidad ayudan a determinar la idoneidad de las piezas para aplicaciones específicas en función de sus requisitos funcionales y estéticos. A continuación se ofrece un resumen de los principales indicadores de rugosidad superficial.

Ra (Rugosidad media)

Ra se calcula como la media aritmética de las desviaciones absolutas del perfil de la superficie con respecto a la línea media a lo largo de la longitud de evaluación. Esencialmente, promedia las diferencias de altura entre picos y valles, ignorando su signo, para proporcionar un único valor de rugosidad.

• Rp (Altura máxima del pico del perfil): La altura del pico más alto desde la línea media.
• Rv (Profundidad máxima del valle del perfil): La profundidad del valle más profundo desde la línea media.
• L: Longitud de evaluación

Importancia: Ra es el parámetro más utilizado ya que proporciona una indicación general de la textura global de la superficie sin estar demasiado influenciado por picos o valles extremos.

Aplicaciones: adecuado para piezas de uso general en las que se acepta una suavidad moderada. 

Rz (Altura máxima media)

Rz es la media de las alturas máximas de pico a valle dentro de cinco longitudes de muestreo iguales:

• Del pico más alto al valle más bajo
• Del segundo pico más alto al segundo valle más bajo
• etc. hasta la mayor distancia del quinto

Significado: ofrece una representación más detallada de la textura de la superficie centrándose en las variaciones extremas.

Aplicaciones: fundamental para superficies de sellado o aplicaciones en las que los picos y los valles afectan al rendimiento.

Rt (Rugosidad total)

Rt es la distancia vertical total entre el pico más alto y el valle más bajo dentro de la longitud de evaluación.

Significado: útil para el control de calidad general a fin de garantizar que no existan desviaciones extremas.

RMS (Rugosidad cuadrática media)

RMS es la media cuadrática media de las desviaciones de altura con respecto a la línea media.

Significado: Da más peso a las desviaciones más grandes, por lo que es ideal para aplicaciones de ingeniería de precisión y óptica.

Comparación de las aplicaciones de los indicadores

Dado que Ra y Rz son los indicadores más utilizados, las siguientes secciones de este artículo revisan estos sistemas de medición.

N – Números de grado de rugosidad (DIN ISO 1302)

Hablando de Ra es importante mencionar la norma DIN ISO 1302 y N (Números de Grado de Rugosidad). Se trata de un sistema normalizado utilizado para clasificar la rugosidad superficial en ingeniería y fabricación. Estos grados, que van de N1 (el más fino) a N12 (el más áspero), corresponden a valores de Ra máximos específicos y se utilizan habitualmente en dibujos técnicos para especificar los requisitos de acabado superficial.

Conexión entre Ra, Rz y N

• Ra – N: Como se ha mencionado anteriormente, los valores N1-N12 representan directamente valores Ra específicos.
• Ra – Rz: no son directamente convertibles ya que miden características superficiales diferentes. Sin embargo:
  • El análisis estadístico nos permite definir un rango posible de valores de Rz para cada Ra.
  • Para cualquier Ra dado, existe una gama de posibles valores de Rz, y viceversa.
  • A medida que aumenta la rugosidad de la superficie, la gama de valores de Rz se vuelve menos precisa.

El gráfico siguiente lo ilustra:

• Una superficie con una Ra de 3,2 µm puede tener una Rz de rugosidad entre 11,5 y 34,7 µm.
• Una superficie con un Ra de 50 µm puede tener una Rugosidad Rz entre 156,2 y 272,6 µm.

Grados de rugosidad superficial

La siguiente tabla muestra los valores N1-N12, sus correspondientes valores Ra y el rango estadístico de valores Rz para cada Ra. Para mayor comodidad, también puede utilizar nuestra herramienta de conversión de rugosidad.

Grados de rugosidad alcanzables y no alcanzables con el mecanizado CNC

La siguiente tabla proporciona una visión general de los métodos de fabricación utilizados para alcanzar cada grado de rugosidad, con las superficies más comunes alcanzables mediante mecanizado CNC resaltadas en azul.

Cómo elegir la rugosidad superficial de mecanizado CNC más adecuada

Seleccionar la rugosidad superficial de mecanizado CNC más adecuada es crucial para garantizar un rendimiento óptimo, rentabilidad y adecuación a la aplicación prevista. Para hacer la mejor elección, deben evaluarse cuidadosamente varios factores, que van desde la funcionalidad del componente hasta las propiedades del material y la complejidad del diseño. A continuación se exponen las consideraciones clave para guiar su proceso de toma de decisiones:

• Funcionalidad y finalidad
  • Tenga en cuenta la función específica de las piezas mecanizadas con CNC, ya que la rugosidad de la superficie afecta directamente al rendimiento.
  • Para componentes como vástagos de cilindros neumáticos y piezas ópticas, las superficies lisas son esenciales (por ejemplo, 0,4 μm Ra).
  • Consulte la tabla comparativa para conocer los valores de Ra recomendados adaptados a diversas aplicaciones.
• Coste y plazo de entrega
  • Las superficies más lisas requieren tiempos de mecanizado más largos y aumentan los costes de producción.
  • Para componentes no críticos, una rugosidad superficial de 3,2 μm Ra puede ahorrar tiempo y reducir gastos.
• Estética
  • Los productos dirigidos al consumidor se benefician de acabados lisos y brillantes que transmiten una mayor calidad.
  • Las piezas ocultas, como los componentes de los sistemas de suspensión, pueden no requerir acabados estéticos, lo que reduce las exigencias de producción.
• Propiedades del material
  • La rugosidad superficial alcanzable depende del material.
  • El aluminio puede alcanzar valores Ra de entre 0,1 µm y 1 µm, mientras que materiales como el acero pueden tener límites superiores.
• Geometría de la pieza
  • Los diseños complejos con geometrías intrincadas requieren más tiempo y equipos avanzados para conseguir valores de Ra más bajos.
  • Para presupuestos y plazos ajustados, considere acabados superficiales más rugosos para equilibrar coste y viabilidad.

Pedidos de piezas mecanizadas CNC

Conocer la rugosidad de la superficie es fundamental para garantizar que sus componentes rinden como es debido. Tanto si trabaja en engranajes de precisión para la industria aeroespacial como en cubiertas de motor duraderas para vehículos, el nivel de rugosidad adecuado influye directamente en la calidad y la funcionalidad. Con estos conocimientos, podrá tomar decisiones informadas y optimizar su próximo proyecto.
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