Medición de la Rugosidad Superficial en Piezas Fundidas: Ra, Rz y Error del Operador

Por qué los números de rugosidad en las fundiciones mienten

La rugosidad superficial parece un número simple. Toca una pieza con un palpador, la máquina imprime Ra = 1.6 y todos están contentos. En una fundición a presión, ese número a menudo es incorrecto en un factor que importa, y nadie lo sabe porque el error está enterrado en el método de medición en lugar de en la pieza. Las superficies fundidas son rugosas, no uniformes y a veces lo suficientemente blandas como para que el propio instrumento las cambie durante la prueba. Un valor que oscila entre 1.2 y 3.4 micrómetros Ra dependiendo de dónde coloque el palpador, qué corte eligió y cuánto presionó, no es una medición. Es un lanzamiento de moneda con bata de laboratorio.

Este artículo expone lo que Ra, Rz y Rt describen realmente, por qué la longitud de onda de corte decide si su número es real, cómo la punta del palpador difumina el aluminio blando, cómo se compara el estado de fundición con el pulido y cómo escribir una especificación de rugosidad que una celda de acabado robótica pueda cumplir realmente. El objetivo es una medición que pueda defender cuando un cliente disputa un envío.

Ra, Rz y Rt: lo que cada parámetro le dice a un acabado

Estos tres parámetros responden a diferentes preguntas, y un acabado que solo observa Ra se pierde la mayoría de ellas.

• Ra, rugosidad media aritmética. Es la desviación absoluta promedio del perfil de la línea media sobre la longitud de evaluación. Ra es indulgente. Promedia los arañazos profundos y los picos altos, por lo que dos superficies con estructuras de picos muy diferentes pueden compartir el mismo Ra. Para un acabado, Ra le dice sobre la textura general pero oculta el peor defecto.
• Rz, altura máxima promedio del perfil. Definido en el sentido común de la norma ISO 4287 como el promedio de las cinco alturas pico-valle más grandes dentro de la longitud de evaluación (algunas normas utilizan la altura de diez puntos Rz; confirme qué informa su medidor). Rz es sensible a la ranura profunda ocasional. Si su cliente sella contra una cara y un arañazo profundo rompe la línea de la junta, Rz lo detecta mientras Ra permanece tranquilo.
• Rt, altura total del perfil. La mayor distancia pico-valle única en la longitud trazada. Rt es el número del peor caso y el que predice las rutas de fuga y los puntos finos de recubrimiento.

El orden práctico para un acabado de fundición es: Ra para la textura cosmética entrante, Rz para superficies de sellado y unión, Rt para el límite de fallo duro. Una superficie puede leer Ra 0.8 después del pulido y aún así tener un Rt de 12 micrómetros debido a un solo arañazo de inclusión enterrado. Si especificó solo Ra, esa pieza pasa su medidor y falla en el campo.

Una comparación compacta:

Longitud de onda de corte: el ajuste que hace o deshace el número

El corte (muestreo) de la longitud de onda lambda c filtra el perfil en rugosidad y ondulación. Si lo elige mal, contará la deformación como rugosidad o promediará la textura real hasta la nada.

El valor predeterminado estándar para la mayoría de los metales es 0,8 mm, pero ese valor predeterminado es un hábito, no una regla. El corte debe coincidir con el espaciado dominante de las características de la superficie:

• Un corte demasiado corto, por ejemplo, 0,25 mm en una cara rugosa en bruto, fragmenta el perfil y subestima Ra porque el filtro nunca captura un ciclo completo de asperezas.
• Un corte demasiado largo, por ejemplo, 2,5 mm en una cara finamente pulida, permite que la ondulación y la forma entren en la banda de rugosidad, inflando Ra con errores de baja frecuencia que no son textura en absoluto.
• La norma ISO 4288 establece una regla: el corte debe ser al menos cinco veces, preferiblemente más, el espaciado medio de las asperezas Sm de la superficie. Mida Sm primero, luego establezca lambda c.

En una superficie de troquel de aluminio en bruto, el espaciado de las asperezas suele ser de 0,2 a 0,5 mm, por lo que un corte de 0,8 mm o incluso 2,5 mm es apropiado. En una cara pulida con robot con Sm alrededor de 0,05 mm, 0,25 mm es correcto. Documentamos el corte en el plan de inspección junto al objetivo de Ra, porque dos laboratorios que informan “Ra 1,6” con diferentes cortes no están midiendo lo mismo.

La longitud de evaluación es normalmente cinco veces el corte (por lo tanto, cinco trazas de 0,8 mm para una evaluación de 4 mm con un corte de 0,8). Acortar la evaluación para ahorrar tiempo en una fundición no uniforme aumenta drásticamente la dispersión, porque la textura de la fundición varía de un punto a otro.

Radio de la punta del palpador y el problema de la deformación del aluminio blando

El aluminio es blando y la piel en bruto tiene una microestructura diferente a la del interior. Un palpador que sería ideal en acero endurecido puede labrar un surco en el aluminio en bruto, arrastrando material y dejando un canal deformado que es más liso que la superficie real. El resultado es un Ra demasiado bajo y un perfil que ha sido alterado físicamente por la prueba.

Controles que mantienen la honestidad del palpador:

• Radio de la punta. Una punta de diamante de 2 micrómetros de radio es común para trabajos finos; se utilizan puntas de rubí o diamante de 5 a 10 micrómetros para superficies de fundición rugosas. Una punta afilada en una superficie rugosa toca fondo en los valles y exagera los picos; una punta roma une la textura fina y la subestima. Adapte la punta a la banda de Ra esperada, no a la opción más afilada del calibre.
• Medición de fuerza. Mantenga la fuerza del stylus baja, típicamente unos pocos milinewtons, y verifique que la traza sea repetible en una segunda pasada en el mismo punto. Si la segunda pasada difiere en más del 10 por ciento, la punta está deformando la superficie.
• Dirección de la traza. La rugosidad en una cara fundida es anisotrópica debido al flujo y las marcas de eyección. Siempre trace perpendicular a la dirección dominante, o especifique la dirección de la lay en el plano. Trazar con la lay puede reducir a la mitad el Ra aparente.
• Evite medir directamente sobre inclusiones o porosidad. Una sonda que cae en un poro lee un valle falso; primero visualice la zona para descartar esto.
• Para pieles fundidas muy blandas o delicadas, considere un perfilador óptico sin contacto. Evita difumados pero requiere gestionar la reflectividad, y no puede alcanzar en ranuras sombreadas como lo hace un stylus.

La referencia de estándares de acabado superficial en normas de acabado de superficies de fundición a presión enumera las bandas de Ra que consideramos alcanzables por clase de fundición y cómo se relacionan con el método de acabado.

Medición de superficies fundidas en bruto versus pulidas

La cara fundida en bruto y la cara pulida son dos problemas de medición diferentes, y el plan debe tratarlos por separado.

Medición en bruto:

• Espere una alta dispersión. Tome de cinco a diez trazas a lo largo de la cara y reporte la media y el rango, no un solo contacto.
• Vigile la piel del molde. La capa superficial enfriada es más fina que la subsuperficial; si el rectificado la ha atravesado, el Ra local aumenta.
• El alabeo y la curvatura hacen que el stylus contacte la superficie en un ángulo variable; mantenga la pieza fijada de modo que la región medida sea aproximadamente normal al eje del stylus.
• La porosidad cerca de la superficie se lee como Rt irregular. Separe la “rugosidad” de los “defectos” en el informe.

Medición pulida:

• Tras el pulido robótico, la superficie es anisotrópica y fina; utilice un corte corto y una punta afilada, y trace a lo largo de la lay del pulido.
• Una cara pulida puede parecer que tiene un Ra demasiado bueno, ocultando microgrietas sub-superficiales por una fuerza demasiado agresiva. Combine Ra con un límite de Rt.
• Verifique que el pulido no haya adelgazado una pared ni abierto un poro; solo la rugosidad no detectará eso.

La visión general de opciones de acabado en de acabado de fundición de aluminio describe qué procesos transforman una superficie de textura fundida en una banda pulida y qué Ra entrega típicamente en una celda DZ.

Error del operador: la fuente dominante de datos de rugosidad incorrectos

En nuestras auditorías de líneas de fundición, rara vez el problema es error del instrumento. El error del operador lo es. La misma pieza medida por dos técnicos en la misma calibración devuelve números que difieren más que la variación del proceso. Las causas habituales:

• No hay una ubicación fija de medición. El operador toca donde le resulta conveniente, por lo que promedia diferentes regiones de textura. Fije el punto con una fijación o una cuadrícula marcada.
• Corte incorrecto o no configurado. La calibradora recuerda el corte del último trabajo; nadie lo cambió.
• Superficie sucia. El fluido de corte, el compuesto de pulido o el óxido dejado en la pieza añaden o ocultan textura. Limpie con el mismo solvente cada vez.
• Calibrador sin calibrar. Los estándares de rugosidad se desvían; el bloque de referencia debe verificarse contra una muestra calibrada según un programa.
• Ignorar el patín. Los calibradores sin patín (brazo de sonda) frente a los calibradores tipo patín miden respecto a diferentes referencias; mezclarlos en una cadena de suministro genera disputas.
• Una sola traza en lugar de un promedio de varias. La variación de textura de la fundición requiere múltiples trazas.

La solución es un procedimiento operativo estándar escrito con una foto de la ubicación de medición, el corte, la punta, la fuerza, el número de trazas y los solventes. Entregamos ese procedimiento tanto a la línea de fundición como a la inspección de entrada del cliente para que ambas partes generen números comparables. Cuando llega una reclamación de que un envío es “demasiado áspero”, la primera pregunta es si ambas partes usaron el mismo corte y ubicación, no si las piezas cambiaron.

Establecer una especificación de rugosidad que una celda robótica pueda mantener

Una especificación solo es útil si el proceso puede mantenerla y el calibrador puede verificarla. Para una celda de rectificado y pulido robótica, la banda alcanzable depende de la secuencia abrasiva, el control de fuerza y la geometría de la pieza.

Guía para redactar la especificación:

• Especifique Ra y Rz juntos, nunca Ra solo para una cara de sellado o unión. Añada un límite Rt para caminos críticos de fuga.
• Indique el corte, la dirección de la traza respecto a la dirección de la veta, el número de trazas y la ubicación. Un simple “Ra 1.6” en un dibujo está incompleto.
• Clasifique la especificación por función: las caras cosméticas sin contacto pueden ser sueltas (Ra 3.2), las caras manejadas o deslizantes medianas (Ra 1.6), las caras de sellado ajustadas (Ra 0.8 con límite Rz), y las caras decorativas pulidas según la muestra del cliente (Ra 0.2 a 0.4).
• Confirme la banda inicial de fundición para que la celda sepa cuánto material quitar. Si el Ra de entrada varía de 3.2 a 8.0, la celda debe ajustarse para el peor caso, lo que cuesta tiempo de ciclo. Afinar el proceso de fundición aguas arriba es más barato que pulir en exceso aguas abajo.
• Configure la fuerza y el avance de la celda para que el Ra logrado quede en el centro de la banda, no en el borde, dejando margen para la incertidumbre del calibrador.

Cómo las bandas alcanzables se relacionan con el proceso:

Los factores de rendimiento y tiempo de actividad que determinan si una celda puede mantener esa especificación de turno en turno están cubiertos en mejora del tiempo de actividad de la celda robótica, porque una celda que pierde su consistencia abrasiva o su calibración de fuerza a mitad de turno se desviará fuera de la banda Ra antes de que alguien lo note.

Cerrar el ciclo desde la rugosidad hasta el control del proceso

Los datos de rugosidad deben impulsar la celda de acabado, no solo llenar un informe. Cuando la tendencia de Rz en las caras de sellos aumenta, la banda abrasiva se carga o se glasea y necesita ser rectificada o reemplazada. Cuando la dispersión de Ra se ensancha, la conformidad del control de fuerza o el posicionamiento del soporte están desviándose. Cuando Rt se dispara en piezas individuales, sospeche una inclusión subsuperficial o un avance de porosidad local que el rectificado expuso. Cada uno de estos es una señal del proceso, no una curiosidad de medición.

DZ Machinery construye celdas de rectificado y pulido robóticas con cambio automático de abrasivos, alimentación con cera y control de fuerza por característica que mantienen las bandas de Ra y Rz que requieren sus ensamblajes, y documentamos el procedimiento de corte, punta y trazabilidad para que su inspección de entrada y la nuestra hablen el mismo idioma. Hable con nuestro equipo de ingeniería sobre su especificación de superficie y planos de piezas, y configuraremos juntos el plan de medición y la celda.