Acabado Superficial

Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Universidad del Perú, Decana de América)

ACABADO SUPERFICIAL Curso:

Diseño Industrial

Profesor:

Ing. Oswaldo Rojas Lazo

Alumno:

Jaimes Berrospi Alberto

Lima, Ciudad Universitaria 25 de abril del 2017

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial

Índice Índice ............................................................................................................................ 2 Introducción ................................................................................................................. 3 I.

Acabado superficial .............................................................................................. 4 1.

Conceptos aplicables........................................................................................ 4

2.

Importancia del acabado superficial ................................................................. 4

3.

Tipos de Superficie ........................................................................................... 6

4.

Cualidades de superficie .................................................................................. 8 a.

La rugosidad o textura primaria .................................................................... 8

b.

La ondulación o textura secundaria .............................................................. 8

c.

Errores macrogeométricos............................................................................ 9

d.

Errores microgeométricos ............................................................................. 9

5.

Características de la rugosidad superficial .................................................... 10 a)

Perfil primario P ........................................................................................... 10

b)

Perfil de ondulación W ................................................................................ 10

c)

Perfil de rugosidad R................................................................................... 10

6.

Calidades de superficie .................................................................................. 13

7.

Endurecimiento superficial ............................................................................. 15

II.

1.

Procesos termoquímicos ............................................................................ 16

2.

Procesos mecanizados ............................................................................... 21

Norma ASA ......................................................................................................... 22

III.

Signos superficiales .................................................................................... 24

3.2.

Normas de acotación .................................................................................. 25

IV.

V.

Norma DIN ...................................................................................................... 23

3.1.

Norma ISO ...................................................................................................... 25

1.

Símbolo ........................................................................................................... 25

2.

Especificaciones en el símbolo ...................................................................... 26

3.

Colocación en el acotado ............................................................................... 28 Acabado superficial en INVENTOR ................................................................... 28

Referencias Bibliográficas ......................................................................................... 31

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IntroducciĂłn

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I.

Acabado superficial

La duración de las máquinas, depende en un alto grado, de la calidad de las superficies de las piezas que la conforman, es decir, de su acabado superficial, aunque además se tendría que tener en cuenta, las propiedades físico-mecánicas de esas capas superficiales.

Después de haber sido las piezas sometidas a cualquier proceso de elaboración mecánica, sus superficies no quedan completamente lisas o pulidas, observándose irregularidades o rugosidades del orden micrométrico que son las que determinan el acabado de las superficies.

Aunque está claro que no debe entenderse que las rugosidades antes mencionadas son el único tipo de irregularidad que existe en una superficie maquinada; se pueden distinguir errores de uniformidad como son la conicidad y el ovalamiento, ondulaciones, y las rugosidades.

1. Conceptos aplicables Se denomina así al grado de acabado que presentan las piezas después de terminado su proceso de elaboración. (EcuRed, s.f.)

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 influye más no es limitado a la cosmética del producto. En algunos casos el proceso de acabado superficial puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales.

(Vasquéz, 2013)

2. Importancia del acabado superficial Las superficies de las piezas al definir la separación del cuerpo del medio exterior o ser la parte por la que se unen a otras requieren un estudio cuidadoso ya que de su estado puede depender tanto el funcionamiento, como el rendimiento de una máquina o mecanismo, la duración, e incluso sus posibilidades de venta, al presentar un aspecto más o menos atractivo. Como consecuencia de lo anterior es necesario establecer en los planos de proyecto y fabricación los requerimientos tecnológicos a

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial aplicar sobre las superficies para hacer que el producto que se está diseñando o construyendo responda a las condiciones de funcionamiento y duración esperadas, todo ello dentro de un precio competitivo.

Representando el acabado superficial una parte importante del costo de producción de una pieza, la elección de los procedimientos adecuados para la satisfacción de los requerimientos funcionales adquiere una gran importancia y se hace necesario para el proyectista tener conocimiento de los sistemas de acabados y de los métodos empleados, para satisfacer cada una de las necesidades a cubrir.

Los objetivos funcionales a cumplir por una superficie se pueden clasificar en: Protectores:  Resistencia a la oxidación y corrosión  Resistencia a la absorción Decorativos  Mejora del aspecto Tecnológicos  Disminución o aumento del rozamiento  Resistencia al desgaste, con los consiguientes beneficios de: o

Mantenimiento de juegos

o

Facilidad de intercambiabilidad

 Resistencia a la fatiga  Reflectividad  Prevención de gripado (Bloqueo o agarrotamiento de dos cuerpos metálicos en movimiento relativo, a causa de una fusión superficial del material).  Mejorar la soldabilidad  Conductividad o aislamiento eléctrico Para dar satisfacción a estos aspectos funcionales se actúa bajo el punto de vista de la superficie en dos sentidos, definiendo: a) el acabado (rugosidad superficial) b) los tratamientos y recubrimientos a aplicar sobre ellas.

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3. Tipos de Superficie Las superficies de una pieza, que han de estar en contacto fijo o deslizante con las de otras y que influyen en el buen funcionamiento de la máquina, se llaman superficies funcionales. Algunas de estas superficies deberán ir mejor trabajadas que otras, de acuerdo con la función a desempeñar. Las que quedan al exterior se consideran como superficies libres y, por lo general, no se mecanizan.



Superficies funcionales: Aquellas superficies que tienen contacto dinámico (rotación, traslación) con otras, por lo general requieren un acabado fino.

Ejemplo: El anillo interno del rodamiento que debe tener una superficie reforzada y tratada para temperatura, además debe ser lisa para que permita la rotación del eje.



Superficies de apoyo: Aquellas superficies que tienen contacto estático con otras, por lo general requieren un acabado intermedio.

Ejemplo: En un banco de fijación, la base es una superficie de apoyo.

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

Superficies libres; sin ninguna función especial, para las que es suficiente una superficie lisa regular.

Ejemplo:

Superficie libre

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4. Cualidades de superficie Superficies reales, por más perfectas que sean, presentan particularidades que son una marca del método empleado para su obtención, por ejemplo: torneado, fresado, rectificado, bruñido, lapidado, etc. Las superficies así producidas se presentan como conjunto de irregularidades, espaciamiento regular o irregular y que tienden a formar un patrón o textura característica en su extensión. En esta textura superficial se distinguen dos componentes distintos: rugosidad y ondulación. a. La rugosidad o textura primaria Está formada por surcos o marcas dejadas por los agentes que atacan la superficie en el proceso de mecanizado (herramienta, partículas abrasivas, acción química, etc.) y se encuentra superpuesta al perfil de ondulación. Los espacios entre crestas varían entre 4 y 50 veces la profundidad de la depresión.

b. La ondulación o textura secundaria Es el conjunto de irregularidades repetidas en ondas de paso mucho mayor que la amplitud y que pueden ocurrir por diferencia en los movimientos de la máquinaherramienta, deformación por tratamiento térmico, tensiones residuales de forja o fundición, etc.

Los espaciamientos entre las ondas (compresiones de ondulación) pueden ser de 100 a 1000 veces su amplitud.

1- Extensión de rugosidad.

2- Extensión de ondulación.

3- Orientación de los surcos.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial 4- Amplitud de ondulación.

5- Amplitud de rugosidad (Altura pico-valle).

Una superficie presenta errores de diferentes magnitudes y su definición es posible a través de medios o técnicas también diferentes, por eso, para facilitar su estudio, se dividen en dos grandes grupos: errores macrogeométricos y errores microgeométricos. c.

Errores macrogeométricos :

Llamados también errores de forma o de textura secundaria y que incluyen entre ellos divergencias de ondulación, ovalización, multifacetamiento, conicidad, cilindridad, planedad, etc., y son posibles de medición a través de instrumentos convencionales como micrómetros, comparadores, proyectores de perfiles, etc. d. Errores microgeométricos: Conocidos como errores de rugosidad o de textura primaria. Su perfil está formado por surcos, huellas o marcas dejadas por los procesos de mecanizado durante la fabricación. Su medición solamente es posible debido al progreso en la electrónica que con auxilio de circuitos electrónicos desarrollaron aparatos basados en sistemas que utilizan una pequeña aguja de punta muy aguda para recorrer una muestra de la superficie y definir numérica o gráficamente su perfil.

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5. Características de la rugosidad superficial Se percibe que las estrías de la superficie tienen una direccionalidad según haya sido el proceso de fabricación o tratamiento.

El perfil real es el obtenido al cortar la superficie por un plano perpendicular a dicha superficie. a) Perfil primario P. El perfil real, al realizarse la medición mediante un instrumento palpador, debido a las limitaciones geométricas del palpador y de 2 la sensibilidad del propio instrumento queda suavizado, denominándose este perfil primario P. Este perfil primario P, puede descomponerse en dos curvas, según la escala: b) Perfil de ondulación W En forma de onda, debido a desajustes y vibraciones de las máquinas, y c) Perfil de rugosidad R Que es más sinuoso, sobre la forma ondulada, debido básicamente a las herramientas de corte.

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Comentado [lvcg1]: Palpador para obtenciĂłn de perfil de superficie

De acuerdo con la norma UNE-EN-ISO 4287:1999, el perfil primario P se puede pasar por diferentes filtros y obtener

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial El perfil de rugosidad R se obtiene del perfil primario al suprimir las componentes de gran longitud de onda (baja frecuencia) aplicando el filtro c, con lo que se suprimen las ondulaciones.

El perfil de ondulación W se obtiene del perfil primario al suprimir las componentes de gran longitud de onda aplicando el filtro f y las componentes de pequeña longitud de onda (alta frecuencia) mediante el filtro c.

La obtención y análisis de estos perfiles no se realiza en toda la pieza, sino en determinadas longitudes de perfil tomados en diversas partes de la superficie.

Pueden ser longitud de muestreo o básica (lp, lr, lw) y longitud de evaluación (ln), que puede abarcar varias longitudes de muestreo.

Parámetros de amplitud Se indican a continuación algunos parámetros con los que se cuantifica la rugosidad superficial.

Pz, Rz, Wz, Máxima altura del perfil: Suma de la máxima altura de pico Zp y de la máxima profundidad de valle Zv, comprendidas en una longitud de muestreo.

Pa, Ra, Wa, Media aritmética de las desviaciones respecto a la línea media del perfil: Es la media aritmética de los valores absolutos de las ordenadas Z(x) comprendidas en una longitud de muestreo.

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Comentado [lvcg2]: Filtros de longitud de onda para la obtención de los diferentes perfiles.

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6. Calidades de superficie

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7. Endurecimiento superficial El endurecimiento superficial consiste en aumentar la dureza superficial de la pieza, incrementando la resistencia al desgaste y conservando la tenacidad en el interior de la misma. En algunas aplicaciones se busca, además, incrementar la resistencia a la fatiga.

Esta combinación de superficie dura y resistencia al impacto, dos propiedades en general opuestas entre sí, es útil en piezas tales como engranajes, ejes y piezas

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial sometidas al desgaste mecánico. Hay tres enfoques diferentes a los diversos métodos de endurecimiento superficial. Estos son: Procesos Termoquímicos, Procesos Térmicos y Revestimientos.

1. Procesos termoquímicos Son procesos de endurecimiento superficial por difusión. En este caso, se modifica la composición química de la superficie de la pieza mediante un proceso termoquímico, el cual necesita calor para promover la disfusión de una especie endurecedora hacia la superficie y regiones subsuperficiales de la pieza a tratar. Este proceso de difusión modifica la composición química de la superficie de la pieza, formando una capa dura. La profundidad de la capa dura posee la siguiente relación temperatura-tiempo: profundidad de capa  K tiempo Ec. 1 en donde la constante de difusividad, K, depende de la temperatura, la composición química de la pieza y del gradiente de concentración de la especie endurecedora.

Los diferentes métodos de endurecimiento por difusión se clasifican: Carburización Nitruración Carbonitruración Boronizado Las principales diferencias entre cada proceso están en las profundidades de capa y dureza superficial.

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Imagen: Tabla de Clasificación de los procesos de endurecimiento por difusión (procesos termoquímicos).

Fuente:

https://cienciamateriales.files.wordpress.com/2012/08/endurecimiento-

superficial.pdf

1.1.

Carburización

Es un proceso de endurecimiento superficial en el que la especie endurecedora es el carbono. Se emplea para endurecer principalmente superficies de piezas de acero de bajo carbono y aceros aleados de bajo carbono, generalmente de 0.08 a 0.25 %C. El proceso de carburización puede resumirse en los siguientes pasos: a) Calentar la pieza hasta la temperatura de austenización (815-1090 ºC). b) Someter la pieza a un medio carburante (sólido, líquido o gaseoso) por un determinado tiempo (de algunas horas a días, dependiendo del medio carburante). c) Temple la pieza: La superficie carburada, de mayor templabilidad, forma martensita. El núcleo de la pieza, cuya composición química no es alterada, posee menor templabilidad y no forma martensita. d) Revenido de la microestructura martensítica superficial.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial De esta forma, se obtiene en la pieza un gradiente superficial en la concentración de carbono. Como consecuencia, se genera un gradiente de dureza, que es mayor en la superficie y decrece hacia el interior. Así se genera una superficie dura (50-65 HRC) y resistente al desgaste, conservando la tenacidad del interior de la pieza.

Figura :Der: Diferentes microestructuras de la carburización sólida de un acero 0.15% C, luego de un enfriamiento lento desde 940ºC por a) 1 hora, b) 2 horas y c) 4 horas.

1.2.

Carbonitruración

La carbonitruración es un proceso modificado de carburización, y no una forma de nitruración. Involucra la difusión de carbono y nitrógeno a la superficie exterior del acero, formando la capa dura por acción de ambos elementos. Puede ser llevado a cabo en la atmósfera gaseosa de un horno (carbonitruración gaseosa) o en un baño de sales (carbonitruración líquida o cianuración). El procesamiento por plasma es más reciente, y también se lo emplea en la carbonitruración de los aceros.

En general, la carbonitruración se realiza a menores temperaturas que la carburización gaseosa, entre 775- 900ºC contra 870-1065ºC, respectivamente. Los períodos de tiempo también son más cortos. Si se combinan estos parámetros con el hecho de que el nitrógeno inhibe la difusión del carbono, la carbonitruración resulta en capas más duras pero de menor profundidad que en la carburización gaseosa.

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial Los aceros carbonitrurados conservan luego del revenido, durezas más elevadas que los cementados, debido a la presencia del nitrógeno en la capa dura. Generalmente es necesario emplear temperaturas de revenido más altas que en la cementación para alcanzar la misma dureza. Otra propiedad interesante de los aceros carbonitrurados, es su mayor resistencia al ablandamiento y al desgaste a alta temperatura, cuando las piezas deban trabajar en caliente.

1.3.

Nitruración

Es una técnica de endurecimiento superficial de aleaciones ferrosas en el que se consiguen durezas extraordinarias en la periferia de las piezas por absorción de nitrógeno en una atmósfera de amoníaco y sin la necesidad de un temple final.

Las piezas que se desean nitrurar son siempre templadas y revenidas antes de la nitruración. La nitruración se realiza en una atmósfera de amoníaco a 500-575 ºC, durante 20 a 80 horas. Se alcanzan profundidades de capa de 0.20 a 0.70 mm y durezas de hasta 70 HRC. La parte del nitrógeno que reacciona con el acero difunde hacia el interior del mismo y formar nitruros de aluminio, cromo, molibdeno y hierro, creando una capa superficial de elevada dureza.

Por ser relativamente baja la temperatura de nitruración, no hay crecimiento grano.

Tampoco es necesario someter las piezas nitruradas a ningún tratamiento de regeneración posterior.

Ventajas de la Nitruración 1. GRAN DUREZA. Luego de la nitruración, se pueden conseguir durezas de hasta 1100 Vickers, mayor a las posibles por cementación.

2. GRAN RESISTENCIA A LA CORROSIÓN. Después de la nitruración, los aceros tienen mayor resistencia a la corrosión por agua dulce, agua salada, vapor o atmósferas húmedas. En caso que interese la máxima resistencia a la corrosión, no deben rectificarse las piezas después de nitruradas.

3. AUSENCIA DE DEFORMACIONES. Debido a que no es necesario realizar un enfriamiento rápido desde la temperatura de nitruración.

4. ENDURECIMIENTO EXCLUSIVO DE DETERMINADAS SUPERFICIECS DE LAS

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial PIEZAS. Durante la nitruración se pueden proteger perfectamente 1as superficies de las piezas que no se desea endurecer, aunque sean de formas complicadas e irregulares.

5. RETENCIÓN DE DUREZA A ELEVADAS TEMPERATURAS. Las capas nitruradas conservan gran dureza hasta los 500 ºC, especialmente cuando la duración del calentamiento no es muy prolongada. Esa propiedad es interesante para piezas de máquinas en donde puedan ocurrir sobrecalentamientos accidentales, por ejemplo, por falta de lubricación. En caso de tratarse un acero cementado, un incremento de temperatura disminuiría la dureza, pudiendo agarrotar el mecanismo.

1.4.

Boronizado

Este proceso involucra la difusión de boro en la superficie de un acero a 850-950ºC. El boro se combina con el hierro del acero y alguno de los elementos de aleación, formando boruros. De esta forma, se obtiene una capa de muy alta dureza (hasta 2000 HV), resistente al desgaste, a altas temperaturas y a la corrosión.

Se aplica a aceros al carbono, de baja aleación, aceros para herramientas, aceros inoxidables y aceros sinterizados. También se realizan boronizados sobre aceros ya carburizados.

Existen los siguientes procesos de boronizado: boronizado en cajas (sólido), boronizado líquido, boronizado gaseoso, boronizado en plasma, boronizado en lecho fluidizado. De todos estos métodos, sólo el boronizado sólido tiene interés comercial.

Ventajas

resistencia al desgaste.

-erosión

Desventajas

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de IngenierĂ­a Industrial a borada (hasta un 25% mĂĄs de espesor de la capa borada.

diamante.

2. Procesos mecanizados

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II.

Norma ASA

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III.

Norma DIN

La norma UNE-EN ISO 1302 (UNE 1037-83), hace alusión a determinadas definiciones técnicas del acabado superficial, entre otras: – Perfil –R- parámetros de rugosidad – Perfil – W- parámetros de ondulación.

– Perfil –P- parámetros estructurales.

Símbolo utilizado.

• El símbolo gráfico básico está formado por dos trazos en ángulo de 60º, el de la izquierda de menor longitud que el de la derecha.

Sobre este símbolo se añaden otros trazos con un determinado significado

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3.1. Signos superficiales

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3.2. Normas de acotación

IV.

Norma ISO 1. Símbolo

El símbolo gráfico básico está formado por dos trazos en ángulos de 60º, el de la izquierda de menor longitud que el de la derecha

Imagen 1 SÍMBOLO BÁSICO

Sobre este símbolo se añaden otros trazos con un determinado significado:

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Se permite cualquier acabado superficial y para mas especificaciones Símbolo mecanizado que permite aranque de viruta Símbolo de mecanizado que no permite aranque de viruta El círculo añadido significa que el acabado superficial se realiza en todo el sólido.

2. Especificaciones en el símbolo

a

Calidad de la rugosidad

b

Proceso de fabricación

c

Perfiles de mecanizado, ondulación y estructura

d

Formas de los surcos superficiales

e

Tolerancia de mecanizado

f

Otras especificaciones

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3. Colocación en el acotado

V.

Acabado superficial en INVENTOR

Cuando dibujamos la pieza para que se fabrique, debemos indicar cuál será el acabado superficial que debe tener, incluso en ocasiones, el proceso y medios con los que se debe realizar.

Para poder colocar el acabado superficial dentro del plano diseñado en inventor, se tiene que seguir los siguientes pasos: Paso 1: Click en NEW  NEW  METRIC  DRAWING CREATE  ISO.IDW CREATE

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Paso 2: Extraer el sĂłlido a acotar.

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Paso 3: Después de extraer el sólido , hacer click en SURFACE

Paso 4: Hacer click en la zona donde se desea añadir el acotado. Presionar CONTINUE

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Industrial Paso 5: Aparecerá la ventana SURFACE TEXTURE donde se colocará las debidas instrucciones del problema.

Referencias Bibliográficas

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