Características de las superficies

CONCEPTOS BASICOS

Superficies

Una superficie es aquello que tiene contacto como un barreno que al sujetarse con un objeto tal como una pieza manufacturada. El diseñador especifica las dimensiones de la pieza, relacionando las distintas superficies una con la otra. Estas superficies nominales representan el contorno relacionado con la superficie de la pieza, y están definidas por las líneas en el plano de ingeniería. Las superficies nominales aparecen como líneas absolutamente rectas, círculos ideales, agujeros redondos, y otras aristas y superficies que son perfectas en su geometría. Las superficies reales de una pieza manufacturada están determinadas por el proceso utilizado para fabricarla. La variedad de procesos disponibles en la manufactura da como resultado variaciones amplias de las características de la superficie, y es importante para los ingenieros entender la tecnología de las superficies.

Las superficies tienen importancia tecnología y comercial por varias razones, diferentes para distintas aplicaciones de los productos:

1) Razones estéticas, las superficies que son tersas y sin marcas y manchas es mas probable que causen una impresión favorable en el consumidor.

2) Las superficies afectan la seguridad.

3) La fricción y el uso dependen de las características de las superficies.

4) Las superficies afectan las propiedades mecánicas y físicas: por ejemplo, los defectos de las superficies pueden ser puntos de concentración de esfuerzos.

5) EL ensamblaje de las piezas se ve afectado por sus superficies: por ejemplo, la resistencia de las juntas unidas con adhesivos se incrementa si las superficies tienen poca rugosidad.

6) Las superficies suaves constituyen contactos eléctricos mejores.

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.

ACABADOS SUPERFICIALES

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 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:

• Mantenimiento de juegos

• Facilidad de intercambiabilidad

• Resistencia a la fatiga

• Reflectividad

• Prevención de gripado

• 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, siendo por tanto la secuencia de trabajo, la realización de:

1- Producción de la superficie

2- Limpieza y preparación

3- Recubrimientos

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.

SISTEMAS PARA EVALUAR EL ESTADO SUPERFICIAL

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

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