TRIBOLOGÍA: Fricción, Desgaste y Lubricación (Contacto de los cuerpos sólidos).
C
APÍTULO I CONTACTO DE LOS CUERPOS SÓLIDOS INTRODUCCIÓN
La interacción de los cuerpos sólidos durante la fricción externa depende de la calidad superficial de los cuerpos. Por calidad superficial se entiende las características geométricas, físicas, químicas y mecánicas de las capas superficiales.
El número y dimensiones de los puntos de contacto real determina la magnitud y tiempo de interacción de las microirregularidades superficiales; la magnitud de la presión en los picos de las asperezas define el carácter de deformación de las capas superficiales y en gran medida la magnitud de la fricción y el desgaste.
Para analizar los procesos de contacto superficial es necesario considerar las fuerzas y el movimiento de los cuerpos o sea la "Mecánica del Contacto" y la interacción de los materiales o sea la "Física y Química" del contacto.
1.2 CARACTERÍSTICAS DE LA MICROGEOMETRÍA SUPERFICIAL
El término “calidad superficial” es muy amplio. Dentro de este concepto aparece la macro y microgeometría superficial, errores de forma y posición, rugosidad y ondulaciones, dureza de la capa superficial de los materiales, porosidad, la existencia en la superficie de películas de diferentes características y procedencia, la capacidad de mantener la capa lubricante ó de favorecer la formación del régimen hidrodinámico, la adecuada resistencia a la corrosión, etc.
En la solución de los problemas tribotécnicos las mencionadas propiedades son consideradas desde el punto de vista ingenieril.
La influencia de la rugosidad sobre la fricción y el desgaste ha sido estudiada con profundidad, no sucediendo lo mismo con las ondulaciones. Hasta el momento las características de las ondulaciones no se encuentran normalizadas, a pesar de que en este sentido se han realizado varios trabajos.
En la actualidad existen diferentes equipos que dan la posibilidad de medir 24 parámetros de la rugosidad y las ondulaciones. Por ejemplo el “Talysurf-5” registra los siguientes parámetros: Ra, Rq, Rt, Rz, Rtm, Rpm, Rmax, q, q, Sm, tp, y el número de picos de la superficie. Del mismo modo registra los siguientes parámetros de las ondulaciones: Wa, Wq, Wsq,Wpm, Ho, Wmax, Wq, Wq, Wsm y el número de ondulaciones. Aquí el símbolo R representa a la rugosidad y W a las ondulaciones.
La evaluación triparamétrica del perfil microgeométrico encierra:
Histograma del perfil
Altura, forma y paso de las rugosidades
Densidad superficial, distribución de la altura y el radio medio de las rugosidades
PARÁMETROS DE LA RUGOSIDAD Y LAS ONDULACIONES
En el contacto de las superficies reales influye de manera decisiva las irregularidades superficiales obtenidas durante la elaboración mecánica, de los cuerpos.
Las irregularidades superficiales se clasifican en tres categorías: macrodesviaciones de forma; ondulaciones y rugosidades (Fig. 1.1).
Fig. 1.1 - Irregularidades superficiales.
1 - Macrodesviaciones de forma; 2 - Ondulaciones; 3 - Rugosidad superficial
Macrodesviaciones de forma. No presentan regularidad a lo largo de la pieza, se deben a insuficiente precisión o rigidez de la máquina herramienta y la herramienta de corte. La relación entre el paso y la altura es S/H > 1000. Como desviaciones de forma se tienen la conocidad, convexidad, concavidad, etc.
Ondulaciones. Son irregularidades que se repitan periódicamente de forma regular; el paso entre ellas es considerablemente mayor que su altura 50 < S/H < 1000. Se originan por vibraciones de baja frecuencia durante el maquinado.
Rugosidad superficial. Son las irregularidades con S/H < 50. La rugosidad superficial depende de:
El filo y desgaste de las herramientas de corte
Régimen de maquinado
Materiales de la herramienta y el semiproducto
Tipo de elaboración mecánica
Vibraciones
Las características geométricas de la rugosidad superficial son:
Densidad = 10² - 106 picos/mm²
Altura = 0.2 - 0.8 µm
Paso = 1 - 75 µm
Pendiente respecto al plano horizontal = 5 - 10°.
Radio de las asperezas = 10 - 20 µm (_ 50 µm).
Para describir la rugosidad superficial se utilizan diferentes parámetros estadísticos. (Fig.1.2).
Fig. 1.2 - Perfilograma superficial.
Determinación de los parámetros de la rugosidad superficial
L - longitud básica del perfilograma
Rp y Rpm - media probabilística del perfil. - Altura desde la línea media hasta al punto más alejado de las crestas y valles (Rpm – media).
 (1.1)
Ra - desviación media aritmética del perfil. – Es el valor medio de la distancia del perfil efectivo o real a la línea media.
 (1.2)
Rq - desviación media cuadrática del perfil.
 (1.3)
Rz = Rtm - altura media de las irregularidades. – Altura media de las microirregularidades del perfil por diez puntos.
 (1.4)
Rmax - altura máxima de las irregularidades.
 (1.5)
r - radio medio de curvatura de las asperezas.
 (1.6)
tp(p) - función de distribución del perfil.
 (1.7)
Sm - paso medio de las asperezas.
 (1.8)
Entre los parámetros estadísticos existen relaciones aproximadas:
Rmáx = 6 Ra Rp = Rmáx/2 Rq = 1.25 Ra
Rmáx = 1.2 Rz Rp = 3 Ra
Determinación de los parámetros de las ondulaciones
Wm = H0m - altura media de las ondulaciones.
 ó  (1.9)
Wsm = S0m- paso medio de las ondulaciones.
 ó  (1.10)
Wm=R0 - radio medio de las ondulaciones.
 ó  (1.11)
En dependencia del tipo de maquinado, en las normas y manuales especializados se dan tablas con los valores de los parámetros de la rugosidad (Tablas 1.1 – 1.7).
Tabla 1.1 – Grados de acabado superficial.
GA
|
Ra (m)
|
Rz (m)
|
GA
|
Ra (m)
|
Rz (m)
|
GA
|
Ra (m)
|
Rz (m)
|
|
63
|
250
|
|
2
|
8
|
|
0.063
|
0.25
|
100
|
80
|
320
|
3.2
|
2.5
|
10
|
0.1
|
0..080
|
0.32
|
|
100
|
400
|
|
3.2
|
12.5
|
|
0.100
|
0.40
|
|
32
|
125
|
|
1
|
4
|
|
0.038
|
0.125
|
50
|
40
|
160
|
1.6
|
1.25
|
5
|
0.05
|
0.040
|
0.160
|
|
50
|
200
|
|
1.6
|
6.3
|
|
0.0500
|
0.200
|
|
16
|
63
|
|
0.5
|
2
|
|
0.016
|
0.063
|
25
|
20
|
80
|
0.8
|
0.63
|
2.5
|
0.025
|
0.020
|
0.080
|
|
25
|
100
|
|
0.8
|
3.2
|
|
0.025
|
0.100
|
|
8
|
32
|
|
0.25
|
1
|
|
0.008
|
0.032
|
12.5
|
10
|
40
|
0.4
|
0.32
|
1.25
|
0.012
|
0.010
|
0.040
|
|
12.4
|
50
|
|
0.4
|
1.60
|
|
0.012
|
0.050
|
|
4
|
16
|
|
0.125
|
0.50
|
|
|
|
6.3
|
5
|
20
|
0.2
|
0.160
|
0.63
|
|
|
|
|
6.3
|
25
|
|
0.200
|
0.80
|
|
|
| |
