Rugosità superficiale: perché una superficie che sembra liscia può non esserlo

Il pezzo esce dalla macchina, viene girato sotto la lampada del banco e sfiorato con il polpastrello. Se la superficie appare lucida e al tatto sembra liscia, finisce nella cassetta insieme agli altri. È un gesto familiare a chi lavora in officina, ma non sempre è sufficiente per stabilire se la lavorazione è conforme.

La rugosità superficiale si misura infatti in micrometri, ossia in millesimi di millimetro: dimensioni che l’occhio e il tatto non riescono a quantificare con precisione. Una superficie che appare perfettamente liscia può non rispettare la finitura indicata nel disegno tecnico, con conseguenze che rischiano di emergere soltanto durante il montaggio o nell’utilizzo del componente.

Anche il riflesso può trarre in inganno, perché varia in funzione dell’illuminazione, dell’angolo di osservazione e della direzione dei segni lasciati dall’utensile. L’esperienza di un tornitore, naturalmente, resta preziosa: il tatto può aiutare a riconoscere una lavorazione irregolare, una superficie danneggiata o una passata interrotta. Non può però sostituire una misurazione quando occorre verificare il rispetto di un valore preciso.

Basta confrontare due valori di rugosità media, Ra, riportati in una tabella didattica di disegno di macchine: 0,4 micrometri per le sedi dei cuscinetti degli alberi motore e 0,8 micrometri per i denti degli ingranaggi. La differenza è di appena 0,4 micrometri, ma nessun controllo a occhio nudo o al tatto permette di quantificarla in modo affidabile.

Eppure, dalla finitura superficiale dipendono aspetti essenziali del funzionamento di un componente, tra cui l’attrito tra parti a contatto, la tenuta delle guarnizioni, l’usura nel tempo e la facilità di pulizia. Ecco perché il controllo della rugosità non può fermarsi all’ispezione visiva: quando il disegno tecnico prescrive un determinato valore, è necessario verificarlo con una misurazione adeguata.

Ra e Rz: i due numeri della rugosità superficiale

Per misurare una superficie bisogna prima immaginarla tagliata in sezione. Vista così, anche la faccia più lucida mostra un profilo di creste e valli, l’impronta microscopica dell’utensile e del materiale. Ra è la media delle distanze di quel profilo da una linea tracciata a metà altezza, collocata in modo che il sopra compensi il sotto. Si esprime in micrometri: più è basso, più la superficie è regolare.

A tradurre la rugosità superficiale in quel numero ci pensa un tastatore con la punta di diamante. Scorre per un breve tratto parallelo al pezzo, e un sensore induttivo trasforma ogni variazione di altezza in un segnale elettrico. Dal segnale l’elettronica ricava Ra e Rz.

Esistono modelli portatili da usare in officina, in produzione o in sala collaudo, come i rugosimetri per superfici forniti con un blocchetto di rugosità nota. Prima di misurare il pezzo si misura il blocchetto: se lo strumento non legge il valore atteso, il resto della sessione non vale niente.

Ra, però, resta una media, con il difetto di tutte le medie. Una rigatura isolata e profonda, quella che sotto una guarnizione diventa un canale da cui perdere, sul totale pesa pochissimo.

Rz guarda invece agli estremi: la distanza tra le creste più alte e le valli più profonde del profilo, presa su più tratti e poi mediata. Su una superficie di tenuta, leggere solo Ra è il modo più rapido per sbagliare in buona fede. Gli altri parametri esistono, ma sono roba da ufficio tecnico: per orientarsi bastano questi due.

Sui disegni meno recenti, accanto al simbolo della rugosità superficiale, può comparire il riferimento a una norma ritirata. Da dicembre 2021 i parametri di profilo sono definiti dalla ISO 21920-2, al posto della ISO 4287 del 1997. Se un capitolato cita ancora la vecchia norma, conviene chiedere all’ufficio tecnico del committente con quale delle due leggere il valore, prima di discutere un pezzo al limite.

Officina, produzione e collaudo: quando misurare la finitura evita uno scarto

In officina la misura serve soprattutto sul primo pezzo di una serie. Finché è ancora serrato in macchina, un valore fuori specifica si corregge cambiando avanzamento o inserto e ripassando; una volta smontato, rimetterlo in asse è un altro lavoro. Conviene misurare prima di sbloccare il pezzo, quando una correzione costa ancora una passata.

L’inserto, sulle serie lunghe, si consuma pezzo dopo pezzo, e la finitura cambia con lui senza che nessuno se ne accorga. Una misura a campione a intervalli stabiliti, con il valore annotato accanto al numero del lotto, indica quando cambiare l’utensile prima che i pezzi escano dalla specifica. Basta un quaderno accanto alla macchina, e quando qualcuno chiede conto di un lotto la risposta è già scritta.

Nel Bolognese questi controlli toccano da vicino un comparto intero: secondo i dati di settore sul 2022, la provincia è in testa in Italia per addetti e fatturato nelle macchine automatiche per il confezionamento e l’imballaggio. In macchine del genere lavorano anche camme, alberi e guide, superfici su cui altre parti scorrono di continuo.

Le superfici delle camme, nella stessa tabella universitaria, stanno a un Ra orientativo di 0,2 micrometri. È un livello di rugosità superficiale che nessuno, onestamente, può pensare di controllare a vista.

In sala collaudo il rugosimetro cambia mestiere e diventa un arbitro. Il pezzo arriva da un fornitore con un valore di rugosità prescritto a disegno, il controllo in accettazione lo misura, e da quel numero dipende se il lotto entra in magazzino o torna indietro.

Davanti a una contestazione, un valore si difende solo se lo strumento è stato verificato sul suo campione, e se quel campione è stato tarato a sua volta. In Italia la catena può risalire fino al laboratorio di micro e nanometrologia dell’INRiM, dove un profilometro a stilo riferibile al Sistema Internazionale tara i campioni di rugosità.

Un carter, un coperchio, una faccia che non tocca niente si giudicano benissimo a occhio, e non tutte le superfici meritano uno strumento. Anche alcune tenute si accontentano di una finitura meno fine: la stessa tabella indica 6,3 micrometri per le flange con guarnizioni comuni.

Chi passa la carta vetrata su una persiana prima della nuova mano di impregnante, fuori dall’officina, lavora a mano e a vista, e fa bene. Nella manutenzione degli infissi in legno la carteggiatura serve a preparare la superficie, e a decidere sono il periodo dell’anno e il prodotto scelto.

Per capire da che parte sta un pezzo bastano due domande. Quella superficie scorre contro un’altra, fa tenuta o porta un carico? Sul disegno c’è un valore di Ra o di Rz? Per rispondere basta avere il pezzo in mano e il disegno sotto gli occhi. Se anche una sola risposta è sì, la rugosità superficiale va misurata sul primo pezzo, lungo la serie e in accettazione, con uno strumento controllato sul suo blocchetto prima di ogni sessione.