Ra non basta: quando serve affiancare Rz nella prescrizione a disegno

Ra è una media aritmetica e non vede un solco isolato profondo: Rz misura l’altezza fra i picchi e le valli più pronunciati. Come si indicano a disegno, lunghezza di valutazione e filtro, perché non esiste conversione fra Ra e Rz e quando prescriverli entrambi secondo le norme.

Due superfici possono condividere lo stesso valore di rugosità media e comportarsi in modo completamente diverso in esercizio. Il motivo è che Ra è una media aritmetica degli scostamenti dal profilo medio: un indicatore robusto, poco sensibile agli eventi isolati, e proprio per questo cieco a un solco profondo o a una cresta anomala che può comparire in mezzo a un profilo altrimenti regolare.

Il parametro Rz misura invece l’altezza fra i picchi e le valli più pronunciati del profilo, e vede esattamente ciò che Ra nasconde. Comprendere la differenza tra Ra e Rz nella prescrizione della rugosità a disegno è quindi una questione di merito tecnico, non di preferenza redazionale: dove tenuta, adesione, resistenza a fatica o attrito dipendono dal difetto più profondo, un valore medio da solo non basta a garantirli.

Le norme di riferimento definiscono come si esprimono i due parametri, con quale lunghezza di valutazione e con quale filtro, e chiariscono perché non esiste una conversione numerica affidabile fra Ra e Rz. Questo articolo descrive che cosa prescrivono nel merito UNI EN ISO 21920-2, UNI EN ISO 21920-3 e UNI EN ISO 1302, e quando il disegno deve portare entrambi i parametri.

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Che cosa misura davvero Ra e perché può nascondere un difetto

Ra è lo scostamento medio aritmetico del profilo rilevato rispetto alla sua linea media, calcolato su una lunghezza di valutazione definita dalla norma. Per costruzione è un valore che «spalma» gli scostamenti: un solco isolato, anche profondo, incide sulla media in proporzione alla sua estensione, non alla sua profondità assoluta. Su una superficie altrimenti regolare, un singolo difetto può quindi passare sotto la soglia prescritta senza far uscire Ra dal limite, perché il resto del profilo compensa statisticamente l’anomalia. Questo comportamento non è un difetto dello strumento né un errore di misura: è la natura stessa del parametro, pensato per descrivere la rugosità diffusa di una lavorazione, non l’evento singolo. Per questo Ra resta il parametro di riferimento per il controllo di routine, ma da solo non racconta l’intera storia del profilo quando il rischio funzionale dipende dal punto più critico e non dalla media.

Rz: l’altezza fra i picchi e le valli più pronunciati

Rz è definito, secondo UNI EN ISO 21920-2, come la media delle altezze massime del profilo calcolate su ciascuna delle cinque lunghezze di campionamento che compongono la lunghezza di valutazione: per ogni tratto si prende la distanza fra il picco più alto e la valle più profonda, poi si media sui cinque tratti. Il parametro è quindi sensibile proprio a ciò che Ra tende a diluire: un solco profondo, una cresta anomala, un’impronta isolata lasciata dall’utensile. Due superfici con Ra identico possono avere Rz molto diversi, e il caso più frequente in produzione è quello del solco da attrezzo o da urto, localizzato ma profondo, che alza Rz senza spostare sensibilmente la media. Dove la funzione del pezzo dipende dal punto più sfavorevole del profilo, come nella tenuta di una guarnizione dinamica o nell’innesco di una cricca da fatica, è Rz e non Ra il parametro che segnala il rischio reale.

Prescrizione a disegno: dove nasce la differenza fra Ra e Rz nella rugosità indicata

La UNI EN ISO 1302 stabilisce come indicare la rugosità a disegno: il simbolo grafico, il parametro scelto, il suo valore limite e, quando serve, le condizioni di rilevamento associate. L’indicazione riporta il parametro per esteso, ad esempio Ra 3,2 o Rz 12,5, seguito dal valore in micrometri; se non diversamente specificato si applicano la lunghezza di valutazione e la lunghezza di campionamento standard previste dalla UNI EN ISO 21920-3 in funzione del campo di rugosità atteso, insieme al filtro di profilo che separa la componente di rugosità da quella di ondulazione. Cambiare la lunghezza di campionamento senza dichiararlo a disegno rende il valore non confrontabile fra fornitori diversi, perché parametri identici calcolati su finestre diverse restituiscono numeri diversi. La UNI EN ISO 4288 fornisce inoltre le regole di confronto fra il valore misurato e quello prescritto, incluso il criterio delle sedici percentuali quando si adotta la regola statistica anziché quella del valore massimo.

Perché non esiste una conversione fra Ra e Rz

Non esiste un fattore fisso che trasformi Ra in Rz o viceversa, per quanto in letteratura tecnica circolino rapporti indicativi. Il motivo è che il rapporto fra i due parametri dipende dalla forma del profilo, e la forma del profilo dipende dal processo che l’ha generato: una tornitura lascia un profilo periodico con picchi regolari, una sabbiatura un profilo casuale con valli e creste disperse, una rettifica un profilo più uniforme e a bassa dispersione. A parità di Ra, un profilo periodico e uno casuale possono avere Rz sensibilmente diversi, perché il rapporto fra altezza massima e scostamento medio non è costante fra le due geometrie. Applicare un fattore di conversione desunto da un altro processo produce quindi un valore stimato, non un valore misurato, e non ha validità come dato di accettazione. Quando il capitolato richiede Rz, Rz va misurato: non si può ricavare da un rilievo di Ra eseguito per altro scopo.

Quando il disegno deve prescrivere entrambi i parametri

La prescrizione doppia, Ra come limite di massima e Rz come limite del difetto puntuale, si giustifica ogni volta che la funzione del pezzo dipende sia dalla rugosità diffusa sia dall’evento isolato. È il caso delle superfici di tenuta dinamica, dove un solco profondo compromette la guarnizione anche con Ra in tolleranza, delle superfici destinate a un rivestimento sottile, dove una cresta può emergere dal film, e dei componenti soggetti a fatica, dove l’intaglio più profondo diventa l’origine della cricca. In questi casi il disegno riporta due valori distinti, ciascuno con il proprio limite, e talvolta un limite inferiore oltre a quello superiore quando anche una superficie troppo liscia è indesiderata, come nel caso del profilo di ancoraggio prima di un ciclo protettivo, richiamato come esempio applicativo dalla UNI EN ISO 8503. La distinzione fra i due parametri non riguarda la procedura di rilievo, trattata nella pagina dedicata al rugosimetri e misuratori di profilo di ancoraggio, ma il criterio con cui il disegno stabilisce che cosa va controllato e con quale severità.

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