Baixe Metrologia - Rugosidade e outras Notas de aula em PDF para Metrologia, somente na Docsity! 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 110 - 6. TOLERÂNCIAS DE ACABAMENTO SUPERFICIAL - RUGOSIDADE 6.1 Introdução As superfícies de peças apresentam irregularidades quando observadas em detalhes. Estas irregularidades são provocadas por sulcos ou marcas deixadas pela ferramenta que atuou sobre a superfície da peça. A importância do estudo do acabamento superficial aumenta na medida em que cresce a precisão de ajuste entre as peças a serem acopladas, onde somente a precisão dimensional, de forma e de posição não é suficiente para garantir a funcionabilidade do par acoplado. O acabamento superficial é fundamental onde houver desgaste, atrito, corrosão, aparência, resistência à fadiga, transmissão de calor, propriedades óticas, escoamento de fluidos e superfícies de medição (blocos-padrão, micrômetros, paquímetros, etc.). O acabamento superficial é medido através da rugosidade superficial, a qual é expresso em microns (mm ou m). No Brasil, os conceitos de rugosidade superficial são definidos pela norma ABNT NBR 6405-1985. A rugosidade superficial é função do tipo de acabamento, da máquina-ferramenta ou do processo de fabricação utilizado. Na análise dos desvios da superfície real em relação à superfície geométrica (ideal, de projeto), pode-se distinguir os seguintes erros: • Erros macro-geométricos ou erros de forma: Podem ser medidos com instrumentos de medição convencionais. Foram estudados no capítulo 3; • Erros micro-geométricos: Podem ser medidos somente com instrumentos especiais tais como rugosímetros, perfilógrafos. Estes instrumentos podem ser óticos, a laser ou eletromecânicos. A Fig. 6.1 mostra a medição da rugosidade superficial através de um rugosímetro eletro-mecânico. 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 111 - Fig. 6.1: Rugosímetro eletro-mecânico A Fig. 6.2 mostra um resultado de uma medição real obtida através de um rugosímetro semelhante ao da Fig. 6.1. Perfil Composto Rugosidade (3 ª e 4 ª ordem) Ondulação (2 ª ordem) Fig. 6.2: Resultado da medição com um rugosímetro eletro-mecânico SISTEMAS DE MEDIÇÃO DE RUGOSIDADE: Existem basicamente dois sistemas de medição de rugosidade: O sistema da linha média M e O sistema da envolvente E. O sistema da linha média é o mais utilizado. A norma ABNT NBR 6405-1985 adota no Brasil o sistema M. Além do Brasil, os EUA, Inglaterra, Japão e Rússia adotam o sistema M. A Alemanha e Itália adotam o sistema E. A França adota ambos os sistemas. 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 114 - A2 A1 A3 Comprimento de Amostragem Superfície A1 - A2 - Área acima da linha média A3 - Área abaixo da linha média L Linha Média Linha Média dx dx +y - y (a) (b) Fig. 6.5: Conceito da linha média Pode-se definir a linha média de maneira mais precisa: Conforme mostra a Fig 6.5b, pode-se afirmar que, para um comprimento L do perfil, a somas das áreas superiores e inferiores é igual a zero, ou seja 0 0 =∫ L ydx (6.1) Como ydx é a área de uma faixa elementar, a área total (A) dos picos e vales dentro do comprimento de referência L será ∫= L dxyA 0 (6.2) Durante o processo de medição da rugosidade, o rugosímetro apalpa a superfície a ser medida. Pode-se definir vários percursos e/ou comprimentos neste processo de medição (Fig. 6.6): 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 115 - Lv Lm Ln Lt Le Fig. 6.6: Conceitos de percursos durante o processo de medição de rugosidade Percurso Inicial (lv): É a extensão da primeira parte do primeiro trecho, projetado sobre a linha média. Ele não é utilizado na avaliação da rugosidade. Este trecho inicial tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilações mecânicas e elétricas iniciais do sistema de medição e a centragem do perfil de rugosidade. Percurso de Medição (lm): É a extensão do trecho útil do perfil de rugosidade usado diretamente na avaliação, projetado sobre a linha média. Percurso Final (ln): É a extensão da última parte do trecho apalpado, projetado sobre a linha média e não utilizado na avaliação. O trecho final tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilações mecânicas e elétricas finais dos sistema de medição. Percurso de Apalpamento (lt): É o percurso total apalpado pelo sistema de medição, ou seja, é a soma dos percursos inicial, de medição e final. ⇒ lt = lv + lm + ln Comprimento de Amostragem (le): É igual a um quinto do percurso de medição, ou seja, le = lm/5. O comprimento de amostragem deve ser o suficiente para avaliar a rugosidade, isto é, deve conter todos os elementos representativos de rugosidade. Os sistemas de medição de rugosidade, baseados na linha média, podem ser divididos em três classes, baseados no tipo de medição efetuada: 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 116 - i) Medições da profundidade da rugosidade; ii) Medições horizontais da rugosidade e iii) Medições proporcionais da rugosidade. Serão estudados apenas os sistemas que se baseiam na medida de profundidade da rugosidade. 6.3.1 Parâmetros de avaliação da rugosidade Rugosidade Média (Ra): É a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas dos afastamentos dos pontos do perfil de rugosidade, em relação à linha média, dentro do percurso de medição lm. Ra pode ser calculada pela Equação L Adxy L Ra L == ∫ 0 1 (6.3) ou, aproximadamente ∑ = = n i y n Ra 1 1 (6.4) onde n é o número de ordenadas consideradas. A ABNT recomenda o parâmetro Ra para avaliação da rugosidade (em µm). A Fig. 6.7 mostra Ra esquematicamente. Ra na Inglaterra ⇒ CLA: Center Line Average; Ra nos EUA ⇒ AA: Aritmetical Average. Ambas em µin. Ra é um valor médio, podendo as vezes, não dá indicação direta do estado da superfície. Em determinadas aplicações específicas pode ser mais útil utilizar outros parâmetros de rugosidade. 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 119 - linha média. A Fig. 6.9 mostra estes dois parâmetros. Lm Lm Linha média Linha média cutoff Rp Rm cutoff (a) (b) Rq Fig 6.9: Parâmetros Rq, Rp e Rm SELEÇÃO DO PARÂMETRO DE RUGOSIDADE • A norma ABNT recomenda o uso do parâmetro Ra; • A escolha de um ou outro parâmetro para caracterizar a rugosidade de uma peça deve ser adaptada à sua função: ⇒ Peças de vedação: É mais lógico o uso de Rmáx. Pontos isolados individuais podem provocar permeabilidade com o uso de Ra, já que este último parâmetro indica um valor médio da rugosidade. ⇒ Superfície porosa: É mais conveniente o uso de Ra ou Rq. 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 120 - 6.3.2 Determinação do Comprimento de amostragem ("Cut-Off"): Para perfis que resultam periódicos (torneamento, aplainamento, etc.), recomenda-se a utilização da Tab. 6.1 para a escolha do comprimento de amostragem e demais parâmetros. A distância entre sulcos é aproximadamente igual ao avanço. Tab. 6.1: Determinação do comprimento de amostragem, de acordo da distância entre sulcos Distância entre sulcos (mm) le (mm) lm (mm) de 0,01 até 0,032 0,08 0,4 de 0,032 até 0,1 0,25 1,25 de 0,1 até 0,32 0,8 4 de 0,32 até 1 2,5 12,5 de 1 até 3,2 8 40 Para perfis onde não se consegue ver a periodicidade da ondulação (suerfícies obtidas por retificação, conformação plástica, etc.) sugere-se a utilização da Tab 6.2. Tab. 6.2: Determinação do comprimento de amostragem para perfis aperiódicos baseados no parâmetro Ra, Rzou Rmáx. Rugosidade Ra (µm) Rugosidade Rz ou Rmáx (µm) le (mm) lm (mm) até 0,1 até 0,5 0,25 1,25 de 0,1 até 2,0 de 0,5 até 10,0 0,80 4,00 de 2,0 até 10,0 de 10,0 até 50 2,50 12,50 acima de 10,0 acima de 50,0 8,00 40,00 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 121 - 6.4 Sistemas de Medição da Rugosidade Superficial pelo Método da Envolvente Este sistema baseia-se em linhas envoltórias descritas pelo centro de dois círculos de raios R e r, respectivamente, que rolam sobre o perfil real da peça. As linhas AA e CC assim geradas (Fig. 6.10) são deslocadas, paralelamente a si mesmas, em direção perpendicular ao perfil geométrico até tocarem o perfil real da peça, ocupando então as posições BB e DD. R r R m áx Perfil Efetivo A A B B C C E E D D Lugar geométrico do centro do círculo de raio R Lugar geométrico do centro do círculo de raio r L L Fig. 6.10: Sistema E para avaliação de rugosidade superficial A rugosidade é definida como sendo o erro do perfil real da peça em relação à linha DD; O erro da linha DD em relação à linha BB é considerado como ondulação. 6.5 Simbologia e Indicação em Desenhos Técnicos A característica principal da rugosidade média Ra pode ser indicada pelos números de classe de rugosidade correspondente conforme a Tab. 6.3. Para indicação da rugosidade superficial nos desenhos, deve-se indicar o símbolo da Fig. 6.11. A indicação da rugosidade, sempre expressa em µm, deve ser colocada no 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 124 - Sinais convencionais PERSPECTIVA ESQUEMÁTICA INDICAÇÃO DO DESENHO ORIENTAÇÃO DOS SULCOS DIREÇÃO DA MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE OU DO PLANO DE PERFIL = Os sulcos devem ser orientados paralelamente ao traço da superfície sobre a qual o símbolo se apóia, no desenho Perpendicular à direção dos sulcos Os sulcos devem ser orientados em direção normal ao traço da superfície sobre a qual o símbolo se apóia no desenho Perpendicular à direção dos sulcos X X Os sulcos devem ser orientados segundo duas direções cruzadas Segundo a bissetriz dos ângulos formados pelas direções dos sulcos M M Os sulcos devem ser orientados segundo várias direções (sulcos multi- direcionais) Em qualquer direção C C Os sulcos devem ser aproximadamente concêntricos com o centro da superfície à qual o símbolo se refere Radial R R Os sulcos devem ser orientados segundo direções aproximadamente radiais em relação ao centro da superfície à qual o símbolo se refere Normal a um raio Fig. 6.12: Símbolos convencionais para indicação da orientação dos sulcos 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 125 - • Quando existir um comprimento de controle, deve-se indicar seu valor em milímetros como mostra a figura abaixo 50 Comprimento de controle = 50 mm • A indicação de sobre-metal para usinagem deve ser indicada do lado esquerdo do símbolo , como mostra a figura abaixo. 5 Sobre-metal = 5mm A Fig. 6.13 mostra mais detalhes sobre a simbologia a ser utilizada em desenhos técnicos. Símbolo Significado Símbolo básico. Só pode ser usado quando seu significado for complementado por uma indicação. Caracterização de uma superfície usinada sem maiores detalhes. Caracteriza uma superfície na qual a remoção de material não é permitida e indica que a superfície deve permanecer no estado resultante de um processo de fabricação anterior, mesmo se esta tiver sido obtida por usinagem ou outro processo. Símbolo Significado A remoção do material é: facultativa exigida não-permitida N8ou3,2 N8ou3,2 N8ou3,2 Superfície com uma rugosidade com valor máximo Ra = 3,2 µm N7ou1,6 6,3 N9 N7ou1,6 6,3 N9 N7ou1,6 6,3 N9 Superfície com uma rugosidade de um valor máximo Ra = 6,3 µm e mínimo Ra = 1,6 µm Fig. 6.13: Simbologia para indicação de rugosidade superficial em desenhos 6. Tolerâncias de Acabamento Superficial - Rugosidade - 126 - A indicação de acabamento superficial em desenhos sob a forma de triângulos está ultrapassada e não deve ser utilizada. Às vezes, porém, devido às dificuldades em se medir os parâmetros de rugosidade, a aplicação desta simbologia é adotada como indicação meramente qualitativa. Recomenda-se todavia a medição da rugosidade e respectiva indicação por um parâmetro específico. A Tab. 6.4 mostra uma relação aproximada entre a simbologia antiga de triângulos e os parâmetros de rugosidade superficial. Tab. 6.4: Relação entre formas distintas de indicação de rugosidade em desenho Indicação em desenho Ra (CLA) µm Exigências de qualidade superficial Exemplo de aplicação 0,1 0,16 - 0,25 - 0,4 Fins especiais Exigência máxima Superfícies de medição de calibres, ajustes de pressão não desmontáveis, superfície de pressão alta, fadigadas. 0,6 1 1,6 2,5 4 6 Alta exigência Exigência média Superfícies de deslizamento muito fadigadas, ajustes de pressão desmontáveis Peças fadigadas por flexão e torção, ajustes normais de deslizamento e pressão 10 16 25 Pouca exigência Ajustes parados sem transmissões de força, ajustes leves na pressão em aço, superfície sem usinagem prensado com precisão 40 63 100 Sem exigência particular Superfície desbastada, fundição e pressão 150 250 400 630 1000 Superfícies brutas Peças fundidas, estampadas e forjadas Conversão de escalas de rugosidade superficial: A passagem de uma escala de rugosidade para outra é um problema para quem trabalha com especificações e normas de diversos países. Não existe relações diretas entre os vários parâmetros e