Acabamento superficial- rugosidade

Acabamento superficial- rugosidade

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Acabamento superficial - Rugosidade

Eduardo Bortolin (FAHOR) eb000867@fahor.com.br

Everton Roberto Freddi (FAHOR) ef000909@fahor.com.br

Moisés Augusto Santacatarina (FAHOR) ms000961@fahor.com.br

Resumo

Este trabalho tem por objetivo primordial analisar a importância da rugosidade superficial dos materiais em um processo de usinagem. Através de uma pesquisa de natureza exploratória e classificada também como pesquisa experimental foram coletas as informações necessárias para realização do trabalho nas mais variadas fontes de consulta. Inicialmente foram determinados alguns conceitos e definições principais em relação a rugosidade superficial. A seguir foram descritos os principais parâmetros relacionados a rugosidade bem como os principais sistemas utilizados na análise, medição e representação do estado da superfície.

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Palavras chave: Usinagem, Rugosidade superficial, Acabamento superficial.

  1. Introdução

É preciso destacar que as superfícies das peças, quando observadas em detalhes, apresentam irregularidades. Toda peça, por melhor acabamento superficial que aparentemente tenha, possui rugosidade superficial. À medida que crescem as exigências do projeto a análise do acabamento superficial aumenta. No processo de usinagem o estado da superficie do material (rugosidade) é tratado como parâmetro de qualidade da usinagem.

O objetivo deste trabalho é analisar a rugosidade superficial como um todo buscando-se, inicialmente, a solidez de conceituação teórica. Enfatizar alguns dos principais parâmetros relacionados a rugosidade superficial além de descrever os principais sistemas de medição e repesentação da rugosidade. Posteriormente, através de análises práticas realizadas no laboratório, realizar testes práticos e avaliar a real importância da rugosidade superficial para a qualidade da usinagem.

O trabalho justifica-se pelo fato de apresentar grande contribuição com estudos e análise teórica detalhada da rugosidade superficial dos materiais. Acresenta também uma visão prática da mesma, possibilitando assim uma melhor correlação teórico-prática aos que buscam aprofundar conchecimentos relacionados ao acabamento superficial.

2. Revisão da Literatura

    1. Considerações gerais e definição de Rugosidade Superficial

De inicio é interresante destacar que segundo Rosa (2009) as superfícies dos componentes mecânicos devem ser adequadas ao tipo de função que exercem. Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que crescem as exigências do projeto.

A exigência de um acabamento superficial mais liso ou mais polido, irá depender diretamente da função que será exircida pela peça ou conjunto mecânico que se deseja usinar. A produção das superfícies lisas, em geral, exige custo de fabricação mais elevado, porém o que irá realmente determinar o tipo e o custo do acabamento superficial será o processo de fabricação pelo qual o peça irá passar. As superficies em geral por mais perfeitas que sejam apresentam irregularidades, necessitando assim sempre de determinado tipo de acabamento superficial. Essas irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos. Os erros microgeométricos compreendem a rugosidade superficial (PUC RIO, 2008).

Segundo Faccio (2002) a rugosidade é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície.

Outro aspecto levantado por Faccio (2002) apresenta diversos fatores que são influenciados pela rugosidade do material que se deseja usinar. Nesse contexto Rosa (2009) afirma que:

A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. Ela influi na: qualidade de deslizamento; resistência ao desgaste; possibilidade de ajuste do acoplamento forçado; resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras; resistência à corrosão e à fadiga; na vedação e na aparência (ROSA, 2009).

Faccio (2002) aponta que a rugosidade é um fator de suma importância e sempre deve ser considerada ao se iniciar um processo de usinagem em determinado material. Ao se analisar um material visando determinar a causa de este possuir menor ou maior rugosidade superficial devem ser levados em consideração fatores como a grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade.

Rosa (2009) salienta que durante a realização do processo de usinagem a rugosidade superficial na sua grande maioria é causada por imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta, vibrações no sistema, desgaste das ferramentas, e pelo próprio método de conformação das peças.

Telecurso (2000) aponta que as superfícies de peças apresentam perfis bastante diferentes entre si. As saliências e reentrâncias (rugosidade) são irregulares. Para dar acabamento adequado às superfícies é necessário, portanto, determinar o nível em que elas devem ser usinadas, ou seja, deve-se adotar um parâmetro que possibilite avaliar a rugosidade.

    1. Parâmetros de rugosidade superficial

Segundo Filho (2011) podem ser determinados três tipos de parâmetros para a rugosidade superficial. São eles: parâmetros de amplitude, parâmetros de espaçamento e parâmetros híbridos.

Ao discorrer sobre os parametros de rugosidade, Rosa (2009) destaca que os parâmetros relacionados a amplitude são divididos em: rugosidade média, rugosidade máxima, rugosidade total e rugosidade quadrática.

Telecurso (2000) define a rugosidade média como sendo um parâmetro determinado em função da linha média de rugosidade. Nesse sentido aponta-se a rugosidade média com sendo a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento (yi), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja área é igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média, tendo por comprimento o percurso de medição (lm).

Na figura a seguir pode-se perceber a ordenada de afastamento (yi) ordenada utilizada na determinação do parâmetro de amplitude da rugosidade, conhecido como rugosidade média (ROSA, 2009).

      Figura 1 - Determinação da rugosidade média (ROSA, 2009)

Faccio (2002) menciona que a rugosidade média é representada por Ra, e pode ser utilizada no controle da rugosidade na linha de produçao e em superficies de pouca responsabilidade, onde sejam necessários acabamentos apenas para fins estéticos.

Além da rugosidade média os parâmetros de amplitude ainda se dividem em rugosidade máxima, rugosidade total e rugosidade quadrática (FACCIO, 2002).

A rugosidade máxima é definada pelo Telecurso (2000) como sendo o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no percurso de medição.

Um exemplo de determinação da rugosidade máxima, que é representada pelas letras Ry é demonstrado na figura a seguir, onde o maior valor parcial é o Z3, que está localizado no 3º cut-off, igual a Ry (FILHO, 2011).

      Figura 2 - Determinação da rugosidade máxima (FILHO, 2011)

Rosa (2009) destaca que a rugosidade máxima pode ser empregada em: Superfícies de vedação, assentos de anéis de vedação, superfícies dinamicamente carregadas, tampões em geral, parafusos altamente carregados, superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.

Com relação á rugosidade total, a mesma é definida por Rosa (2009) como sendo:

      [...] à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm), independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi). Na figura abaixo, pode-se observar que o pico mais alto está no retângulo Z1, e que o vale mais fundo encontra-se no retângulo Z3. Ambos configuram a profundidade total da rugosidade Rt [...] (ROSA, 2009).

A rugosidade quadrática é definida por Filho (2011) como sendo um parâmetro que acentua o efeito dos valores do perfil que se afastam da média. Este parâmetro é muito utilizado nos Estados Unidos, sendo representado pelas letras RMS.

Segundo Filho (2011) além dos parâmetros híbridos e suas subdivisões a rugosidade superficial ainda pode ser avaliada por parâmetros de espaçamento e parâmetros híbridos. Os parâmetros de espaçamento podem ser definidos como a largura média de um elemento do perfil. Um exemplo de utilização do parâmetro de espaçamento é a corrosão e o escoamento de fluidos, onde os parâmetros de amplitude são iguais, porém os parâmetros de espaçamento são diferentes.

Outro aspecto levantado por Filho (2011) diz respeito aos parâmetros híbridos. Segundo ele os parâmetros hibridos representam a inclinação média quadrática do perfil. Valores pequenos deste parâmetro indicam que a superfície é apropriada para a reflexão de luz. Um exemplo de utilização dos parâmetros hibridos de rugosidade são os espelhos.

A figura abaixo demonstra como ficaria o gráfico de representação da rugosidade superficial em um espelho refletindo luz, a partir da utilização do parâmetro híbrido de rugosidade superficial (FILHO, 2011).

      Figura 3 - Rugosidade superficial a partir de parâmetro de amplitude (FILHO, 2011)

PUC Rio (2008) salienta que a escolha de um parâmetro para caracterizar a rugosidade de uma peça deve ser adaptada a sua função. Por exemplo, em peças de vedação a utilização da rugosidade média pode causar permeabilidade, por isso o parâmetro mais indicado e mais lógico é o de rugosidade máxima.

Contudo, para uma superfície porosa é mais conveniente á utilização da rugosidade média, em relação aos outros parâmetros de rugosidade. Na maioria das vezes a norma ABNT recomenda a utilização do parâmetro de rugosidade média, porém cada caso é específico, e a escolha do parâmetro de rugosidade deve vir carregada de bom senso (PUC RIO, 2008).

    1. Sistemas de medição da rugosidade superficial

De acordo com Rosa (2009) são utilizados dois sistemas básicos de medição da rugosidade: o da linha média M e o da envolvente E. O sistema da linha média é o mais utilizado, porém alguns países adotam ambos os sistemas.

Filho (2011) aponta que, o sistema M (linha média) consiste em se determinar a linha média que divide as áreas do perfil de rugosidade.

Ao discorrer sobre o sistema M, Faccio (2002) define a linha média como sendo uma linha disposta paralelamente à direção geral do perfil, dentro do percurso de medição, de tal modo que a soma das áreas superiores, compreendida entre ela e o perfil efetivo seja igual à soma das áreas inferiores.

Como foi citado, existem dois sistemas básicos utilizados na medição da rugosidade superficial. Em relação ao sistema da linha envolvente, Filho (2011) apud Agostinho et al., (1995) que afirma que o sistema de linha envolvente, ou sistema E são linhas envoltórias determinadas por dois círculos que rolam sobre a superfície da peça.

É importante destacar que além dos sistemas de medição, existem ainda aparelhos mecânicos e microscópicos que realizam a medição da rugosidade superficial. Segundo Faccio (2002) o aparelho eletrônico mais utilizado atualmente na medição de rugosidade é conhecido como rugosímetro.

Filho (2011) define o rugosímetro como sendo um aparelho para determinação do perfil da rugosidade, com contato. Este é composto por agulha com ponta de diamante, com movimento em um eixo.

De acordo com Telecurso (2000) os rugosímetros podem ser classificados em dois grandes grupos:

- Aparelhos que fornecem somente a leitura dos parâmetros de rugosidade

(que pode ser tanto analógica quanto digital).

- Aparelhos que, além da leitura, permitem o registro, em papel, do perfil efetivo da superfície.

A PUC Rio (2008) destaca que os aparelhos que fornecem somente a leitura dos parâmetros são mais empregados em linhas de produção, enquanto os aparelhos que além da leitura permitem o registro em papel do perfil efetivo da superfície têm mais uso nos laboratórios, pois também apresentam um gráfico que é importante para uma análise mais profunda da textura superficial.

Telecurso (2000) destaca o rugosímetro como sendo um aparelho para avaliação da textura superficial. Nesse contexto são descritos os seus principais componentes construtivos, como sendo:

[...], Apalpador - Também chamado de “pick-up”, desliza sobre a superfície que será verificada, levando os sinais da agulha apalpadora, de diamante, até o amplificador. Unidade de acionamento - Desloca o apalpador sobre a superfície, numa velocidade constante e por uma distância desejável, mantendo-o na mesma direção. Amplificador - Contém a parte eletrônica principal, dotada de um indicador de leitura que recebe os sinais da agulha, amplia-os, e os calcula em função do parâmetro escolhido. Registrador - É um acessório do amplificador (em certos casos fica incorporado a ele) e fornece a reprodução, em papel, do corte efetivo da superfície. [...] (TELECURSO, 2000).

A figura abaixo demonstra o esquema de funcionamento de um aparelho para avaliação de textura superficial (rugosímetro).

Figura 4 - Esquema de funcionamento de um rugosímetro (TELECURSO, 2000)

Filho (2011) destaca que além do rugosímetro, existem ainda outros aparelhos mecânicos que realizam a medição da rugosidade, porém estes sendo utilizados em menor escala. Dentre estes aparelhos destacam-se: os Perfilômetros eletrônicos e as Sondas de varredura microscópica.

    1. Representação da rugosidade superficial

Segundo Rosa (2009) a norma ABNT - NBR 8404 fixa os símbolos e indicações complementares para a identificação do estado de superfície em desenhos técnicos.

O quadro abaixo apresenta as principais simbologias de rugosidade superficial.

Quadro 1 - Simbologia indicativa superficial (TELECURSO, 2000)

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