Integridade Superficial na Usinagem

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Disciplina: USINAGEM 
 
INTEGRIDADE SUPERFICIAL 
Professor: Kléber Mendes de Figueiredo 
1 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação 
Curso de Engenharia Mecânica 
Advertência 
 
•Os conteúdos apresentados nos slides da disciplina são obtidos na 
literatura tradicional de Usinagem. 
•As referências são listadas no Programa da Disciplina como fonte dos 
diversos conteúdos. 
•Aos que necessitarem de conteúdos para estudos posteriores ao Curso 
ou à Graduação, recomendo fortemente que se utilizem diretamente dos 
textos apresentados nas referências bibliográficas. 
•O conteúdo deste conjunto de slides está baseado no livro texto: Teoria 
da Usinagem dos Materiais (Machado, A.R.; Abrão, A.M.; Coelho, 
R.T.; Silva, M.B.) – 3ª Edição – 2015 (2018). E na apostila elaborada 
por Machado, A.R. e Silva, M.B. 
Professor: Kléber Mendes de Figueiredo 
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação 
Curso de Engenharia Mecânica 
INTRODUÇÃO 
A condição final de uma superfície usinada é resultado 
de um processo que envolve deformações plásticas, 
ruptura, recuperação elástica, geração de calor, 
vibração, tensões residuais e, às vezes, reações 
químicas. 
 
Todos esses fatores podem ter efeitos diferentes na nova 
superfície  o termo integridade superficial é utilizado 
para descrever a qualidade de uma superfície  
engloba um grande número de alterações sofridas por 
ela. 
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INTRODUÇÃO 
Em usinagem convencional  IS é o resultado da 
combinação do processo de deformação plástica e 
propagação de trincas. 
 
Em usinagem não-convencional  IS depende das 
reações químicas e da forma de energia empregada 
para a remoção do cavaco. 
4 
INTRODUÇÃO 
5 
INTRODUÇÃO 
6 
INTRODUÇÃO 
7 
ACABAMENTO SUPERFICIAL 
a) Rugosidade Superficial  São irregularidades finas 
resultantes da ação inerente do processo de corte 
(marcas de avanço). A altura ou profundidade média 
das irregularidades é medida em um pequeno 
comprimento chamado de “cut-off” (comprimento de 
rugosidade da amostra). 
 
b) Ondulações  Ondulações consistem de todas 
irregularidades superficiais cujos espaçamentos são 
maiores que o cut-off (aproximadamente 1mm). Pode ser 
causado por vibrações e deflexões da ferramenta e/ou 
peça, devido as forças de corte e temperaturas de corte. 
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ACABAMENTO SUPERFICIAL 
c) Marcas de Avanço  São marcas que denotam as 
direções predominantes das irregularidades 
superficiais. Elas dependem da orientação da peça e da 
ferramenta de corte na máquina e da natureza do 
movimento relativo entre as duas. 
 
d) Falhas  São interrupções na topografia típica da 
superfície de um componente. São não-intencionais, 
inesperadas e indesejáveis. Podem ser causados por 
defeitos inerentes, tais como: inclusões, trincas, bolhas, 
ou podem surgir, também, durante o processo de corte. 
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Classificação das irregularidades da superfície 
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RUGOSIDADE 
Em geral a rugosidade é menor (ou o acabamento é 
melhor) quando: 
 
 Deflexões geradas por esforços de usinagem ou 
vibrações são pequenas. 
 
 A ponta da ferramenta não é aguda. Deve ser 
arredondada. 
 
 A ferramenta e a peça estão corretamente 
posicionadas e centradas (evitar desvios). 
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RUGOSIDADE 
 O material da peça é inerentemente puro, livre de 
defeitos (trincas, bolhas e inclusões). 
 
 O eixo principal da máquina-ferramenta está 
corretamente alinhado e as guias sem desgaste. 
 
 A aresta de corte sem quebras. 
 
 Corte sem aresta postiça de corte (APC) 
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RUGOSIDADE 
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE 
USINAGEM NO ACABAMENTO SUPERFICIAL 
 
Geometria da ferramenta 
 Ângulo de saída 
 
 Ângulo de folga 
 
 Ângulos de posição principal e lateral 
 
 Raio de ponta da ferramenta 
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RUGOSIDADE 
 Suporte 
 
Geometria da peça 
 
Rigidez e precisão da máquina-ferramenta 
 
Material da peça 
 
Condições de corte 
 
Material da ferramenta 
 
 Fluido de corte 
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RUGOSIDADE 
Parâmetros para a quantificação da rugosidade 
 
 Parâmetros de Amplitude: são determinados 
“apenas” por alturas dos picos, profundidades dos 
vales ou os dois, sem considerar o espaçamento entre 
as irregularidades ao longo da superfície. 
 Parâmetros de Espaço: são determinados “apenas” 
pelo espaçamento do desvio do perfil ao longo da 
superfície. 
 Parâmetros Híbridos: são determinados pela 
combinação dos parâmetros de amplitude e espaço. 
15 
RUGOSIDADE 
16 
*A norma DIN define o parâmetro Rz como sendo a 
média das cinco alturas máxima detectadas em cada 
comprimento da amostragem. 17 
RUGOSIDADE 
18 
Parâmetro Rmax 
para medir o 
acabamento 
superficial 
19 
Figura ilustrativa de diferentes superfícies com o 
mesmo valor de Ra 20 
21 
Valores típicos de Rmax 
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Usinado Retificado 
RUGOSIDADE 
VALORES TEÓRICOS DE H E Ra 
TORNEAMENTO - Ferramenta sem raio de ponta 
23 
H
f
s e

tan cot 
Ra
f
s e

4(tan cot ) 
RUGOSIDADE 
TORNEAMENTO - Ferramenta com raio de ponta - f > rn 
24 
   H r f f r fe n e e n e e    1 2 3 2 4 1 2
cos .sen .cos . . .sen .sen
/
    
RUGOSIDADE 
TORNEAMENTO - Ferramenta com raio de ponta - f < rn 
25 
H
f
rn

2
8.
Ra
f
r
f
r
n n
 
2 2
18 3 312. .
RUGOSIDADE 
FRESAMENTO TANGENCIAL 
26 
R
H
f z
avanço
por dente
H
f
R
d

2
8.
Ra
f
R
d

2
18 3.
RUGOSIDADE 
FRESAMENTO FRONTAL 
27 
z
z
H
f
C D
d

tan cot
Ra
r r
f
n n
z

 






2
2
2
2
RUGOSIDADE 
Qualidade custa caro 
28 
 
C
u
s
to
 
Relação entre 
rugosidade e 
custo de 
produção 
RUGOSIDADE 
Medição da Rugosidade 
29 
(a) Ilustração 
esquemática do 
funcionamento de 
um rugosímetro, 
(b) Foto de uma 
ponta de 
diamante (agulha 
do rugosímetro) 
sobre a superfície 
sendo analisada 
RUGOSIDADE 
Medição da Rugosidade 
30 
RUGOSIDADE 
Influência da direção das marcas de avanço e o sentido 
de medição na rugosidade 
31 
RUGOSIDADE 
Comprimento de deslocamento do apalpador; 
Comprimento de medição e comprimento de 
amostragem 
32 
RUGOSIDADE 
Dimensões típicas de superfícies relativas (sem 
escala) 
33 
RUGOSIDADE 
Seleção de 
filtro Cut-off - 
comprimento 
de 
amostragem 
da superfície 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
Fatores Mecânicos: 
Deformação Plástica 
Rebarbas Deformadas Plasticamente 
Microdureza 
Trincas 
Tensões Residuais 
 
Fatores Metalúrgicos: 
Recristalização 
Transformação de Fases 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
Fatores Mecânicos: 
 
 Deformação Plástica 
Alteração bastante comum na usinagem “pesada”. 
Consiste da deformação plástica na superfície do 
componente e pode ser facilmente identificado pelas 
estruturas metalúrgicas alongadas na direção do fluxo 
de deformação. 
 
 Rebarbas Deformadas Plasticamente 
Podem ser fragmentos da APC. Na retífica, isto é 
criado pelo rebolo abrasivo durante a ação de corte dos 
grãos. Esta alteração, geralmente, influencia o 
acabamento superficial (rugosidade). 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
 Microdureza 
Pode aumentar pela formação de martensita não 
revenida, ou deformação abaixo da temperatura de 
recristalização. Pode diminuir pelo super revenimento 
da martensita. 
 
 Trincas 
Micro ou macrotrincas podem ocorrer durante a 
usinagem convencional ou não convencional. Tendem a 
aparecer com mais frequência em materiais frágeis. 
Microtrincas são prejudiciais à fadiga e à corrosão sob 
tensão, portanto devem ser evitadas. 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
 Tensões Residuais 
Pode ser de tração ou compressão, alta ou baixa, 
rasa ou profunda. A tensão de compressão é benéfica. A 
tensão residual introduzida por usinagem é fortemente 
influenciada pelo desgaste da ferramenta. 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAISFatores Metalúrgicos: 
 
 Recristalização 
Qualquer metal cujas superfícies são deformadas 
plasticamente durante a operação de usinagem, pode 
sofrer recristalização quando aquecida a temperaturas 
superiores à temperaturas de recristalização. 
 
 Transformação de Fases 
As altas temperaturas desenvolvidas durante a 
usinagem podem promover a transformação de fase na 
superfície dos componentes usinados. Na usinagem dos 
aços, pode ocorrer a formação de martensita frágil e 
não revenida. 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
Field et. al. Propõem um conjunto mínimo de dados 
para a avaliação da integridade superficial que define 
os testes essenciais para obter informações mínimas a 
respeito da integridade de um componente: 
 
• Textura superficial. 
 
• Macroestrutura (ampliação de dez vezes ou 
menor). 
• Macrotrincas. 
• Microtrincas. 
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ALTERAÇÕES SUB-SUPERFICIAIS 
• Microestrutura (ampliação de dez vezes ou 
menor). 
• Microtrincas. 
• Deformação plástica. 
• Ataque intergranular. 
• Protrusões e depressões. 
• Aresta postiça de corte. 
• Camadas fundidas e redepositadas. 
• Ataque seletivo. 
 
• Microdureza. 
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Influência dos parâmetros e da operação de usinagem 
sobre a integridade superficial 
As operações de usinagem induzem na peça tensões de 
origem mecânica e térmica que normalmente têm efeito 
adverso sobre a sua integridade. 
 
As alterações microestruturais promovidas por 
operações de usinagem com ferramentas de geometria 
definida normalmente atingem as camadas mais 
superficiais e, mesmo sob condições severas de corte, 
dificilmente ultrapassam 80µm (FIELD et. al., 1972). 
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Influência dos parâmetros e da operação de usinagem 
sobre a integridade superficial 
Durante a usinagem de aços (em especial dos aços 
ligados após o tratamento de têmpera e de revenido), 
alterações microestruturais termicamente induzidas 
podem ocorrer em função da temperatura atingida na 
superfície. 
 
Atingindo temperatura de revenido, seguida de 
resfriamento lento  camadas atingidas têm sua 
dureza e resistência ao desgaste reduzidas  produz 
uma camada chamada “martensita revenida”. 
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Influência dos parâmetros e da operação de usinagem 
sobre a integridade superficial 
Atingindo temperatura de austenitização  tem 
formação de austenita  resfriamento brusco (por 
fluido de corte, condução de calor para o restante da 
peça)  formação de martensita não revenida (também 
chamada “camada branca”)  dureza e fragilidade 
elevadas  propicia a nucleação e propagação de 
trincas  confere à peça baixa resistência à fadiga. 
 
Torneamento de aços ao carbono sob baixas 
velocidades de corte resulta na formação de APC com a 
presença de uma camada de material encruado e 
fragmentos aderidos à superfície usinada. 
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Influência dos parâmetros e da operação de usinagem 
sobre a integridade superficial 
 
Sob altas velocidades de corte  uma camada 
martensítica extremamente dura pode se formar nas 
camadas mais superficiais da peça. 
 
Recomenda-se uma faixa intermediária para a 
velocidade de corte capaz de produzir um acabamento 
aceitável com mínimos danos subsuperficiais. 
 
Alterações microestruturais são inevitavelmente 
acompanhadas de alterações de dureza. 
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