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RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO O que é rugosidade? • É o conjunto de irregularidades superficiais, de peças mecânicas, que se caracteriza por apresentar um padrão de textura abrangente, com espaçamento regular ou irregular e que pode se repetir de forma aperiódica ou aproximadamente periódica. RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO O que é rugosidade? RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Como se origina? • Origina-se do método empregado para sua obtenção: • Torneamento, • Fresamento, • Retífica, • Brunimento, • Lapidação, • Ações químicas, • Jato de areia. RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Rugosidade e ondulosidade são iguais? • A rugosidade está contida na ondulosidade. • São separadas por filtragem. RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Rugosidade e ondulosidade são iguais? A ondulosidade pode ocorrer devido: • Deficiência nos movimentos da máquina operatriz, • Deformações por tratamento térmico, • Tensões residuais do processo de conformação, • Montagens excêntricas de ferramentas de corte giratórias (fresa módulo). RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Rugosidade e ondulosidade são iguais? A rugosidade pode ocorrer devido: • Agente que atacou a superfície no processo de usinagem ou de conformação (ferramenta de corte, rebolo, partículas abrasivas, ação química); • Formação do cavaco; • Microestrutura do material da peça. RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Rugosidade e ondulosidade são iguais? A relação C/A é bem maior para a ondulosidade. Segundo VDI/VDE 2601 parte 1, 5 < C/A < 150 RUGOSIDADE 100 < C/A < 1000 ONDULOSIDADE Segundo GORODETSKY, C/A < 50 RUGOSIDADE 50 < C/A < 1000 ONDULOSIDADE C/A > 1000 FORMA RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Qual a importância de estudar a rugosidade? Depende do tipo de função que a superfície do componente mecânico deverá desempenhar. Exemplos: Bloco padrão superfície de medição extremamente lisa. Superfície a pintar requer-se certa rugosidade para favorecer a aderência de pintura. Os diferentes graus de acabamento dependem dos diversos processos de fabricação escolhidos para obter as texturas superficiais desejadas. RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Qual a importância de estudar a rugosidade? As funções da superfície são relacionadas a parâmetros tais como: � Resistência à fadiga devido a carregamentos dinâmicos cíclicos (maior rugosidade – menor resistência); � Atrito e desgaste entre peças (escolha do lubrificante em mancais); � Corrosão (superfícies lisas resistem mais à corrosão); � Ajustes (montagens com interferência); � Aparência (peças de aço inox lisas têm melhor aparência); � Propriedades óticas (blocos padrão e peças de reflexão de luz para interferometria); � Escoamento de fluídos (maior rugosidade – mais perda de carga); RUGOSIDADERUGOSIDADE 1. INTRODUÇÃO Qual a importância de estudar a rugosidade? As funções da superfície são relacionadas a parâmetros tais como: � Aderência de pintura (peças muito lisas descascam a tinta ou a tinta sai com raspagem); � Adesão de peças (uma certa rugosidade é mais favorável à adesão, como nos strain gages); � Rigidez estática e dinâmica de juntas mecânicas (rugosidade excessiva causa folgas nos reapertos, como nas montagens com interferência e juntas aparafusadas). RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE Como estabelecer linhas de referência para definir os desvios de forma e a rugosidade? Dois sistemas são adotados pelas normas de diferentes países: O sistema E (envolvente) e o sistema M (linha média). RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema E. RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema E. Linha AA é referência para a rugosidade. Linha BB é referência para ondulosidade. Linha BB é o desvio de forma em relação ao perfil geométrico. RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema E. Vantagens: � Propicia a medição direta da rugosidade porque é baseado em geometria; � É ideal como um padrão universal; � A separação da forma e da rugosidade pode ser conseguida em função dos diferentes diâmetros do apalpador sem necessidade de filtragem eletrônica ou digital. RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema M. A linha de referência para rugosidade é definida como a linha média do perfil da rugosidade. Segundo a NBR 6405/1988 da ABNT, a linha média é a linha do perfil de rugosidade com a mesma forma do perfil geométrico, disposta paralelamente à direção geral do perfil e posicionada de tal modo que a soma das áreas superiores e inferiores a ela sejam iguais. RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema M. Depois de separada da forma e da ondulosidade, a linha média em geral é apresentada como uma linha reta. RUGOSIDADERUGOSIDADE 2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA PARA DEFINIR PARÂMETROS DE RUGOSIDADE sistema M. É um sistema mais adequado a instrumentos de medição que lidam com sinal elétrico e principalmente com sensores de contato. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES São apresentadas definições da ABNT NBR 6405/1988. Superfície geométrica. Superfície ideal de projeto. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES Superfície real. Superfície que limita o corpo e o separa do meio que o envolve. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES Superfície efetiva. Superfície avaliada pela técnica de medição, com forma aproximada da superfície real de uma peça. É a superfície apresentada e analisada pelo aparelho de medição. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES Perfil geométrico. Interseção da superfície geométrica com um plano perpendicular. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES Perfil real. Intersecção da superfície real com um plano perpendicular. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Perfil efetivo. Imagem aproximada do perfil real, obtido por um meio de avaliação ou medição. Por exemplo: o perfil apresentado por um registro gráfico, sem qualquer filtragem e com as limitações atuais da eletrônica. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Perfil de rugosidade. Obtido a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliação, após filtragem. É o perfil apresentado por um registro gráfico, depois de uma filtragem para eliminar a ondulação a qual se sobrepõe geralmente à rugosidade. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Percurso inicial. Primeira parte do trecho apalpado. Não é utilizado na avaliação. Tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilações mecânicas e elétricas iniciais do sistema e centragem do perfil de rugosidade. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Percurso de medição. Extensão do trecho útil do perfil de rugosidade usado diretamente na avaliação. O percurso de medição é sempre o mesmo, qualquer que seja o perfil considerado: efetivo ou de rugosidade. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Percurso final. 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 do instrumento. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕES PRELIMINARES • Percurso de apalpamento. Soma dos percursos inicial, de medição e final. RUGOSIDADERUGOSIDADE 3. DEFINIÇÕESPRELIMINARES • Comprimento de amostragem. Um quinto do comprimento de medição. O comprimento de amostragem nos aparelhos eletrônicos também é chamado de comprimento de onda limite (cut-off) le = λc =lm/5 RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. • Para registros analógicos, é definida por ∫= ml m dxy l Ra 0 1 ∫= ml m dxy l Ra 0 1 RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. • Para registros digitais (discretos), é definida por ∑ = = n i iy n Ra 1 ||1 ∑ = = n i iy n Ra 1 ||1 RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. O parâmetro Ra pode ser usado nos seguintes casos: • Quando for necessário o controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção; • Em superfícies em que o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados (torneamento, fresagem etc.); • Em superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Vantagens do parâmetro Ra: • É o parâmetro de medição mais utilizado em todo o mundo. • É aplicável à maioria dos processos de fabricação. • Devido a sua grande utilização, quase todos os equipamentos apresentam esse parâmetro (de forma analógica ou digital eletrônica). • Os riscos superficiais inerentes ao processo não alteram muito seu valor. • Para a maioria das superfícies, o valor da rugosidade nesse parâmetro está de acordo com a curva de Gauss, que caracteriza a distribuição de amplitude. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Desvantagens do parâmetro Ra: • O valor de Ra em um comprimento de amostragem indica a média da rugosidade. Por isso, se um pico ou vale não típico aparecer na superfície, o valor da média não sofrerá grande alteração, ocultando o defeito. • O valor de Ra não define a forma das irregularidades do perfil. Dessa forma, poderemos ter um valor de Ra para superfícies originadas de processos diferentes de usinagem. • Nenhuma distinção é feita entre picos e vales. • Para alguns processos de fabricação com freqüência muito alta de vales ou picos, como é o caso dos sinterizados, o parâmetro não é adequado, já que a distorção provocada pelo filtro eleva o erro a altos níveis. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. A rugosidade Ra é um dos parâmetros da ABNT NBR 6405/1988 e, segundo a ABNT NBR 8404/1984, tem as seguintes classes de rugosidade: RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Classes de rugosidade para alguns processos de usinagem. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Relação entre grau de tolerância IT e rugosidade Ra. Segundo a norma italiana UNI – 3963 (1960), se Ra for a máxima admissível para um determinado grau de tolerância IT, vale a seguinte relação aproximada: 30 ITRa ≅ RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Aplicações típicas: Ra = 0,01 - blocos padrão; Ra = 0,02 - superfícies de medição de micrômetros; Ra = 0,03 - elementos de válvulas de alta pressão; Ra = 0,04 - agulhas de rolamentos; Ra = 0,05 - pistas de rolamentos; Ra = 0,06 - camisa de bloco de motor; Ra = 0,08 - colos de virabrequim; Ra = 0,1 - eixos sobre mancais de bronze, teflon, etc.; Ra = 0,15 - colos de rotores de turbinas e redutores; Ra = 0,20 - cones de cubos sincronizadores de caixas de câmbio; Ra = 0,30 - flancos de engrenagens, guias de mesas de máquinas; Ra = 0,40 - superfícies de guias de elementos de precisão; RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Ra. Aplicações típicas: Ra = 0,60 - válvulas de esfera, tambores de freios; Ra = 1,50 - eixos e furos para engrenagens; Ra = 2,00 - superfícies usinadas em geral, eixos, chavetas; Ra = 3,00 - superfícies usinadas em geral, superfícies de apoio; Ra = 4,00 - superfícies desbastadas por operações de usinagem; Ra=5 a 15 – superfícies fundidas e estampadas; Ra > 15 - peças fundidas, forjadas e laminadas. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média Rz. Média aritmética dos 5 valores de rugosidade parcial (conforme figura): 5 54321 ZZZZZRz ++++ = RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade média Rz. O parâmetro Rz pode ser empregado nos seguintes casos: • Pontos isolados não influenciam na função da peça a ser controlada. Por exemplo: superfícies de apoio e de deslizamento, ajustes prensados etc.; • Em superfícies onde o perfil é periódico e conhecido. É um parâmetro definido na ABNT NBR 6405/1988. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade média Rz. Vantagens do parâmetro Rz: • Informa a distribuição média da superfície vertical. • É de fácil obtenção em equipamentos que fornecem gráficos. • Em perfis periódicos, define muito bem a superfície. • Riscos isolados serão considerados apenas parcialmente, de acordo com o número de pontos isolados. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade média Rz. • Desvantagens do parâmetro Rz: • Em algumas aplicações, não é aconselhável a consideração parcial dos pontos isolados, pois um ponto isolado acentuado será considerado somente em 20%, mediante a divisão de 1/5. • Não possibilita nenhuma informação sobre a forma do perfil, bem como da distância entre as ranhuras. • Nem todos os equipamentos fornecem esse parâmetro. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade máxima Rmax. Maior valor das rugosidades parciais Zi que se apresenta no percurso de medição lm. Na figura, Rmax = Z3. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade máxima Rmax. O parâmetro Rmax pode ser empregado nos seguintes casos: • 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. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade máxima Rmax. • Vantagens do parâmetro Rmax: • Informa sobre a máxima deteriorização da superfície vertical da peça. • É de fácil obtenção quando o equipamento de medição fornece o gráfico da superfície. • Tem grande aplicação na maioria dos países. • Fornece informações complementares ao parâmetro Ra (que dilui o valor dos picos e vales). RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade máxima Rmax. Desvantagens do parâmetro Rmax: • Nem todos os equipamentos fornecem o parâmetro. E, para avaliá-lo por meio de um gráfico, é preciso ter certeza de que o perfil registrado é um perfil de rugosidade. Caso seja o perfil efetivo (sem filtragem), deve ser feita uma filtragem gráfica. • Pode dar uma imagem errada da superfície, pois avalia erros que muitas vezes não representam a superfície como um todo. Por exemplo: um risco causado após a usinagem e que não caracteriza o processo. • Individualmente, não apresenta informação suficiente a respeito da superfície, isto é, não informa o formato da superfície. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade total Rt. Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm), independentementedos valores de rugosidade parcial (Zi). RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade total Rt. O parâmetro Rt tem o mesmo emprego do Rmax, mas com maior rigidez, pois considera o comprimento de amostra igual ao comprimento de avaliação. Vantagens do parâmetro Rt: • É mais rígido na avaliação que o Rmax, pois considera todo o comprimento de avaliação e não apenas o comprimento de amostragem (1 valor de cut off). • É mais fácil para obter o gráfico de superfície do que com o parâmetro Rmax . • Tem todas as vantagens indicadas para o Rmax. Desvantagem do parâmetro Rt: • Em alguns casos, a rigidez de avaliação leva a resultados enganosos. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE • Rugosidade média do terceiro pico e vale (R3Z). Consiste na média aritmética dos valores de rugosidade parcial (3Zi), correspondentes a cada um dos cinco módulos (cut off). 5 33333 54321 ZZZZZRz ++++ = RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Rugosidade média do terceiro pico e vale (R3Z). O parâmetro R3Z pode ser empregado em: • Superfícies de peças sinterizadas; • Peças fundidas e porosas em geral. Vantagens do parâmetro R3Z: • Desconsidera picos e vales que não sejam representativos da superfície. • Caracteriza muito bem uma superfície que mantém certa periodicidade do perfil ranhurado. • É de fácil obtenção com equipamento que forneça gráfico. Desvantagens do parâmetro R3Z: • Não possibilita informação sobre a forma do perfil nem sobre a distância entre ranhuras. • Poucos equipamentos fornecem o parâmetro de forma direta. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Desvio médio quadrático (Rq). Para registros analógicos, é definido por: ∫= ml m q dxyl R 0 21 ∫= ml m q dxyl R 0 21 RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Desvio médio quadrático (Rq). Para registros digitais (discretos), é definido por: ∑ = = n i i q n yR 1 2 ∑ = = n i i q n yR 1 2 RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Desvio médio quadrático (Rq). Embora válido, a elevação ao quadrado aumenta mais o efeito da irregularidade que se afasta da média. O valor de Rq é cerca de 11% maior que o valor de Ra e esta diferença pode ser importante em muitos casos. RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Altura das irregularidades dos 10 pontos (Rz10). Diferença entre o valor médio das ordenadas dos cinco pontos mais salientes e o valor médio dos cinco pontos mais reentrantes, a partir de uma linha paralela à linha média. 55 10864297531 10 yyyyyyyyyyRz ++++ − ++++ = RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Comprimento de contato a uma profundidade c (Lc). ...++++= DCBALc RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Coeficiente de esvaziamento (Ke). Obs.: Rp = ymax t p e R R K = RUGOSIDADERUGOSIDADE 4. PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Coeficiente de enchimento (Kp ). Fração de contato (Tc ). Comprimento de ranhura (LR ). ep KK −=1 m c c l LT = RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Anexo da norma. RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Anexo da norma. RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Anexo da norma. RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Anexo da norma. RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Símbolo geral: • a = valor da rugosidade Ra, em µm, ou classe de rugosidade N1 até N12 • b = método de fabricação, tratamento ou revestimento • c = comprimento de amostra, em milímetro (cut off) • d = direção de estrias • e = sobremetal para usinagem, em milímetro • f = outros parâmetros de rugosidade (entre parênteses) RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. RUGOSIDADERUGOSIDADE 5. SÍMBOLOS PARA ESPECIFICAÇÃO EM DESENHOS NBR 8404/1984 – Indicação do estado de superfície em desenhos técnicos. Exemplo do telecurso 2000 (desenho):
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