APOSTILA RUGOSIDADE

Prévia do material em texto

Metrologia – Rugosidade página: 1 
 
ESTADO DA SUPERFÍCIE - RUGOSIDADE 
 
 
O estudo da rugosidade é fundamental para se conseguir qualidade na indústria 
mecânica. 
 
As superfícies, por mais que pareçam perfeitas, apresentam irregularidades. 
 
Essas irregularidades são divididas em dois grupos: 
 
ERROS MACROGEOMÉTRICOS 
Erros de forma que podem ser verificados usando instrumentos convencionais 
de medição – micrômetros e relógios comparadores. 
 
Como acontecem esses erros? 
Durante a usinagem, as principais causas dos erros macrogeométricos são os 
defeitos em guias de máquinas ferramenta; os desvios da máquina ou da peça; 
a fixação errada da peça e distorções devido ao tratamento térmico. 
 
ERROS MICROGEOMÉTRICOS 
É a rugosidade propriamente dita. Conjunto de irregularidades que são 
pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície. 
 
A rugosidade é avaliada por aparelhos eletrônicos – Rugosímetro 
 
A importância do controle de acabamento superficial para a indústria mecânica. 
A rugosidade tem papel fundamental no comportamento dos componentes 
mecânicos, influindo na: 
- Qualidade do deslizamento; 
- Resistência ao desgaste; 
- Possibilidade do ajuste de acoplamento forçado; 
- Resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e 
lubrificantes; 
- Qualidade de aderência que uma estrutura oferece a camadas protetoras; 
- Resistência à corrosão e fadiga; 
- Vedação, e 
- Aparência. 
 
O que define as características de rugosidade de uma peça? 
- Imperfeições nos mecanismos das máquinas ferramenta; 
- Vibrações do sistema peça-ferramenta; 
- Desgaste das ferramentas; 
- Método de conformação da peça. 
 
Metrologia – Rugosidade página: 2 
 
O que determina o acabamento superficial e o desempenho de uma peça é seu 
processo de fabricação. 
 
Por exemplo: Nos mancais de motores, sua capacidade de carga aumenta com a 
melhora da rugosidade, portanto é importante quantificar esta rugosidade 
utilizando o processo de fabricação adequado. 
 
 
 
O que é necessário saber para avaliar a rugosidade de uma peça? 
Primeiramente conhecendo os termos e conceitos básicos que definem uma 
linguagem apropriada. 
 
RUGOSIDADE: 
Conjuntos de desvio microgeométricos, caracterizados pelas pequenas saliências 
e reentrâncias presentes na superfície. 
 
NORMA NBR ISO 4287/2002 
Define termos para especificação da rugosidade. 
 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 3 
 
SUPERFÍCIE GEOMÉTRICA: 
Considerada a superfície ideal estabelecida no projeto sem erros de forma e 
acabamento. 
 
SUPERFÍCIE REAL: 
Irregularidades deixadas pelo método usado em sua produção. 
 
SUPERFÍCIE EFETIVA: 
Avaliada pela técnica de medição. 
 
PERFIL EFETIVO 
Imagem aproximada do perfil real, obtida pelo rugosímetro, sem filtrar as 
ondulações. 
 
PERFIL DE RUGOSIDADE 
Obtido a partir do perfil efetivo através do rugosímetro, depois da filtragem, 
eliminando a ondulação da própria da peça. Sem a filtragem o traçado de 
rugosidade recebe a interferência do formato da peça e com a filtragem 
avaliamos somente a rugosidade livre do formato da peça. 
 
ELEMENTOS QUE FAZEM A COMPOSIÇÃO DA SUPERFÍCIE 
 
 
Rugosidade: Textura primária 
Conjunto das irregularidades provocadas pelo processo de produção. 
 
Ondulação: Textura secundária 
Conjunto das irregularidades causadas por vibrações nos sistemas de produção 
ou tratamento térmico. 
 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 4 
 
 
CRITÉRIOS PARA AVALIAR A RUGOSIDADE 
 
Comprimento de amostragem (cut off) 
 
Tomando-se o perfil efetivo de uma superfície de comprimento Lt que é o 
comprimento total de avaliação, dentro dele chamamos o comprimento Le (cut 
off) de comprimento de amostragem. 
 
O comprimento de amostragem em aparelhos como rugosímetro não deve ser 
confundido com a distância percorrida pelo apalpador pela superfície Lt. É 
recomendado pela norma ISO que os rugosímetros devam medir 5 
comprimentos de amostragem e indicar o valor médio. 
 
Como o comprimento de amostragem filtra a ondulação? 
Trabalhando com trechos da superfície. É como se o “cut off” filtrasse a 
ondulação e acabasse com a sua interferência, assim a ondulação não entra na 
medição da rugosidade. 
 
SISTEMAS DE MEDIÇÃO 
Existem dois sistemas básicos de medida: 
 
SISTEMA DA LINHA MÉDIA M 
Utilizada em vários países, inclusive no Brasil, a rugosidade é determinada em 
função de uma linha de referência disposta na direção do perfil. 
 
SISTEMA DA LINHA ENVOLVENTE E 
Linhas envoltórias determinadas por dois círculos que rolam sobre a superfície 
da peça. 
 
A linha média M é a linha paralela à direção geral do perfil no comprimento da 
amostragem de tal modo que a soma das áreas superiores compreendidas entre 
ela e o perfil efetivo seja igual a soma das áreas inferiores no comprimento da 
amostragem Lm. 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 5 
 
PERCURSOS DE MEDIÇÃO 
Durante o processo de medição da rugosidade o rugosímetro apalpa a superfície 
a ser medida. São definidos vários percursos e/ou comprimentos neste percurso 
de medição. 
 
 
Percurso inicial Lv 
É a extensão do primeiro trecho percorrido. Não é utilizado na avaliação da 
rugosidade. Tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilações 
mecânicas e elétricas iniciais do sistema de medição e a centragem do perfil da 
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 última parte do trecho apalpado projetado sobre a linha média e não 
utilizado na avaliação. Tem a finalidade de permitir o amortecimento das 
oscilações mecânicas e elétricas no final da medição. 
 
Percurso de apalpamento Lt 
É o percurso total apalpado pelo sistema de medição. 
 
Comprimento de Amostragem Le (cut off) 
Equivale 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. 
 
 
 
 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 6 
 
PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 
 
Rugosidade Média RA 
 
Representa a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas dos 
afastamentos dos pontos de perfil, em relação à linha média, dentro do percurso 
de medição Lm. 
 
Essa grandeza corresponde a altura de um retângulo cuja área é igual a soma 
absoluta da áreas delimitadas dentro do perfil de rugosidade e a linha média 
tendo como comprimento o percurso da medição Lm. 
 
 
 
A ABNT recomenta o parâmetro Ra para a avaliação da rugosidade (em µm). 
 
Ra é um valor médio, podendo às vezes não dar indicação direta do estado da 
superfície. Em determinadas aplicações especiais pode ser mais útil aplicar 
outros parâmetros de rugosidade. 
 
Quando Ra é utilizado? 
O parâmetro de rugosidade Ra e usado quando é necessário o controle contínuo 
da rugosidade na linha de produção. Além disso, também em superfícies onde o 
acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados como torneamento e 
fresamento. E ainda em superfícies de pouca responsabilidade como em 
acabamentospara fins puramente estéticos. 
 
Rugosidade média Ra - VANTAGENS 
- É o método mais utilizado no mundo. 
- Aplicado na maioria dos processos de fabricação. 
- Todos os aparelhos disponibilizam este parâmetro. 
- Os riscos superficiais próprios dos processos não alteram muito o Ra. 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 7 
 
Rugosidade média Ra - DESVANTAGENS 
- Aparecendo vales ou picos não típicos na superfície, o valor da média não 
sofrerá grande alteração ocultando o defeito. 
- O Ra não indica a forma das irregularidades do perfil. 
- Alguns processos de fabricação possuem alta frequência de vales e picos como 
os materiais sinterizados portanto as distorção provocada pelo filtro eleva o erro 
a níveis inaceitáveis. 
 
Como determinar o valor da rugosidade 
A norma ABNT recomenda o uso do parâmetro Ra, porem a escolha de outro 
parâmetro para determinar a rugosidade de uma peça deve ser adaptada pela 
sua função, por exemplo no caso de peças de vedação é mais lógico utilizar o 
parâmetro Rt, visto que pontos isolados podem provocar permeabilidade se 
utilizarmos Ra já que este parâmetro indica o valor médio da rugosidade. 
 
DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE AMOSTRAGEM (cut off) 
Para perfis que resultam periódicos (torneamento, aplainamento, fresamento 
etc) recomenda-se a utilização da tabela abaixo para a escolha do comprimento 
de amostragem e demais parâmetros. A distância entre os sulcos são 
aproximadamente igual ao avanço de usinagem. 
 
 
Para perfis que resultam não periódicos (lixamento, polimento, retífica etc.) 
adota-se a rugosidade esperada conforme a tabela abaixo: 
 
 
Metrologia – Rugosidade página: 8 
 
Rugosidade Ra APLICAÇÕES 
 
- Controle contínuo da rugosidade na linha de produção. 
- Superfícies com sulcos de usinagem bem definidos. 
- Superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins 
apenas estéticos. 
 
 
Rugosidade Máxima Ry 
É o maior valor de rugosidades parciais Zy que se apresenta no percurso de 
medição Lm. 
Exemplo: na figura abaixo, o maior valor parcial é o Z3, que está localizado no 
3º cut off, igual a Ry. 
Obs: A NBR 4287 (2002) alterou o símbolo para Rt. 
 
Rugosidade Ry (Rt) - APLICAÇÕES 
- Superfícies de vedação. 
- Assentos de anéis de vedação. 
- Superfícies dinamicamente carregadas. 
- Parafusos altamente carregados. 
- Superfícies de deslizamento em, que o perfil efetivo é periódico. 
 
Rugosidade Ry (Rt) - VANTAGENS 
- Informa sobre a máxima deterioração 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 Ra. 
 
Rugosidade Ry (Rt) -DESVANTAGENS 
- Nem todos os equipamentos fornecem este parâmetro. 
- Pode dar uma imagem errada da superfície, pois avalia desvios localizados. 
- Presença de riscos feitos após a usinagem, que não caracteriza o processo leva 
a resultados incorretos. 
 
Metrologia – Rugosidade página: 9 
 
Rugosidade Total – Rmax (Atualmente Rz) 
Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no 
comprimento de avaliação Lm, independente dos valores de rugosidade parcial. 
 
 
 
Rugosidade Total Rz - VANTAGENS 
- Considera todo o comprimento de avaliação. 
- Tem o mesmo emprego do Ry, porem é mais abrangente, pois é determinado 
considerando o comprimento total de avaliação Lm. 
- Tem as mesmas vantagens de Ry. 
 
Rugosidade Total Rz - DESVANTAGENS 
- A avaliação pode levar a resultados enganosos, por exemplo, present=ça de 
vales profundos. 
 
 
 
REPRESENTAÇÃO DA RUGOSIDADE 
 
Simbologia e indicação em desenhos técnicos. 
 
No Brasil, até 1984, a NBR6402 indicava o acabamento superficial por meio de 
uma simbologia que transmitia apenas informações qualitativas. Esta 
simbologia, que hoje se encontra ultrapassada, não deve ser utilizada em 
desenhos técnicos mecânicos. Entretanto, é importante que você a conheça, 
pois pode vir a encontrá-la em desenhos mais antigos. 
 
Metrologia – Rugosidade página: 10 
 
 
 
O valor da rugosidade Ra pode ser indicado pelos números de classes da 
rugosidade correspondente. A norma NBR 8404/84 define 12 classes de 
rugosidade, que correspondem a determinados desvios médios aritméticos (Ra) 
expressos em mícrons (Ra µm). 
 
Classes de 
rugosidade 
Desvio médio 
Aritmético Ra(µm) 
N12 50 
N11 25 
N10 12,5 
N9 6,3 
N8 3,2 
N7 1,6 
N6 0,8 
N5 0,4 
N4 0,2 
N3 0,1 
N2 0,05 
N1 0,025 
 
O símbolo básico para a indicação da rugosidade de 
superfícies é constituído por duas linhas de comprimento 
desigual, que formam ângulos de 60º entre si e em relação à 
linha que representa a superfície considerada. 
 
Quando, no processo de fabricação, é exigida remoção de 
material, para obter o estado de superfície previsto, o 
símbolo básico é representado com um traço adicional. 
 
Metrologia – Rugosidade página: 11 
 
A remoção de material sempre ocorre em processo de 
fabricação que envolve corte, como por exemplo: o 
torneamento, fresamento, furação etc. Quando a remoção de 
material não é permitida, o símbolo básico é representado 
com um círculo, como segue. 
Quando for necessário fornecer indicações complementares, 
prolonga-se o traço maior do símbolo básico com um traço 
horizontal e sobre este traço escrevesse a informação 
desejada. 
 
 
Indicação do valor da rugosidade 
O valor da rugosidade pode ser expresso numericamente, em mícrons, ou classe 
de rugosidade. 
O valor da rugosidade vem indicado sobre o símbolo básico, com ou sem sinais 
adicionais. 
 
 
As duas formas de indicação são corretas. Quando for necessário estabelecer os 
limites máximo e mínimo das classes de rugosidade, estes valores devem ser 
indicados um sobre o outro. O limite máximo deve vir escrito em cima. 
 
 
 
 
 
Simbologia para direção das estrias 
 
Outra característica microgeométrica que deve ser considerada no processo de 
fabricação e na avaliação da rugosidade é a direção das estrias, que são as 
pequenas linhas ou os sulcos deixados na superfície usinada pela ferramenta 
usada no processo de fabricação da peça. 
 
Quando for necessário definir a direção das estrias deverá ser feita por um 
símbolo adicional ao símbolo do estado de rugosidade. Estes símbolos para 
direção das estrias são normalizados pela NBR8404/84, conforme figura. 
 
Metrologia – Rugosidade página: 12 
 
 
 
Lembre-se de que as estrias não são visíveis a olho nu por serem características 
microgeométricas. A indicação da direção das estrias, no desenho técnico, 
informa ao operador da máquina qual deve ser a posição da superfície a ser 
usinada em relação à ferramenta que vai usiná-la. 
 
Disposição das indicações de estado de superfície 
Cada uma das indicações de estado de superfície é representada em relação ao 
símbolo, conforme as posições a seguir: 
 
a - valor da rugosidade Ra, em µm, ou classe de rugosidade N1 a N12; 
b - método de fabricação, tratamento ou revestimento da superfície; 
c - comprimento da amostra para avaliação da rugosidade, em mm; 
d - direção predominante das estrias; 
e - sobremetalpara usinagem (mm). 
 
Metrologia – Rugosidade página: 13 
 
No exemplo abaixo teríamos a seguinte indicação de estado da superfície: 
 
 
 
a) classe de rugosidade: N8; 
b) processo de fabricação: Fresamento; 
c) comprimento da amostra: 2,5 mm; 
d) direção das estrias: Paralelas ao plano vertical; 
e) sobremetal para usinagem: 5 mm. 
 
Aplicações típicas de rugosidade superficial: 
Aplicação Ra (µm) 
Blocos-padrão; guias de instrumentos de medição de alta precisão. 0,01 
Superfícies de medidas de micrômetros. 0,02 
Calibradores, elementos de válvulas de alta pressão hidráulica. 0,03 
Agulhas de rolamento, superacabamento de camisa de bloco de motor. 0,04 
Pistas de rolamentos 0,05 
Camisa de bloco de motores 0,06 
Eixos montados em mancais de teflon, bronze c/ veloc. Média 0,1 
Flancos de engrenagens; guias de mesas de máquinas-ferramentas. 0,3 
Tambores de freios, válvulas de esfera. 0,6 
Superfícies usinadas em geral, alojamento de rolamentos. 2 a 3 
Superfícies desbastadas por usinagem 4 
Superfícies fundidas, estampadas. 5 a 15 
Peças fundidas, forjadas e laminadas. ≥ 15 
 
Abaixo, exemplo de desenho com especificação de acabamento superficial. 
 
 
 
- A superfície deve ser retificada 
- A rugosidade Ra deve estar entre 1,5 e 3,0µm. 
- Os sulcos devem ter orientação paralela à 
superfície mostrada. 
- O comprimento de controle é de 100mm.