TM09_Integridade_Superficial

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade Superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
*
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
TÓPICOS DE AULA
Introdução;
Rugosidade e parâmetros para a quantificação da rugosidade;
Cálculo da rugosidade nos processos de torneamento e fresamento;
Efeitos de alguns parâmetros de usinagem na rugosidade;
Medição da rugosidade;
Alterações subsuperficiais;
Avaliação da integridade superficial;
Influência dos parâmetros e da operação de usinagem sobre a integridade superficial.
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
Termo que denota as condições das superfícies usinadas, descrevendo suas qualidades.
Diversos fatores podem influenciar a condição final de uma superfície:
Deformação plástica;
Ruptura;
Recuperação elástica;
Geração de calor;
Vibração;
Tensões residuais;
Reações químicas.
Engloba também outras características da superfície em serviço, e de camadas abaixo desta.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
Classificação de alterações em superfícies usinadas:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
Acabamento de superfície usinada é a combinação de vários fatores que podem ser divididos em rugosidade, ondulações e falhas;
Exigência de acabamento deve estar prevista em projeto;
Fatores a serem considerados na determinação do acabamento superficial:
Grau de acoplamento entre componentes;
Coef. de atrito, desgaste e lubrificação;
Resistência à fadiga e à corrosão;
Resistividade elétrica e térmica de contato;
Procesamento posterior (pintura);
Aparência;
Custo.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
Rugosidade Superficial: 
São irregularidades finas ou erros microgeométricos resultantes da ação inerente do processo de corte (marcas de avanço, APC, desgaste, etc.);
Em muitos casos usada como parâmetro de saída para controlar processo de usinagem;
Parâmetro especificado de acordo com a aplicação da superfície usinada.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
Ondulações: 
Consistem de irregularidades superficiais ou erros geométricos cujos espaçamentos são maiores que as irregularidades consideradas como rugosidades. 
Pode ser causado por vibrações e deflexões da ferramenta e/ou peça, devido a forças de corte, temperaturas de corte ou erros de fixação da peça ou ferramenta. 
Peças longas e finas são mais sensíveis à forças elásticas e dinâmicas (ondulações mais pronunciadas). 
Por outro lado, peças grandes (grandes seções transversais), são rígidas e as alturas das ondulações são pequenas.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INTRODUÇÃO
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.
Elementos do acabamento superficial: 
a) Rugosidade superficial; 
b) Ondulações; 
c) Marcas de avanço; 
d) Falhas.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
RUGOSIDADE
Exemplo: Rugosidade e ondulações:
Perfil tridimensional de superfície em aço temperado (62 HRC) torneada sob condição de desbaste (f = 0,25 mm/ver, re = 1,6 mm).
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Peça examinada em termos macrogeometricos e microgeometricos;
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.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Principais parâmetros empregados na quantificação da rugosidade (ABNT NBR ISSO 4287, 2002);
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Representação gráfica dos parâmetros Ra e Rt;
(lr): comprimento de amostragem; (ln): comprimento de avaliação.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Parâmetro Ra é o mais utilizado na indústria para controle de processos;
Vantagens:
Alterações no seu valor = alterações no processo (desgaste da ferramenta);
Disponível nos elementos mais simples;
Estável, não influenciado por efeitos ocasionais.
Desvantagens:
Isoladamente, não representa bem características importantes da superfície;
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Exemplos de superfícies diferentes que apresentam o mesmo valor para o parâmetro Ra:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Parâmetro Rq: 
Amplia valores dos picos e vales, podendo evidenciar defeitos ou marcas em superfícies acabadas (desvio padrão da distribuição de alturas do perfil);
Parâmetro Rsk (skewness): 
Assimetria do perfil. Indica se as irregularidades são, na maioria, picos ou vales;
Parâmetro Rku (kurtosis): 
Achatamento do perfil. Se distribuição do perfi for gaussiana balanceada, Rku ≈ 3; Superfície acidentada, Rku < 3; Superfície com muitos picos, Rku > 3; 
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
PARÂMETROS PARA A QUANTIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE
Comparação entre duas superfícies com diferentes valores de skewness:
a) Rsk positivo;
b) Rsk negativo.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
CÁLCULO DA RUGOSIDADE NO PROCESSO DE TORNEAMENTO
Para avanço (f) menor do que o raio de ponta (rε):
Para o caso em que a ferramenta não tenha raio de ponta (rε), ou se este é muito pequeno:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
CÁLCULO DA RUGOSIDADE NO PROCESSO DE TORNEAMENTO
Para raio de ponta (rε) menor do que o avanço (f):
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
CÁLCULO DA RUGOSIDADE NO PROCESSO DE FRESAMENTO
Para operação de fresamento tangencial:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
CÁLCULO DA RUGOSIDADE NO PROCESSO DE FRESAMENTO
Para operação de fresamento frontal:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE USINAGEM NA RUGOSIDADE
Marcas de avanço: 
Quando a ferramenta é nova, existe pouco contato entre as superfícies, não ocorre vibração e não há formação de APC, rugosidade é formada, teoricamente, pelas marcas de avanço deixadas na peça pela ferramenta;
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE USINAGEM NA RUGOSIDADE
Quanto à geometria da ferramenta e da peça, rigidez da máquina-ferramenta, material da peça e da ferramenta e condições de corte, em geral a rugosidade é menor quando:
Flexões geradas
por esforços de usinagem ou vibrações são pequenas;
Ponta da ferramenta possui raio de arredondamento;
Ferramenta e peça estão corretamente alinhadas e centradas;
Material da peça é puro, livre de defeitos (trincas, bolhas, inclusões);
Eixo principal da maquina-ferramenta corretamente alinhado e guias sem desgaste;
Aresta de corte sem desgastes ou quebras;
Corte ocorre sem APC.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE USINAGEM NA RUGOSIDADE
Fluxo lateral: 
Durante a ação da ferramenta, partes do material à frente desta são comprimidas pela superfície de folga. Uma porção desse material se recupera elasticamente e outra sofre deformação plástica em direção perpendicular ao movimento da ferramenta sem, no entanto, se separar da peça;
Perfil usinado a) sem fluxo lateral; b) com fluxo lateral.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE USINAGEM NA RUGOSIDADE
Características desejáveis da máquina-ferramenta:
Potência suficiente para manter a velocidade e avanço previstos;
Resiliência suficiente para evitar flexões;
Rigidez e amortecimento contra vibrações;
Possuir base (fundação) adequada para minimizar vibrações e sua transmissão para outras máquinas.
Exatidão na fabricação dos seus componentes de forma a reduzir ao mínimo o desalinhamento;
Meios adequados para suportar rigidamente a peça e a ferramenta.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
EFEITO DE ALGUNS PARÂMETROS DE USINAGEM NA RUGOSIDADE
Composição química, dureza, microestrutura e consistência metalúrgica do material da peça melhoram o acabamento da seguinte forma:
Composição química desfavorável ao aparecimento de APC;
Alta dureza e baixa ductilidade;
Granulação fina e alta dos microconstituintes;
Consistência das propriedades ao longo de toda a seção transversal.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE
A medição com o rugosímetro pode ser feita com ou sem (dispersão de radiação infravermelha) contato entre apalpador e a peça. 
Perfil real e o detectado pelo apalpador do rugosímetro:
Efeito de uma reentrância na medição da rugosidade.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
ALTERAÇÕES SUBSUPERFICIAIS
Alterações de natureza mecânica
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, é criado pelo rebolo abrasivo durante a ação de corte dos grãos. 
Esta alteração, geralmente, influencia o acabamento superficial (rugosidade).
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
ALTERAÇÕES SUBSUPERFICIAIS
Alterações de natureza mecânica
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 freqüência em materiais frágeis. 
Microtrincas são prejudiciais à fadiga e à corrosão sob tensão, portanto devem ser evitadas.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
ALTERAÇÕES SUBSUPERFICIAIS
Alterações de natureza mecânica
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.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
ALTERAÇÕES SUBSUPERFICIAIS
Alterações de natureza metalúrgica
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.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Conjunto mínimo de dados obtidos por ensaios destrutivos e não destrutivos:
Textura superficial.
Macroestrutura:
Macrotrincas;
Macroataque.
Microestrutura:
Microtrincas;
Deformação plástica;
Ataque intergranular;
Protusões e depressões;
APC;
Camadas fundidas e redepositadas;
Ataque seletivo.
Microdureza.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Tensão residual: Avaliação por difractometria de raios X;
Quando tensões residuais são induzidas, muda a distância entre os planos.
Representação dos planos de átomos:
a) Peça isenta de tensões residuais;
b) Tensões de compressão induzidas.
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Tensão residual: 
Medição da flexão proveniente de remoção de sucessivas camadas de material da peça; fixação de roseta com três extensômetros para detectar deformações;
Método mais simples, porém, inexato.
Tensões residuais induzidas em aço rolamento temperado (62 HRC) após torneamento e retificação:
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Fadiga: 
Alteração estrutural permanente, localizada e progressiva em materiais sujeitos a flutuações de tensão e deformação;
Se após 10 milhões de ciclos não houver ruptura no corpo de prova, o teste é encerrado e a tensão é denominada “limite de resistência à fadiga” ().
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS E DA OPERAÇÃO DE USINAGEM SOBRE A INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Em geral, operações de usinagem induzem na peça tensões de origem mecânica e térmica que, normalmente, tem efeito adverso sobre a sua integridade;
Exemplo 1: 
a) Martensita: ↑ dureza; ↑ fragilidade; ↓resistência à fadiga.
b) Austenita: Temperaturas mais baisxas atingidas.
(Al2O3)
(PcBN)
*
*
TECNOLOGIA MECÂNICA
Integridade superficial
Prof. Msc. Ramsés Otto Cunha Lima
*
INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS E DA OPERAÇÃO DE USINAGEM SOBRE A INTEGRIDADE SUPERFICIAL
Em geral, operações de usinagem induzem na peça tensões de origem mecânica e térmica que, normalmente, tem efeito adverso sobre a sua integridade;
Exemplo 2: Variação de microdureza (carga de 25 g) para peças em aço temperado (62 HRC) submetidas a torneamento e retificação;
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*