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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.

APOSTILA - RUGOSIDADE

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Page 1: APOSTILA - RUGOSIDADE

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

acabamentos para 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.

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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:

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 - sobremetal para usinagem (mm).

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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.