Aula 3 Rugosidade

*Tribologia definida como A cincia e tecnologia de superfcies que se interagem em um movimento relativo, e abrange o estudo do atrito, desgaste e lubrificao.

Altamente sistmica, no linear e de elevada sensibilidade

Tribologia

* Tribologia a cincia que estuda o atrito, desgaste e a lubrificao..

Tribologia

*TribologiaUm sistema tribolgico consiste nas superfcies de dois componentes que se encontram em contato mvel um com o outro e com a rea adjacente. O tipo, evoluo e extenso do desgaste so determinados pelos materiais e acabamentos dos componentes, eventuais materiais intermdios, influncias da rea adjacente e condies de operao.

1 Objeto de base2 Corpo oponente3 Influncias adjacentes: Temperatura, umidade relativa, presso4 Material intermedirio: leo, graxa, gua, partculas, contaminantes5 Carga6 Movimento

*1- Introduo- O movimento de uma superfcie slida sobre uma outra fundamentalmente importante para o funcionamento de muitos tipos de mecanismos, artificiais e naturais. Assim, define-se a palavra tribologia, do grego (frico, atrito), que a cincia e tecnologia da interao de superfcies em movimento relativo, sendo que esta incorpora o estudo da frico, lubrificao e desgaste [Hutchings].

- Em muitos casos, baixa frico desejvel. A operao satisfatria de articulaes, como a do quadril humano, por exemplo, demanda uma baixa fora de frico. Contudo, baixa frico no necessariamente benfica em todos os casos. Em sistemas mecnicos, como os freios e embreagens, frico essencial. Uma alta fora de frico tambm desejvel entre o pneu de um veculo e a superfcie do pavimento, assim com tambm importante entre o calado e o piso durante a marcha. O mundo em que vivemos seria completamente diferente se no houvesse a frico entre os corpos ou se esta fosse menos intensa.

*Sempre que duas superfcies se movimentarem, uma em relao outra, ocorrer o desgaste, sendo que este pode ser definido como um prejuzo mecnico a uma ou as duas superfcies, geralmente envolvendo perda progressiva de material. Em muitos casos, o desgaste prejudicial, levando a um aumento contnuo da folga entre as partes que se movimentam ou a uma indesejvel liberdade de movimento e perda de preciso. A perda por desgaste de pequenas quantidades relativas de material pode ser suficiente para causar a completa falha de mquinas grandes e complexas. Entretanto, no caso do atrito, altas taxas de desgaste so algumas vezes desejveis, como em operaes de lixamento e polimento.

- Um mtodo de reduzir a frico e, freqentemente, o desgaste, a lubrificao das superfcies. Ainda assim, mesmo que um lubrificante artificial no seja adicionado ao sistema, componentes da atmosfera (especialmente oxignio e vapor dgua) tm um importante efeito e precisam ser considerados em qualquer estudo da interao de superfcies.

*1 - IntroduoTodas as superfcies slidas no so uniformes; No limite, as irregularidades de superfcie estaro em escala de tomos ou molculas individuais; Contudo, a maioria das superfcies planas de componentes de engenharia altamente polidos mostram irregularidades apreciavelmente maiores do que dimenses atmicas, e muitos mtodos diferentes tem sido empregados para estudar sua topografia alguns envolvem exame da superfcie atravs de : Microscpio de eltrons ou de luzMtodos ticos;Aparelhos de contato;Medies eltricas ou trmicas...Maiores resolues podem ser alcanadas atravs de tcnicas de microscopia de fora atmica e microscopia de tunelamento, as quais tem resoluo a nvel de tomos; mas para a maioria das superfcies de engenharia mtodos menos sensveis so adequados para estudar sua topografia.

*2 Medio da Topografia de Superfcie

Mtodo mais comum de avaliao da topografia de superfcie atravs do Perfilmetro

The stylus profilometer uses a diamond tipped stylus to scan across the sample surface and measures the surface topography of thin and thick films. The vertical movements of the stylus is measured and recorded simultaneously during the scanning, which reveals the topographical structure of the surface. The instrument has vertical resolution in nanometers and horizontal resolution as small as twenty nanometers and measures the film thicknesses from 5 nm and over 500 m.

*2 Medio da Topografia de Superfcie- Uma ponta arrastada suave e firmemente ao longo da superfcie em exame;- Na medida que a ponta varre a superfcie, ela sobe e desce;Este deslocamento vertical convertido por um transdutor em um sinal eltrico que amplificado, e atravs do instrumento, move a caneta sobre o registrador; O grfico desenhado pela caneta representa o deslocamento vertical da ponta como uma funo da distncia percorrida ao longo da superfcie.

A representao grfica do perfil da superfcie gerada pelo perfilmetro difere da forma da seo transversal genuina da superfcie por diferentes razes.A maior diferena devido s diferentes ampliaes empregadas pelo instrumento nas direes verticais e horizontais. A extenso vertical das irregularidades de superfcie quase sempre muito menor do que a escala horizontal. portanto conveniente comprimir o registro grfico do perfil da superfcie usando uma ampliao na direo vertical que seja maior do que no plano da superfcie. A taxa das ampliaes dependero da rugosidade da superfcie, mas tipicamente esta entre 10 e 5000; com refinamentos pode ser usada ampliaes verticais abolutas de at 106 .

*2 Medio da Topografia de SuperfcieUma limitao inevitvel deste mtodo de perfilometria resulta da forma da ponta de medio.

Por razes de resistncia, as pontas de diamante usadas so piramidais ou cnicas, com ngulos mnimos de 60 e raio da ponta de 1 a 2,5 m. A combinao raio da ponta finito e ngulo da ponta impede a ponta de penetrar completamente espaos profundos e estreitos da superfcie. Em algumas situaes pode levar a erros significativos.

Pontas especiais com cunhas tipo cinzel e raio da ponta mnimo de 0,1 m podem ser utilizadas para detalhes de superfcies muito finas.

*3 Quantificao da Rugosidade Superficial conveniente diferenciar rugosidade (roughness), significando em pequena escala irregularidades de superfcie, e erro de forma (form error), que a medida do desvio de forma da superfcie a partir de sua forma ideal. A distino entre um e outro arbitrria, contudo claramente envolve a escala horizontal de irregularidade. Podendo se tornar mais complicado pela presena de ondulao (waviness), uma ondulao de superfcie peridica intermediria em escala entre rugosidade e erro de forma.

Por vrios mtodos, o erro de forma e ondulao podem ser subtrados do perfil de superfcie registrado por um perfilmetro, de modo que o resultado descreva somente a rugosidade, ou pequenos comprimentos de irregularidades.

*3 Quantificao da Rugosidade Superficial Reviso Rpida NBR 6405/1988

*3 Quantificao da Rugosidade Superficial

*3 Quantificao da Rugosidade Superficial Rugosidade:


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Rugosidade Mdia Quadrtica das Alturas (Rq)Tambm conhecida como RMS (root mean square), desvio mdio quadrtico que a raiz quadrada da mdia dos quadrados das ordenadas do perfil efetivo em relao linha mdia, no comprimento de amostragem l.

Rq =

Para muitas superfcies, o valor de Rq e Ra so similares; para uma distribuio das alturas da superfcie. Rq = 1,25 Ra. inevitvel que ao descrever um perfil de rugosidade por um nmero simples, alguma informao importante sobre a topografia da superfcie ser perdida.Ra e Rq por exemplo, no do nenhuma informao sobre a forma ou espaamentos das irregularidades de superfcie e no conduzem a indicao da probabilidade de encontrar alturas de superfcies dentro de certos limites.Para uma descrio mais completa da topografia da superfcie necessrio a informao sobre a distribuio de probabilidade das alturas e a distribuio espacial dos picos e vales na superfcie.


A tabela que se segue, classifica os acabamentos superficiais - geralmenteencontrados na indstria mecnica - em 12 grupos, e as organiza de acordo como grau de rugosidade e o processo de usinagem que pode ser usado em suaobteno. Permite, tambm, visualizar uma relao aproximada entre a simbologiade tringulos, as classes e os valores de Ra (mm).

*Simbologia Equivalncia e Processos de Usinagem

*3 Simbologia - Rugosidade Superficial

*Parmetros de Rugosidade Simetria e Curtose

- Os parmetros de rugosidade, como j mencionados, tm sido objeto de estudo desde a inveno do perfilmetro de Abbott em 1933. Anteriormente definia-se um parmetro simples de rugosidade que dava a distncia do maior pico ao maior vale, o parmetro Ry (altura mxima do perfil). Todavia, essa especificao altamente sensvel a ocorrncias extremas, as quais so principalmente encontradas em termos de riscos ocasionais que so representativos da tendncia geral da superfcie analisada.


Com o desenvolvimento de equipamentos de medio mais sofisticados, com o uso de computadores mais potentes foi possvel o desenvolvimento de tcnicas mais utis e relevantes na caracterizao de superfcies. Devido a essas novas tecnologias de medio de superfcies houve um crescimento no nmero de novos parmetros.

Stout (1981) sugere alguns parmetros (vide tabela) para serem usados na medio de superfcies de acordo as suas funes particulares.


- Parmetros usados quanto ao aspecto funcional da superfcie

*Parmetros de Rugosidade

- Os parmetros de rugosidade mais comuns so os que representam as variaes da altura da superfcie relativas a um plano de referncia.O parmetro mais utilizado o parmetro Ra, que o desvio mdio aritmtico. Outros dois parmetros so o coeficiente de simetria (Rsk) e Curtose (Rku).

*Coeficiente de Simetria (Rsk)

A assimetria da distribuio o critrio de avaliao do formato (ou deformao) da curva de distribuio das amplitudes das irregularidades em relao linha de referncia, no comprimento de medio. Matematicamente o coeficiente de simetria a expresso pelo terceiro momento central da funo de probabilidade de distribuio das amplitudes das irregularidades.


Em termos prticos, se o parmetro Rsk for negativo, as irregularidades da superfcie tem a forma da distribuio distorcida para cima, ou seja, caracterizada por sulcos. Caso contrrio, quando for positiva, a superfcie caracterizada por picos. Superfcies com Rsk negativo so menos suscetveis ao desgaste prematuro. Alm disso, em aplicaes como mancais lubrificados, os sulcos servem como depsito de lubrificante. Portanto o parmetro Rsk importante para a medio de superfcies de mancais, para tais superfcies recomenda-se Rsk entre -16 e -2 . (CARPINETTI et al.,2000) Assim como a curtose (Rku), o Rsk no tem unidade de medida, e ele mais bem utilizado com um ou mais parmetros para se ter uma melhor caracterizao da superfcie.

*Curtose (Rku)

- Curtose um outro parmetro indicativo do formato das irregularidades superficiais. Matematicamente, expresso pelo quarto momento central da funo de probabilidade de distribuio das amplitudes das irregularidades,ou seja: - Curtose mede a forma da curva de distribuio das amplitudes, ou seja, o afinamento ou achatamento dessa curva. Em termos prticos, valores altos de curtose (superiores a k=3), indicam que as irregularidades superficiais so pontiagudas, ou seja, mais suscetveis ao desgaste prematuro do que superfcies no pontiagudas, com valores de curtose mais baixos (geralmente menores que k=3).

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Curtose (Rku)

*Curtose (Rku)

O parmetro Rku no leva em conta a magnitude geral da superfcie, somente a sua forma ou quanto agudo so os picos e vales. Como o Rku no tem unidade de medida, resultados de diferentes fontes ou companhias precisam ser esclarecidos com outros parmetros e informao de processo. Embora em alguns casos, os parmetros curtose (Rku) e o coeficiente de simetria (Rsk) possam dar uma indicao do processo de manufatura, estes parmetros so significativamente influenciados por poucos valores extremos. Entretanto, examinados os parmetros funcionais, possvel identificar caractersticas das superfcies produzidas por diferentes classes de processos de manufatura.

*Curva Abbott - Firestone

Entre os diversos parmetros existe um que resulta em grande interesse do ponto de vista da capacidade de armazenar lubrificante, como tambm a quantidade de material necessrio para um recobrimento superficial no caso em o mesmo for necessrio. Se trata da Curva de Abbott (tambm conhecida como Curva de Abbott Firestone).

A natureza desta curva parte dos seguintes conceitos:

* A profundidade de transio entre ar e material igual a profundidade total da rugosidade. * A diferentes profundidades, atravs do perfil de rugosidade, existe uma relao entre ar e material. * Se calcula a relao de material a diferentes profundidades ao longo do perfil e se expressa como uma curva contnua, que a curva de Abbott. . -


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Em 1993 Abbott e Firestone desenvolveram uma forma de descrever todas as propriedades de amplitude de uma superfcie atravs da curva da razo de apoio (Bearing ratio curve), mais tarde denominada de curva de Abbott Firestone. Esta curva gerada atravs do fracionamento de uma superfcie desde o maior pico at o vale mais profundo dentro de um comprimento determinado L conforme mostrado na figura. A frao, denominada Rmr conforme ISO 4287 (1997), determinada somando-se os comprimentos interseccionados pela linha de corte no perfil da rugosidade dividido pelo comprimento analizado L, conforme expresso pela relao abaixo.

*Curtose (Rku)

*Curtose (Rku)

Abbott e Firestone definiram 3 zonas do perfil da rugosidade conforme descrito abaixo: Rugosidade de Pico = profundidade representada de 2% a 25% do comprimento de apoio. Rugosidade de Ncleo = profundidade representada de 25% a 75% do comprimento de apoio. Rugosidade do vale = profundidade representada de 75% a 98% do comprimento de apoio.

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