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RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL 1 RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL RUGOSIDADE SUPERFICIAL Prof. Dr. Antonio Piratelli Filho Universidade de Brasilia (UnB) Faculdade de Tecnologia Depto. Engenharia Mecânica

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RUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIAL

• Prof. Dr. Antonio Piratelli Filho• Universidade de Brasilia (UnB)• Faculdade de Tecnologia• Depto. Engenharia Mecânica

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INTRODUÇÃO

O acabamento superficial de uma peça influencia seu desempenho em operação:� Freios de automóveis, mancais,

rolamentos e engrenagens

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rolamentos e engrenagens

� Escoamento de fluidos em tubulações e resistência ao fluxo em cascos de navios

� Problemas de corrosão e fadiga

� Superfícies de medição: blocos padrões, micrômetros, etc

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EFEITO DO PROCESSO

Processo de fabricação determina acabamento superficial e desempenho

� Mancais de motores: capacidade de carga

Capacidade de carga

Superacabamento

Polimento

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capacidade de carga aumenta com rugosidade (acabamento superficial)

� Importante quantificar a rugosidade Rugosidade

Capacidade de carga

Retífica ultra-fina

LapidaçãoRetífica normal

Retífica grossa

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RUGOSIDADE

� Definição: Conjunto de desvios microgeométricos, caracterizado pelas pequenas saliências e reentrâncias presentes em uma superfície.

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em uma superfície.

� Norma NBR ISO 4287/2002 – define termos para especificação da rugosidade:

� Superfícies

� Perfis

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RUGOSIDADE

Superfície geométrica (ideal), real (com desvios de acabamento) e efetiva (avaliada pela técnica da medição)

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RUGOSIDADE

Perfil geométrico, real, efetivo e de rugosidade (obtido a partir do perfil efetivo menos o desvio de forma - filtragem)

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RUGOSIDADE

Perfil efetivo, obtido por medição

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Textura primária(Rugosidade)

Textura secundária

Desvio de forma

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AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE

Perfil de rugosidade: obtido após separação do desvio de forma e da textura secundária do perfil efetivo, através do uso de filtros.Avaliação da rugosidade: uso do comprimento de amostragem (cut-off)

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le =compr. amostragemlm =compr. mediçãolt = compr. total

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AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE

Comprimento de amostragem (cut-off):minimizar o efeito do desvio de forma na avaliação da rugosidade (filtro)

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FILTROS DE RUGOSIDADE

Nos instrumentos, os valores de cut-off são escolhidos conforme recomendação da norma, em função da:

A)

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norma, em função da:� A) distância entre sulcos

(aproximadamente igual ao avanço, em superfícies periódicas)

� B) rugosidade esperada (superfícies não periódicas)

B)

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FILTROS DE RUGOSIDADE

Filtros:

�Mecânicos, como a sapata (calço) presente em instrumentos de medição.

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�Matemáticos, onde uma equação é ajustada aos resultados da medição para corrigir o desvio de forma e ondulações secundárias; filtros 2RC, Gauss, Spline, Regressão Gaussiana Robusta (RGRF), entre outros.

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FILTROS DE RUGOSIDADE

Filtro mecânico: sapata presente em instrumentos de medição, para acompanhar as ondulações da superfície e minimizar o efeito do desvio de forma.

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FILTROS DE RUGOSIDADE

Filtros matemáticos: em geral, envolve a determinação de uma linha média e a correção do perfil efetivo. Métodos (Raja et al., 2002):- 2RC (mais antigo)

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- Gauss: mais comum, presente em muitos instrumentos - Spline (vantagens sobre 2RC e Gauss)- Regressão Gaussiana Robusta (RGRF) –filtro baseado no Gauss, iterativo

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EXEMPLO

- Medição de rugosidade de amostras de madeira: presença de vales profundos, resultantes da porosidade da superfície, precisam ser filtrados.- pesquisa: aplicação de filtros em sequência.

R Profile

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-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

[um

]

[mm]

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SISTEMAS PARA MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE

Sistema M – linha média: determinar linha média que divide as áreas do perfil de rugosidade (mais usado). No Brasil, as Normas NBR ISO 4287/2002 e NBR 8404/1988 indicam o uso do sistema M.

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e NBR 8404/1988 indicam o uso do sistema M.

Sistema E - linhas envoltórias determinadas por dois círculos que rolam sobre a superfície da peça (Agostinho et al., 1995).

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SISTEMA M – LINHA MÉDIA

� Rugosidade determinada em função de uma linha de referência, disposta na direção do perfil. LM

áreas(P) – áreas(Q)

P1 P3

P2

Ly =

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direção do perfil.� Linha média: divide o

perfil tal que a soma das áreas acima é igual à soma das áreas abaixo, ao longo do comprimento de medição (lm).

lm

x x

LMy

Q1 Q2 Q3

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PARÂMETROS DE RUGOSIDADE

Três tipos de parâmetros podem ser determinados:

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determinados:

� Amplitude

� Espaçamento

� Híbridos

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ra = rugosidade aritmética ou média, também representado por CLA ou AA.- Unidades: micrometro (µm) ou micropolegada- Parâmetro determinado em função da linha média M do perfil de rugosidade

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média M do perfil de rugosidade

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ra – Aplicações

- Controle contínuo da rugosidade na linha de produção;

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- Superfícies com sulcos de usinagem bem orientados (torneamento, fresagem, etc.);- Superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ra – Vantagens- parâmetro mais utilizado.- aplicável à maioria dos processos de fabricação.- quase todos os equipamentos de medição apresentam esse parâmetro.- riscos inerentes ao processo alteram pouco seu valor.

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- riscos inerentes ao processo alteram pouco seu valor.Ra – Desvantagens- presença de um pico ou vale atípico oriundo do processo não é identificado e pode ocultar um defeito.- seu valor não define a forma das irregularidades e pode ser associado a diferentes processos.- Não distingue picos de vales.- Para processos com freqüência muito alta de vales ou picos (sinterização), não é adequado pois a distorção provocada pelo filtro ocasiona erros grandes.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ry – Rugosidade máxima (atual Rt)- Definido como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no percurso de medição (lm).- Ex.: na figura abaixo, o maior valor parcial é o Z3, que está localizado no 3º cut-off, igual a Ry.

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Z3, que está localizado no 3º cut-off, igual a Ry.- Obs. NBR 4287 (2002) alterou símbolo para Rt

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ry – Rugosidade máxima – Aplicações (atual Rt)

- Superfícies de vedação.

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- Assentos de anéis de vedação.- Superfícies dinamicamente carregadas.- Parafusos altamente carregados.- Superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Ry – Rugosidade máxima – Vantagens (atual Rt)- 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.

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- Tem grande aplicação na maioria dos países.- Fornece informações complementares ao Ra.Ry – Rugosidade máxima – Desvantagens- Nem todos os equipamentos fornecem o parâmetro. -Pode dar uma imagem errada da superfície, pois avalia desvios localizados.- presença de riscos feitos após a usinagem, que não caracteriza o processo, levam a resultados incorretos.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Rt ou Rmax = Rugosidade Total (atual Rz)

Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm), independente dos valores de

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lm

rugosidade parcial (Zi).

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Rt ou Rmax = Rugosidade Total (atual Rz)

Vantagens- Considera todo o comprimento de avaliação.- Tem o mesmo emprego do Ry, mas mais

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- Tem o mesmo emprego do Ry, mas mais abrangente, pois é determinado considerando o comprimento total de avaliação (lm).- Tem as mesmas vantagens de Ry.Desvantagens- a avaliação pode levar a resultados enganosos, por exemplo, presença de vales profundos.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Rp – altura máxima do pico do perfil = distância do pico máximo à linha médiaRv - profundidade máxima do vale do perfil = distância do vale mais profundo à linha média

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Rq ou RMS - Rugosidade quadrática média� Parâmetro bastante usado nos EUA, acentua o efeito dos valores do perfil que se afastam da média.

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média.

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PARÂMETROS DE AMPLITUDE

Rsk – Fator de assimetria(Skewness)

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Rku – Fator de achatamento (Kurtosis)

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EXEMPLO

Qual o parâmetro de amplitude adequado para especificar a rugosidade da superfície abaixo?Aplicações em escoamento de fluidos, atrito e corrosão.

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PARÂMETROS DE ESPAÇAMENTO

Rsm – Largura média de um elemento do perfil

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EXEMPLO

Corrosão, escoamento de fluidos – parâmetros de amplitude iguais, porém diferenças no fator de espaçamento.

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PARÂMETROS HÍBRIDOS

RRRR∆∆∆∆q – Inclinação média quadrática do perfil

� Valores pequenos deste parâmetro indica

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parâmetro indica superfície apropriada para reflexão da luz

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EXEMPLO

Superfícies para reflexão da luz (espelhos)

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REPRESENTAÇÃO DA RUGOSIDADE

Norma ABNT NBR 8404

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REPRESENTAÇÃO DA RUGOSIDADE

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MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE

Rugosímetros – determinação do perfil da rugosidade, com contato. Agulha com ponta de diamante, movimento em um eixo.

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FONTES DE ERROS NA MEDIÇÃO

� Diâmetro da ponta da agulha

� Carga aplicada pela ponta da agulha

� Velocidade da agulha

Deslocamento lateral devido às

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� Deslocamento lateral devido às irregularidades

� Danos causados pela sapata ou calço

� Elasticidade da superfície

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OUTROS MÉTODOS DE MEDIÇÃO

Perfilômetros óticos:

� por interferometria

� por detecção do erro focal

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Sondas de varredura microscópica:

� microscópio de força atômica (AFM)

� microscópio de tunelamento (STM)

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Comentários finais

� Escolha dos parâmetros deve ser feita em função da aplicação da superfície, sendo recomendado o uso de mais de um parâmetro para identificar particularidades desejáveis.� Filtros para separar rugosidade de ondulação e

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� Filtros para separar rugosidade de ondulação e desvio de forma tem sido estudados para aplicação na medição da rugosidade em superfícies de metais moles e materiais naturais (madeira).� Determinação da incerteza de medição da rugosidade é um tema de estudo, pela sua complexidade.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

� ABNT NBR ISO 4287, Especificações geométricas do produto (GPS) – Rugosidade: método do perfil – Termos, definições e parâmetros de rugosidade. ABNT, 2002.� Agostinho,O.L., Rodrigues,A.C.L. e Lirani,J. Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de dimensões. Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1995. 295 p. � Dobrzanski, P., Pawlus, P. Digital filtering of surface

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� Dobrzanski, P., Pawlus, P. Digital filtering of surface topography: Part I. Separation of one-process surface roughness and waviness by Gaussian convolution, Gaussian regression and spline filters. Precision Engineering, 34 (2010): 647-650.� Raja, J. et al. Recent advances in separation of roughness, waviness and form. Precision Engineering, 26 (2002):222-235� Whitehouse, D.J. Handbook of Surface Metrology. IOP Publishing Ltd, London, 1994. 988 p.

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Vídeos:

- Rugosidade superficialhttp://www.youtube.com/watch?v=rp5k9WSlPLI

- Parâmetros de rugosidade: http://www.youtube.com/watch?v=P6CGdzlRx2s

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http://www.youtube.com/watch?v=P6CGdzlRx2s

- Representação da rugosidadehttp://www.youtube.com/watch?v=50Q_i531NqQ

-Medição sem contatohttp://www.youtube.com/watch?v=Xpglp5iw3v8&feature=related