Upload
buikhanh
View
280
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
RUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIAL
1
RUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIALRUGOSIDADE SUPERFICIAL
• Prof. Dr. Antonio Piratelli Filho• Universidade de Brasilia (UnB)• Faculdade de Tecnologia• Depto. Engenharia Mecânica
INTRODUÇÃO
O acabamento superficial de uma peça influencia seu desempenho em operação:� Freios de automóveis, mancais,
rolamentos e engrenagens
2
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
EFEITO DO PROCESSO
Processo de fabricação determina acabamento superficial e desempenho
� Mancais de motores: capacidade de carga
Capacidade de carga
Superacabamento
Polimento
3
capacidade de carga aumenta com rugosidade (acabamento superficial)
� Importante quantificar a rugosidade Rugosidade
Capacidade de carga
Retífica ultra-fina
LapidaçãoRetífica normal
Retífica grossa
RUGOSIDADE
� Definição: Conjunto de desvios microgeométricos, caracterizado pelas pequenas saliências e reentrâncias presentes em uma superfície.
4
em uma superfície.
� Norma NBR ISO 4287/2002 – define termos para especificação da rugosidade:
� Superfícies
� Perfis
RUGOSIDADE
Superfície geométrica (ideal), real (com desvios de acabamento) e efetiva (avaliada pela técnica da medição)
5
RUGOSIDADE
Perfil geométrico, real, efetivo e de rugosidade (obtido a partir do perfil efetivo menos o desvio de forma - filtragem)
6
RUGOSIDADE
Perfil efetivo, obtido por medição
7
Textura primária(Rugosidade)
Textura secundária
Desvio de forma
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)
8
le =compr. amostragemlm =compr. mediçãolt = compr. total
AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE
Comprimento de amostragem (cut-off):minimizar o efeito do desvio de forma na avaliação da rugosidade (filtro)
9
FILTROS DE RUGOSIDADE
Nos instrumentos, os valores de cut-off são escolhidos conforme recomendação da norma, em função da:
A)
10
norma, em função da:� A) distância entre sulcos
(aproximadamente igual ao avanço, em superfícies periódicas)
� B) rugosidade esperada (superfícies não periódicas)
B)
FILTROS DE RUGOSIDADE
Filtros:
�Mecânicos, como a sapata (calço) presente em instrumentos de medição.
11
�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.
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.
12
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)
13
- Gauss: mais comum, presente em muitos instrumentos - Spline (vantagens sobre 2RC e Gauss)- Regressão Gaussiana Robusta (RGRF) –filtro baseado no Gauss, iterativo
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
14
-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]
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.
15
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).
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 =
16
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
PARÂMETROS DE RUGOSIDADE
Três tipos de parâmetros podem ser determinados:
17
determinados:
� Amplitude
� Espaçamento
� Híbridos
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
18
média M do perfil de rugosidade
PARÂMETROS DE AMPLITUDE
Ra – Aplicações
- Controle contínuo da rugosidade na linha de produção;
19
- Superfícies com sulcos de usinagem bem orientados (torneamento, fresagem, etc.);- Superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos.
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.
20
- 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.
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.
21
Z3, que está localizado no 3º cut-off, igual a Ry.- Obs. NBR 4287 (2002) alterou símbolo para Rt
PARÂMETROS DE AMPLITUDE
Ry – Rugosidade máxima – Aplicações (atual Rt)
- Superfícies de vedação.
22
- Assentos de anéis de vedação.- Superfícies dinamicamente carregadas.- Parafusos altamente carregados.- Superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.
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.
23
- 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.
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
24
lm
rugosidade parcial (Zi).
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
25
- 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.
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
26
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.
27
média.
PARÂMETROS DE AMPLITUDE
Rsk – Fator de assimetria(Skewness)
28
Rku – Fator de achatamento (Kurtosis)
EXEMPLO
Qual o parâmetro de amplitude adequado para especificar a rugosidade da superfície abaixo?Aplicações em escoamento de fluidos, atrito e corrosão.
29
PARÂMETROS DE ESPAÇAMENTO
Rsm – Largura média de um elemento do perfil
30
EXEMPLO
Corrosão, escoamento de fluidos – parâmetros de amplitude iguais, porém diferenças no fator de espaçamento.
31
PARÂMETROS HÍBRIDOS
RRRR∆∆∆∆q – Inclinação média quadrática do perfil
� Valores pequenos deste parâmetro indica
32
parâmetro indica superfície apropriada para reflexão da luz
EXEMPLO
Superfícies para reflexão da luz (espelhos)
33
REPRESENTAÇÃO DA RUGOSIDADE
Norma ABNT NBR 8404
34
REPRESENTAÇÃO DA RUGOSIDADE
35
MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE
Rugosímetros – determinação do perfil da rugosidade, com contato. Agulha com ponta de diamante, movimento em um eixo.
36
FONTES DE ERROS NA MEDIÇÃO
� Diâmetro da ponta da agulha
� Carga aplicada pela ponta da agulha
� Velocidade da agulha
Deslocamento lateral devido às
37
� Deslocamento lateral devido às irregularidades
� Danos causados pela sapata ou calço
� Elasticidade da superfície
OUTROS MÉTODOS DE MEDIÇÃO
Perfilômetros óticos:
� por interferometria
� por detecção do erro focal
38
Sondas de varredura microscópica:
� microscópio de força atômica (AFM)
� microscópio de tunelamento (STM)
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
39
� 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.
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
40
� 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.
Vídeos:
- Rugosidade superficialhttp://www.youtube.com/watch?v=rp5k9WSlPLI
- Parâmetros de rugosidade: http://www.youtube.com/watch?v=P6CGdzlRx2s
41
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