Rugosidade Superficial

Rugosidade das superfícies

As superfícies dos componentes mecânicos devem ser adequadas ao tipo defunção que exercem. Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que crescem as exigências do projeto.

As superfícies dos componentes deslizantes, como o eixo de um mancal, devem ser lisas para que o atrito seja o menor possível. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da tampa e da base do mancal são menores. A produção das superfícies lisas exige, em geral, custo de fabricação mais elevado. Os diferentes processos de fabricação de componentes mecânicos determinam acabamentos diversos nas suas superfícies. As superfícies, por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades. E essas irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos. Erros macrogeométricos são os erros de forma, verificáveis por meio de instrumentos convencionais de medição, como micrômetros, relógios, comparadores, projetores de perfil etc. Entre esses erros, incluem-se divergências de ondulações, ovalização, retilineidade, planicidade, circularidade etc.

Durante a usinagem, as principais causas dos erros macrogeométricos são:
• defeitos em guias de máquinas-ferramenta;

• desvios da máquina ou da peça;

• fixação errada da peça;

• distorção devida ao tratamento térmico.
Erros microgeométricos são os erros conhecidos como rugosidade. É o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície. Essas irregularidades podem ser avaliadascom aparelhos eletrônicos, a exemplo do rugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. Ela influi na:
• qualidade de deslizamento;

• resistência ao desgaste;

• possibilidade de ajuste do acoplamento forçado;

• resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes;

• qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras;

• resistência à corrosão e à fadiga;

• vedação;

• aparência.
A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas que, entre outras, são:
- imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;

- vibrações no sistema peça-ferramenta;

- desgaste das ferramentas;

- o próprio método de conformação da peça.
Conceitos básicosPara estudar e criar sistemas de avaliação do estado da superfície, é necessário definir previamente diversos termos e conceitos que possam criar uma linguagem apropriada. Com essa finalidade utilizaremos as definições da norma NBR 6405/1988.
Superfície geométrica:
Superfície ideal prescrita no projeto, na qual não existem erros de forma e acabamento. Por exemplo: superfícies plana, cilíndrica etc., que sejam, por definição, perfeitas. Na realidade, isso não existe; trata-se apenas de uma referência. A superfície geométrica é, por definição perfeita
Superfície real:

Superfície que limita o corpo e o separa do meio que o envolve.

É a superfície que resulta do método empregado na sua produção. Por exemplo: torneamento, retífica, ataque químico etc. Superfície que podemos ver e tocar.
Superfície efetiva:

Superfície avaliada pela técnica de medição, com forma aproximada da superfície real de uma peça. É a superfície apresentada e analisada pelo aparelho de medição. É importante esclarecer que existem diferentes sistemas e condições de medição que apresentam diferentes superfícies efetivas.
Perfil geométrico:
Interseção da superfície geométrica com um plano perpendicular. Por exemplo: uma superfície plana perfeita, cortada por um plano perpendicular, originará um perfil geométrico que será uma linha reta. O perfil geométrico é, por definição perfeito.
Perfil real:
Intersecção da superfície real com um plano perpendicular. Neste caso, o plano perpendicular (imaginário) cortará a superfície que resultou do método deusinagem e originará uma linha irregular.
Perfil efetivo:
Imagem aproximada do perfil real, obtido por um meio de avaliação ou medição. Por exemplo: o perfil apresentado por um registro gráfico, sem qual quer filtragem e com as limitações atuais da eletrônica.
Perfil de rugosidade:
Obtido a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliação, após filtragem.

É o perfil apresentado por um registro gráfico, depois de uma filtragem para eliminar a ondulação à qual se sobrepõe geralmente a rugosidade.
Composição da superfícieTomando-se uma pequena porção da superfície, observam-se certos elementos que a compõem.

A) Rugosidade ou textura primária

é o conjunto das irregularidades causadas pelo processo de produção, que são as impressões deixadas pela ferramenta (fresa, pastilha, rolo laminador etc.). Lembrete: a rugosidade é também chamada de erro microgeométrico.
B) Ondulação ou textura secundária

é o conjunto das irregularidades causadas por vibrações ou deflexões do sistema de produção ou do tratamentotérmico.
C) Orientação das irregularidades

é a direção geral dos componentes datextura, e são classificados como:

- orientação ou perfil periódico - quando os sulcos têm direções definidas;

- orientação ou perfil aperiódico - quando os sulcos não têm direçõesdefinidas.
D) Passo das irregularidades

é a média das distâncias entre as saliências
D1: passo das irregularidades da textura primária;
D2: passo das irregularidades da textura secundária.O passo pode ser designado pela freqüência das irregularidades.
E) Altura das irregularidades ou amplitude das irregularidades. Examinamos somente as irregularidades da textura primária.
Critérios para avaliar a rugosidade
Comprimento de amostragem (Cut off) Toma-se o perfil efetivo de uma superfície num comprimento lm, comprimento total de avaliação. Chama-se o comprimento le de comprimento de amostragem (NBR 6405/1988). O comprimento de amostragem nos aparelhos eletrônicos, chamado de cut-off (le), não deve ser confundido com a distância total (lt) percorrida pelo apalpador sobre a superfície.É recomendado pela norma ISO que os rugosímetros devam medir 5 comprimentos de amostragem e devem indicar o valor médio. A distância percorrida pelo apalpador deverá ser igual a 5 le mais a distância para atingir a velocidade de medição lv e para a parada do apalpador lm. Como o perfil apresenta rugosidade e ondulação, o comprimento de amostragem filtra a ondulação. A rugosidade H2 é maior, pois le 2 incorpora ondulação.A rugosidade H1 é menor, pois, como o comprimento le 1 é menor, ele filtra a ondulação.
Sistemas de medição da rugosidade superficialSão usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média M e o da envolvente E. O sistema da linha média é o mais utilizado. Alguns países adotam ambos os sistemas. No Brasil - pelas Normas ABNT NBR 6405/1988 eNBR 8404/1984 -, é adotado o sistema M.
Sistema MNo sistema da linha média, ou sistema M, todas as grandezas da medição da rugosidade são definidas a partir do seguinte conceito de linha média: Linha média 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 à soma das áreas inferiores, no comprimento da amostragem (l e).A1 e A2 áreas acima da linha média = A3 área abaixo da linha média.A1 + A2 = A3
Parâmetros de Rugosidade

A superfície de peças apresenta perfis bastante diferentes entre si. As saliências e reentrâncias (rugosidade) são irregulares. Para dar acabamento adequado às superfícies é necessário, portanto, determinar o nível em que elas devem ser usinadas, ou seja, deve-se adotar um parâmetro que possibilite avaliar a rugosidade.
Rugosidade média (Ra)
É a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento (yi), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja área é igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pelalinha média, tendo por comprimento o percurso de medição (lm).Esse parâmetro é conhecido como:Ra (roughness average) significa rugosidade média;CLA (center line average) significa centro da linha média, e é adotado pela norma inglesa. A medida é expressa em micropolegadas (min = microinch).O parâmetro Ra pode ser usado nos seguintes casos:
• Quando for necessário o controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção;• Em superfícies em que o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados (torneamento, fresagem etc.);• Em superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estético. Vantagens do parâmetro Ra
É o parâmetro de medição mais utilizado em todo o mundo.É aplicável à maioria dos processos de fabricação. Devido a sua grande utilização, quase todos os equipamentos apresentam esse parâmetro (de forma analógica ou digital eletrônica).Os riscos superficiais inerentes ao processo não alteram muito seu valor. Para a maioria das superfícies, o valor da rugosidade nesse parâmetro está de acordo com a curva de Gauss, que caracteriza a distribuição de amplitude. Desvantagens do parâmetro Ra
O valor de Ra em um comprimento de amostragem indica a média da rugosidade. Por isso, se um pico ou vale não típico aparecer na superfície, o valor da média não sofrerá grande alteração, ocultando o defeito.O valor de Ra não define a forma das irregularidades do perfil. Dessa forma, poderemos ter um valor de Ra para superfícies originadas de processos diferentes de usinagem.Nenhuma distinção é feita entre picos e vales.Para alguns processos de fabricação com freqüência muito alta de vales ou picos, como é o caso dos sinterizados, o parâmetro não é adequado, já que a distorção provocada pelo filtro eleva o erro a altos níveis.Indicação da rugosidade Ra pelos números de classeA norma NBR 8404/1984 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos esclarece que a característica principal (o valor) da rugosidade Ra pode ser indicada pelos números da classe de rugosidade correspondente, conforme tabela a seguir.
CLASSE DE RUGOSIDADE RUGOSIDADE RA (valor em mm)
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 desvio médio aritmético é expresso em micrometro (mm).
Medição da rugosidade (Ra)
Na medição da rugosidade, são recomendados valores para o comprimento da amostragem, conforme tabela abaixo.

TABELA DE COMPRIMENTO DA AMOSTRAGEM (CUT OFF)
RUGOSIDADE RA (mm)
MÍNIMO COMPRIMENTO DE AMOSTRAGEM L (CUT OFF) (mm)
De 0 até 0,1 0,25
Maior que 0,1 até 2,0 0,80
Maior que 2,0 até 10,0 2,50
Maior que 10,0 8,00

Simbologia, equivalência e processos de usinagem
A tabela que se segue, classifica os acabamentos superficiais geralmente encontrados na indústria mecânica - em 12 grupos, e as organiza de acordo com o grau de rugosidade e o processo de usinagem que pode ser usado em sua obtenção. Permite, também, visualizar uma relação aproximada entre a simbologia de triângulos, as classes e os valores de Ra (mm). Rugosidade máxima (Ry)
Está definido como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no percurso de medição (lm) O parâmetro Ry pode ser empregado nos seguintes casos:
• Superfícies de vedação;• Assentos de anéis de vedação;• Superfícies dinamicamente carregadas;• Tampões em geral;• Parafusos altamente carregados;• Superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.
Vantagens do parâmetro Ry
Informa sobre a máxima deteriorização 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 parâmetro Ra (que dilui o valor dos picos e vales).
Desvantagens do parâmetro Ry
Nem todos os equipamentos fornecem o parâmetro. E, para avaliá-lo por meio de um gráfico, é preciso ter certeza de que o perfil registrado é um perfil de rugosidade. Caso seja o perfil efetivo (sem filtragem), deve ser feita umafiltragem gráfica.Pode dar uma imagem errada da superfície, pois avalia erros que muitas vezes não representam a superfície como um todo. Por exemplo: um risco causado após a usinagem e que não caracteriza o processo.Individualmente, não apresenta informação suficiente a respeito da superfície, isto é, não informa o formato da superfície.
Rugosidade total (Rt)
Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm), independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi). .Ambos configuram a profundidade total da rugosidade Rt.O parâmetro Rt tem o mesmo emprego do Ry, mas com maior rigidez, pois considera o comprimento de amostra igual ao comprimento de avaliação.
Vantagens do parâmetro Rt
É mais rígido na avaliação que o Ry, pois considera todo o comprimento de avaliação e não apenas o comprimento de amostragem (1 valor de cut off).É mais fácil para obter o gráfico de superfície do que com o parâmetro Ry .Tem todas as vantagens indicadas para o Ry.
Desvantagem do parâmetro Rt
Em alguns casos, a rigidez de avaliação leva a resultados enganosos. Rugosidade média (Rz)
Corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial.Rugosidade parcial (Z i) é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média, existentes no comprimento de amostragem (cut off). Na representação gráfica do perfil, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximo e mínimo do perfil, no comprimento de amostragem (le).O parâmetro Rz pode ser empregado nos seguintes casos:
Pontos isolados não influenciam na função da peça a ser controlada. Por exemplo: superfícies de apoio e de deslizamento, ajustes prensados etc.;Em superfícies onde o perfil é periódico e conhecido.
Vantagens do parâmetro Rz
Informa a distribuição média da superfície vertical.É de fácil obtenção em equipamentos que fornecem gráficos.Em perfis periódicos, define muito bem a superfície.Riscos isolados serão considerados apenas parcialmente, de acordo com o número de pontos isolados.
Desvantagens do parâmetro Rz
Em algumas aplicações, não é aconselhável a consideração parcial dos pontos isolados, pois um ponto isolado acentuado será considerado somente em 20%, mediante a divisão de. Assim como o Ry, não possibilita nenhuma informação sobre a forma do perfil, bem como da distância entre as ranhuras.Nem todos os equipamentos fornecem esse parâmetro.
Rugosidade média do terceiro pico e vale (R 3Z )
Consiste na média aritmética dos valores de rugosidade parcial (3Zi), correspondentes a cada um dos cinco módulos (cut off). Em cada módulo foram traçadas as distâncias entre o terceiro pico mais alto e o terceiro vale mais fundo, em sentido paralelo à linha média.O parâmetro R3Z pode ser empregado em:
• Superfícies de peças sinterizadas;• Peças fundidas e porosas em geral.
Vantagens do parâmetro R 3Z
Desconsidera picos e vales que não sejam representativos da superfície.Caracteriza muito bem uma superfície que mantém certa periodicidade do perfil ranhurado.É de fácil obtenção com equipamento que forneça gráfico.
Desvantagens do parâmetro R 3Z
Não possibilita informação sobre a forma do perfil nem sobre a distânciaentre ranhuras.Poucos equipamentos fornecem o parâmetro de forma direta.