Rugosidade

1. INTRODUÇÃO

Erros microgeométricos, também conhecidos como rugosidade, são aqueles detectados apenas com instrumentos de medição de precisão, como rugosímetro e perfilóscopio. Segundo Silva (2006, p. 240), a rugosidade pode ser definida como “medidas das irregularidades que constituem a superfície”. Possui grande influência comportamento dos componentes mecânicos.

O grau de acabamento de uma peça “indica a maior ou menor dimensão do conjunto de irregularidades superficiais resultantes da fabricação da peça. O valor da rugosidade é indicativo do grau de acabamento superficial” (SILVA, 2006, p. 240). Esse grau de acabamento interfere diretamente em componentes mecânicos que trabalham acoplados, sendo preciso, portanto, dimensionar as máximas e mínimas “irregularidades” que uma peça pode apresentar.

O grau da rugosidade interfere também na aparência da peça; resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras; possibilidade de ajuste do acoplamento forçado; qualidade de deslizamento; resistência ao desgaste; resistência à corrosão e à fadiga; vedação.

Segundo Silva (2006, p. 240) “Estrias são os sulcos deixados na superfície pelas ferramentas durante a fabricação. Estes sulcos podem ter orientações bem definidas, podendo inclusivamente ser especificadas nos desenhos”. A direção das estrias são especificadas no desenho técnico de acordo com a solicitação do projeto.

Ainda de acordo com Silva (2006, p. 240) o “Perfil da superfície resulta da interseção da superfície real com o plano especificado, que lhe é perpendicular”.

2. DESENVOLVIMENTO

Composição da superfície

A composição da superfície é obtida a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliação, após filtragem.

Perfil Efetivo de Uma Superfície

A) Rugosidade ou Textura Primaria:

É um conjunto das irregularidades, devido ao processo de produção, repetidas em ondas de comprimento bem maior que sua amplitude. São as impressões deixadas pela ferramenta (fresa, pastilha, rolo laminador etc.).

B) Ondulações ou textura secundária:

É um conjunto das irregularidades, devido às vibrações ou deflexões do sistema de produção ou do tratamento térmico, repetidas em ondas de comprimento semelhantes à sua amplitude. A frequência destas ondas são bastante elevadas.

Sistema de Medição

São utilizados dois sistemas básicos de medição da rugosidade:

• Linha Média M

O sistema da linha média é o mais utilizado. A norma ABNT NBR 6405-1985 adota no Brasil o Sistema M. O sistema M (linha média) consiste em se determinar a linha média que divide as áreas do perfil de rugosidade.

No sistema da linha média, ou sistema M, todas as grandezas da medição da rugosidade são definidas a partir de uma linha de referência, a linha Media.

Linha média é a linha disposta paralelamente à direção geral do perfil, dentro do percurso de medição, para que a soma das áreas superiores, compreendidas entre ela e o perfil efetivo, resulte na soma das áreas inferiores.

• Envolvente

Este sistema tem por base as linhas envoltórias descritas pelo centro de dois círculos de raios R (geralmente de 250mm) e r (geralmente de 25mm), respectivamente, que rolam sobre o perfil real da peça.

As linhas AA e CC assim geradas são deslocadas, paralelamente a si mesmas, em direção perpendicular ao perfil geométrico até tocarem o perfil real da peça, ocupando então as posições BB e DD. A rugosidade é definida como sendo o erro do perfil real da peça em relação à linha DD. O erro da linha DD em relação à linha BB é considerado como ondulação.

Por fim é considerado erro de forma o erro da linha BB em relação ao perfil geométrico.

Parâmetros de Rugosidade – Tipos, Vantagens e Desvantagens

A superfície de peças apresenta perfis bastantes diferentes umas das outras, as saliências e reentrâncias (rugosidade) são muito irregulares. Deste modo para dar um acabamento adequado para as superfícies destas peças e preciso determinar o nível em que elas devem ser usinadas, onde é adotado um parâmetro que possa avaliar a rugosidade. Pois o acabamento superficial de uma peça influencia seu desempenho em diversas operações e é a variável mais importante para os controles de peças numa produção, sendo necessário o conhecimento desses parâmetros de rugosidade para sua respectiva escolha.

Rugosidade Média (Ra):

Esta rugosidade 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 pela linha média, tendo por comprimento o percurso de medição (lm).

Este parâmetro pode ser utilizado quando é necessário o controle da rugosidade continuamente nas linhas de produção, devido a sua fácil obtenção. Quando for em superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos e em superfícies em que o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados.

Vantagens:

• Diversificação nos equipamentos de medida, devido a sua grande utilização.

• É o parâmetro mais utilizado mundialmente.

• É aplicado na maioria dos processos de fabricação.

Desvantagens:

• O valor de Ra em um comprimento da amostra indica a média da rugosidade, caso ocorra alguma pico ou vale não típico , o valor desta média não sofrerá grandes alterações, escondendo o defeito.

• Nenhuma distinção é feita entre picos e vales.

• Não é adequado para processos de fabricação com grande ocorrência de vales e picos.

Rugosidade Máxima (Ry):

É definido como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no percurso de medição (lm).

Para que se possa evidenciar a rugosidade máxima, observando a figura anterior pode-se perceber que o maior valor parcial é o Z3, que está situado no 3º cut off, e que assim corresponde à rugosidade Ry.

O parâmetro de rugosidade máxima deve ser empregado para as superfícies de vedação, tampões em geral, assentos de anéis de vedação, superfícies dinamicamente carregadas, parafusos altamente carregados e superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.

Vantagens:

• É de fácil obtenção quando o equipamento de medição fornece o gráfico da superfície.

• Informa sobre a máxima deteriorização de superfície vertical da peça.

• Tem aplicação na maioria dos países e fornece informações complementares ao parâmetro Ra.

Desvantagens:

• De forma isolada, não apresenta informações contundentes a respeito da superfície, ou seja, não fornece o formato da superfície.

• Nem todos os equipamentos de medição fornecem este parâmetro.

• Pode gerar imagem errada da superfície, pois avalia erros que muitas vezes não representam a superfície como um todo.

Rugosidade Total (Rt):

Esta rugosidade 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).

Na imagem de rugosidade total, pode-se perceber que o pico mais alto está no retângulo Z1, e que o vale mais fundo encontra-se no retângulo Z3. Onde os dois configuram a profundidade total da rugosidade Rt.

Vantagens:

• O parâmetro Rt tem o mesmo emprego do parâmetro Ry, mas com uma maior rigidez, pois o comprimento de amostra é considerado igual ao comprimento de avaliação.

• É mais fácil para obter o gráfico de superfície do que como parâmetro Ry.

• É mais rígido na avaliação do que o Ry, pois considera todo o comprimento de avaliação e não apenas o comprimento de amostragem.

Desvantagens:

• Em determinados casos, a rigidez de avaliação leva a resultados enganosos.

Rugosidade de Profundidade Média (Rz):

A rugosidade de profundidade (Rz) é a distância vertical entre o pico mais alto e o mais profundo vale dentro de uma amostragem de comprimento. Sendo a média aritmética dos Rzi em amostragem consecutivos, isto é, é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média, existentes no cut off (comprimento de amostragem).

Na representação gráfica do perfil, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximo e mínimo do perfil, no comprimento de amostragem (le).

Este tipo de rugosidade pode ser empregado nos casos em que, os pontos isolados não influenciam na função da peça a ser controlada e em superfícies onde o perfil é periódico e conhecido.

Vantagens:

• Informa a distribuição média da superfície vertical.

• Em perfis periódicos, define muito bem a superfície.

• É de fácil obtenção em equipamentos que fornecem gráficos.

Desvantagens:

• Podem se aplicados somente em casos específicos: em superfícies onde o perfil é periódico e conhecido.

• Pontos isolados não influenciam na função da peça a ser controlada.

Rugosidade Média do terceiro pico e vale (R3z):

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 distancias entre o terceiro pico mais alto e o terceiro vale mais profundo, em sentido paralelo à linha média.

A figura ilustra os cinco módulos com os sus valores de 3zi (i= de 1 a 5).

Este parâmetro de rugosidade pode ser empregado nas superfícies de peças sinterizadas e em peças fundidas e porosas em geral.

Vantagens:

• Caracteriza muito bem uma superfície que mantém certa periodicamente do perfil ranhudo.

• É de fácil obtenção com equipamentos que forneça gráfico.

• Desconsidera picos e vales que não sejam representativos da superfície.

Desvantagens:

• Não possibilita informação sobre a forma do perfil nem sobre a distância entre as ranhuras.

• Poucos equipamentos fornecem o parâmetro de forma direta.

Representação de Rugosidade – Simbologia, Direções

A rugosidade representada nos desenhos técnicos é utilizada com símbolo da Figura 1a. Ao indicar a rugosidade, sempre expressa em µm, e disposta no interior do símbolo, mostrado na Figura 1b. Conforme a ABNT, a rugosidade sempre será indicada com as medidas de Ra. Quando houver indicações complementares, acrescenta-se uma linha horizontal ao traço maior do símbolo mostrado na Figura 1c e 1d. Sobre a linha indicará o processo subsequente a ser realizado como acabamento (retificar, tornear, polir, etc.). Sob a linha horizontal, pode-se indicar a orientação preferencial dos sulcos de usinagem.

Figura 1

Na norma NBR 8404/1984 aborda-se sobre a Indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos, que faz uma especificação sobre a característica principal (o valor) da rugosidade aritmética ou média (RA) podendo ser indicada pelos números da classe de rugosidade correspondente, conforme quadro a seguir:

Tabela 1

A seguir tabela com a simbologia e processos de usinagem equivalentes, é classificada pelos acabamentos superficiais geralmente encontrados numa indústria mecânica em graus e os organiza de acordo com grau de rugosidade e o processo de usinagem que pode ser usado em sua obtenção. Permite também a visualizar uma relação aproximada entre a simbologia de triângulos, as classes e os valores de RA (µm).

Tabela 2

Disposição das indicações de estado de superfície:

Quadro 2

Quadro 3

Quadro 4

Instrumentos de medição

O rugosímetro é um dispositivo eletrônico empregado na indústria para verificar a superfície de peças e ferramentas (rugosidade). Assegura um alto padrão de qualidade nas medições. Utilizado na análise das discrepâncias relacionadas à rugosidade de superfícies.

Os rugosímetros podem ser classificados em dois grandes grupos:

 Aparelhos que só realizam a leitura dos parâmetros de rugosidade (que pode ser tanto analógica quanto digital).

 Aparelhos que realizam a leitura, mas também permitem o registro, em papel, do perfil efetivo da superfície.

Os rugosímetros que realizam apenas leitura são mais utilizados em linhas de produção, enquanto os que também registram têm sido mais utilizado nos laboratórios, pois representam em forma de gráfico o que é importante para uma análise mais profunda da textura superficial.

Os dispositivos para avaliar a textura superficial são compostos das seguintes partes:

Apalpador - Também conhecido como “pick-up”, ele desliza sobre a superfície a ser verificada, levando os sinais da agulha apalpadora, de diamante, até o amplificador.

Unidade de acionamento - Desloca o apalpador sobre a superfície, numa velocidade constante e por uma distância desejável, mantendo-o na mesma direção.

Amplificador - Contém a parte eletrônica principal, dotada de um indicador de leitura que recebe os sinais da agulha, amplia-os, e os calcula em função do parâmetro escolhido.

Registrador - É um acessório do amplificador (em certos casos fica incorporado a ele) e fornece a reprodução, em papel, do corte efetivo da superfície.

2.1. OBJETIVO GERAL

Este trabalho técnico visa o aprendizado do tema por parte dos alunos (autores).

2.1.1. Objetivos Específicos

• Definição de Rugosidade;

• Explicação da importância do estudo sobre o tema;

• Citar vantagens e desvantagens dos parâmetros da rugosidade.

2.2. METODOLOGIA

Para a elaboração deste trabalho foram utilizados o prévio conhecimento dos autores; a bibliografia disponibilizada pelo professor, em forma de slide; livros e apostila de desenho técnico; materiais online (sites e vídeos relacionados ao tema).

3. CONCLUSÕES

Ao final deste trabalho concluímos que o estudo da rugosidade é muito importante para a indústria, devido a necessidade de se trabalhar com acoplamentos de peças. Um nível mínimo e máximo de rugosidade deve ser definido afim de se obter um perfeito funcionamento mecânico.

4. REFERÊNCIAS

SILVA, Arlindo et al. Desenho técnico Moderno. 4ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

<http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/tolerancias.asp> acessado em 12 de maio de 2014

<http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/parametrorugosidade.asp> acessado em 12 de maio de 2014

Apostila de Desenho mecânico, elaborado e revisado por Norimar de Melo Verticchio, 2012