AULA 1 ESTADO DE SUPERFÍCIE. Professores

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1 AULA 1 ESTADO DE SUPERFÍCIE SEM Fabricação Mecânica por Usinagem Professores Alessandro Roger Rodrigues Renato Goulart Jasinevicius

2 INTRODUÇÃO Superfícies de peças: devem ser adequadas à função que exercerá Processo de fabricação: imprime sua rugosidade característica Quanto mais lisa a superfície, maior o custo de sua produção

3 INFLUÊNCIA DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO NA RUGOSIDADE Fresamento a seco com fresa de topo esférica em material endurecido

4 RUGOSIDADE X CUSTO X FUNÇÃO Rolamento

5 ERROS GEOMÉTRICOS EM SUPERFÍCIES Macrogeométricos: Erros de forma verificáveis em micrômetros, projetores de perfil, relógios comparadores Tipos: ondulações, ovalizações, retilineidade, planicidade, circularidade etc Causas: defeitos em guias, desvios da máquina ou peça, fixação errada da peça, distorções térmicas da peça etc Microgeométricos: Rugosidade: conjunto de irregularidades compostas de picos e vales que caracterizam qualquer superfície Influência: deslizamento, desgaste, aderência, ajuste, escoamento de fluidos, vedação, aparência, corrosão, fadiga etc Causas: vibrações no contato peça-ferramenta, desgaste da ferramenta etc

6 SUPERFÍCIES Ideal Real Efetiva

7 PERFIS Ideal Real Efetiva

8 COMPOSIÇÃO DA SUPERFÍCIE

9 CRITÉRIOS PARA AVALIAR A RUGOSIDADE l m : comprimento total de avaliação l e : comprimento de amostragem (cut-off) l v : comprimento para atingir a velocidade do apalpador l n : comprimento para parada do apalpador Medição de 5 cut-offs (Norma ABNT 6405/1988)

10 CUT-OFF (l e = c ) x PROCESSO DE FABRICAÇÃO

11 SISTEMAS DE MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE Sistema M (linha média): linha paralela à direção geral do perfil, no comprimento de amostragem, tal que: Área A1 + Área A2 = Área A3

12 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE Amplitude Espaçamento Híbrido

13 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE (AMPLITUDE) Conhecido como R a ou CLA (Center Line Average) Uso: controle contínuo de produção, em processos de fabricação com sulcos bem orientados (torneamento, fresamento etc) e superfícies estéticas. Vantagem: mais usado no mundo, aplicado na maioria dos processos de fabricação, todos os rugosímetros medem. Desvantagens: oculta efeito de picos ou vales atípicos, não define a forma da rugosidade, sem distinção entre picos e vales, não adequado a peças sinterizadas.

14 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE (AMPLITUDE) Conhecido como R q ou RMS (Root Mean Square). Representa a desvio padrão do perfil de rugosidade. Uso: componentes ópticos e eletrônicos. Vantagem: acentua o efeito dos valores do perfil que se afastam da média. Desvantagens: não detecta diferenças de espaçamento ou a presença não frequente de picos altos e vales profundos. R a R q

15 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE (AMPLITUDE) Conhecido como R y. Indica o maior valor das rugosidades parciais Z i. Uso: superfícies de vedação, superfícies dinamicamente carregadas etc. Vantagem: indica a deterioração da superfície, fácil obtenção, grande difusão, complementa o R a. Desvantagens: nem todos os rugosímetros medem, cuidado ao obtê-lo sem filtragem, não informa o formato da superfície. Diversas formas com R y igual

16 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE (AMPLITUDE) Conhecido como R t. Indica a distância vertical entre o pico mais elevado e o vale mais profundo. Uso: idem ao R y. Vantagem: mais rígido que o R y (considera todo comprimento de avaliação), mais fácil de ser obtido graficamente e demais vantagens do R y. Desvantagens: pode levar a resultados pontuais enganosos (vales isolados e profundos).

17 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE (AMPLITUDE) Conhecido como R z. Corresponde à média de 5 valores de rugosidade parcial. Uso: superfícies periódicas e conhecidas, onde pontos isolados não afetam sua função. Vantagem: informa a distribuição média das rugosidades, define muito bem superfícies periódicas. Desvantagens: nem todos os rugosímetros medem, não informa o formato da superfície e nem os espaçamentos das rugosidades.

18 PARÂMETRO DE RUGOSIDADE (ESPAÇAMENTO) Conhecido como R sm. Largura média de um elemento do perfil de rugosidade. Uso: superfícies sujeitas à corrosão e escoamento de fluidos. Mesma amplitude, porém espaçamentos distintos

19 PARÂMETRO DE RUGOSIDADE (HÍBRIDO) Conhecido como R Dq. Inclinação média quadrática do perfil de rugosidade. Uso: superfícies ópticas. Menos reflexão da luz Mais reflexão da luz

20 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros R (2D): R p, R v etc

21 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros S (3D): S a, S q, S z, S t etc

22 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros S (3D): S a, S q, S z, S t etc

23 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros S (3D): S a, S q, S z, S t etc

24 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros estatísticos: R sk, S sk, R ku, S ku etc

25 DEMAIS PARÂMETROS Parâmetros estatísticos: R sk, S sk, R ku, S ku S sk < 0 S ku > 3 S sk > 0 S ku < 3

26 ESCOLHA DO COMPRIMENTO DE AMOSTRAGEM Cut-off recomendados pela Norma ISO

27 FORMAS DE MEDIR A RUGOSIDADE (COM CONTATO) Portátil Mesa Perfis reais no fresamento

28 MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE COM CONTATO Ponta diamante: raio = 0,5 a 15 mm Motor ultrapreciso (deslocamento submicrométrico 0,25 a 0,50 mm) Resolução eixo z: 1 nm Força: 0,1 a 10 mn

29 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Perfilômetro ótico 2D Resolução eixo z: < 1 nm Resolução eixos x-y: 1 a 2,5 mm Sem contato: interferência de luz 3D

30 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Perfilômetro ótico: princício de funcionamento

31 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Sondas de varredura microscópica Ponta de Si ou Si 3 N 4 : raio = 1 a 20 nm Resolução eixo z: 0,01 nm Força: 100 pn a 100 nn Processo lento Área: 100 mm x 100 mm Altura: 10 mm Microscópio de força atômica (AFM)

32 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Sondas de varredura microscópica Princípio de funcionamento: Microscópio de força atômica (AFM)

33 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Sondas de varredura microscópica Átomos de Si obtidas de SiC Átomos de C em Grafite Microscópio de Tunelamento (STM) Ponta de W Resolução lateral: 0,1 nm Resolução eixo z: 0,01 nm Sem contato Semicondutor orgânico em moléculas de PTCDA (Dianidrido Perilenetetra carboxílico)

34 FORMAS DE MEDIR RUGOSIDADE (SEM CONTATO) Sondas de varredura microscópica Princípio de funcionamento: Microscópio de Tunelamento (STM)

35 RUGOSIDADE CINEMÁTICA x DINÂMICA R max = R t = f² / 8.r e Interação peça-ferramenta no torneamento externo R a 0,0312.f r e 2

36 FONTES DE ERROS NA MEDIÇÃO Diâmetro da ponta da agulha Carga aplicada pela ponta da agulha Velocidade da agulha Deslocamento lateral devido às irregularidades Danos causados pela sapata ou calço Elasticidade da superfície

37 SIMBOLOGIA QUALITATIVA

38 SIMBOLOGIA QUANTITATIVA

39 EQUIVALÊNCIA ENTRE SIMBOLOGIAS

40 INDICAÇÃO EM PROJETO símbolo básico remoção exigida remoção não permitida valor único intervalo

41 INDICAÇÃO BÁSICA EM PROJETO

42 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRIAS

43 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRIAS

44 INDICAÇÃO COMPLETO EM PROJETO

45 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E RUGOSIDADE

46 TOLERÂNCIA DIMENSIONAL x RUGOSIDADE

47 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO blocos padrão,guias de instrumentos de medição de alta precisão = 0,01 μm superfícies de medidas de micrômetros = 0,02 μm calibradores,elementos de válvulas de alta pressão = 0,03 μm agulhas de rolamento, super acabamento de camisas de bloco de motor = 0,04 μm pistas de rolamentos = 0,05 μm camisa de bloco de motores = 0,06 μm eixos montados em mancais de teflon, atuando com velocidade média = 0,1 μm flancos de engrenagens, guias de mesas de máquinas-ferramentas = 0,3 μm tambores de freios, válvulas de esferas = 0,6 μm superfícies usinadas em geral, alojamento de rolamentos = 2 a 3 μm superfícies desbastadas por usinagem = 4 μm superfícies fundidas, estampadas = 5 a 15 μm peças fundidas, forjadas e laminadas = > 15 μm

48 EXEMPLO DE APLICAÇÃO

49 EXEMPLO DE APLICAÇÃO

50 REFERÊNCIAS Silva, A., Ribeiro, C. T., Dias, J., Souza, L. Desenho Técnico Moderno. Ed. LTC, 4ª ed., 475p Agostinho, O., Rodrigues, A. C. S., Lirani, J. Tolerâncias, Ajustes, Desvios e Análise de Dimensões. Ed. Edgard Blücher, 43ª ed., 295p Novaski, O. Introdução à Engenharia de Fabricação Mecânica. Ed. Edgard Blücher, 1ª ed., 120p., ABNT NBR ISO 4287:2002. Especificações geométricas do produto (GPS) - Rugosidade: Método do perfil - Termos, definições e parâmetros da rugosidade. ABNT NBR ISO 4288:2008. Especificações geométricas de produto (GPS) - Rugosidade: Método do perfil - Regras e procedimentos para avaliação de rugosidade. ABNT NBR 8404:1984. Indicação do estado de superfícies em desenhos técnicos - Procedimento.