3
Introdução Os primeiros estudos relativos à medição de superfície iniciaram entre as décadas de 20 e 30 (SHAFFER, 1998; STOUT, 1997 citado por BET, 1999). No início dos anos 30 foram desenvolvidos os primeiros equipamentos de medição de estado de superfície (SHOUT, 1995 citado por BET, 1999). A partir daí desenvolveram-se diversos equipamentos e métodos de medição de estado de superfície. Inicialmente, o Rugosimetro destinava-se somente à avaliação da rugosidade ou textura primária. Com o tempo, apareceram os critérios para avaliação da textura secundária, ou seja, a ondulação, e muitos aparelhos evoluíram para essa nova tecnologia. Mesmo assim, por comodidade, conservou-se o nome genérico de Rugosimetro também par a esses aparelhos que, além de rugosidade, medem a ondulação. Para medição de superfície foram desenvolvidos inicialmente aparelhos para metais. Com a demanda crescente por outros materiais e a exigência do mercado na busca de um produto de melhor qualidade, surgiu a necessidade de medição do estado de superfície para esses tipos de materiais. Rugosímetro O Rugosímetro é um aparelho eletrônico amplamente empregado na indústria para verificação de superfície de peças e ferramentas (rugosidade). O Rugosímetro assegura um alto padrão de qualidade nas medições e destina-se à análise dos problemas relacionados à rugosidade de superfícies, o aparelho pode ser classificado em dois grandes grupos: Aparelhos que fornecem a leitura dos parâmetros de rugosidade (que pode ser analógico e digital) e Aparelhos que, além da leitura, permitem o registro em papel do perfil efetivo da superfície. Os primeiros são mais empregados em linhas de produção, enquanto os segundos têm mais uso nos laboratórios, pois também apresentam um gráfico que é importante para uma análise mais profunda da textura superficial. Os aparelhos para avaliação da textura superficial são compostos das seguintes partes: Apalpador – Apalpador – também chamado de “pick “pick -up”, desliza sobre a superfície que será verificada, levando os sinais da agulha apalpadora, de diamante, até o amplificador.
4
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.
5
Processo da determinação da rugosidade Esse processo consiste, basicamente, em percorrer a rugosidade com um apalpador de formato normalizado, acompanhado de uma guia (patim) em relação ao qual ele se move verticalmente. Enquanto o apalpador acompanha a rugosidade, a guia (patim) acompanha as ondulações da superfície. O movimento da agulha é transformado em impulsos elétricos e registrado no mostrador e no gráfico.
Utilização do Rugosímetro Durante o processo de usinagem, são deixadas marcas ou sulcos pela ferramenta nas superfícies. Essas irregularidades são chamadas de rugosidades ou textura primária, sendo que esse tipo de irregularidade é também chamado de erro. Sua medição é possível devido ao auxílio de circuitos eletrônicos, no qual aparelhos baseados em sistemas, que utilizam uma pequena agulha para percorrer uma amostra da superfície, definem numericamente ou graficamente o seu perfil. A rugosidade e a ondulação são parâmetros aceitos para controle e qualificação de superfícies (DINICHERT, 1973; SME, 1987; WHITEHOUSE, 1994 citado por BET, 1999). Os parâmetros de medição de rugosidade são divididos em três classes distintas: aqueles que se baseiam na medida da profundidade da rugosidade, os que se baseiam em medidas horizontais e os que se baseiam em medidas proporcionais. Para aqueles que se fundamentam em medidas de profundidade, os seguintes parâmetros ficam definidos: Ra dado pelo comprimento de amostragem, que indica a medida da rugosidade; Rq - que é a raiz da média dos quadrados das ordenadas do perfil efetivo; Rz - a média aritmética dos valores de rugosidade parcial; Rt - a distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo; Rmax - a maior das rugosidades parciais. Naqueles, onde as medidas horizontais são fundamentais, os parâmetros a serem medidos são: Lc - que é o comprimento do contato a uma profundidade abaixo da saliência mais alta; e Tp - a fração de contato a determinada profundidade. Por último, os parâmetros de medição de rugosidade fundamentados em medidas proporcionais têm como variáveis: Ke - definido como coeficiente de esvaziamento; e Kp - que é o coeficiente de enchimento.
6
Como os aparelhos funcionam por apalpamento, o Rugosímetro não oferece uma análise bidimensional da superfície. Uma aparelhagem relativamente simples permite medir essa segunda dimensão através da multiplicação dos perfis paralelos da mesma superfície. O contato desse apalpador com a superfície da peça provoca uma espécie de erosão. Princípios da medição Nas peças cujo acabamento é obtido mediante processos de usinagem resulta difícil a obtenção da superfície ideal prescrita no projeto, já que os médios técnicos utilizados na sua fabricação não produzem uma superfície real coincidente com a nominal ou ideal esperada. Isto ocorre pela superposição de toda uma série de alterações na superfície real da peça, tais como as representadas na Figura abaixo.
Desvios de forma, ondulações e rugosidade superficial.
A rugosidade é função do tipo de acabamento, da máquina-ferramenta ou do processo de fabricação utilizado. Para avaliá-la, utilizam-se Rugosímetro óticos, a laser ou eletromecânicos, também, padrões de rugosidade. Estes padrões permitem a avaliar o acabamento superficial de peças por comparação visual e táctil com superfícies de diferentes acabamentos obtidas pelo mesmo processo de fabricação.
7
Avaliação de rugosidade utilizando padrões de rugosidade.
Rugosímetro mecânico em 1941.
Os Rugosímetros evoluíram desde então, sendo mais compactos e sofisticados. A Figura abaixo mostra um rugosímetro digital da Tylor Hobson.
8
Rugosímetro digital.
Por sua vez, a Figura abaixo apresenta um rugosímetro a la ser da Taylor Hobson.
Rugosímetro a Laser
9
Este moderno equipamento permite medições de rugosidade com elevada exatidão e fornece o perfil tridimensional das irregularidades.
Superfície da peça.
10
Existe também o rugosímetro digital portátil – Modelo TR200
Para medir a rugosidade superficial, com este rugosímetro, o sensor deve ser posicionado sobre uma parte da superfície em análise e, a partir do ponto inicial, ele traça um percurso a velocidade constante. A rugosidade da superfície, no momento em que é feito o percurso de medição, causa um deslocamento no sensor, resultando em uma mudança do valor indutivo nas bobinas internas do mesmo. Consequentemente há a geração de um sinal analógico proporcional à variação da rugosidade superficial medida. O sinal analógico é recebido por um bloco do circuito responsável por amplificá-lo e processá-lo utilizando filtros digitais e um DSP (Digital Signal Processing). Após o processamento dos dados, estes são enviados para o display ou, ainda, existe a opção de serem impressos através da interface de comunicação RS232. O procedimento de medição da rugosidade superficial se inicia com a preparação do rugosímetro no intuito de garantir a precisão das mes mas. As etapas a seguir são: ligar a chave da bateria para verificar a carga da mesma; limpar a superfície a ser verificada; posicionar o aparelho e o sensor de forma correta sobre a área a ser medida, isto é, perpendicularmente aos riscos da rugosidade a ser medida. O sensor do rugosímetro TR200 é do tipo indutivo, com escala de medição de 160 µm. Com relação à resolução pode-se dizer que é variável, podendo ser de 0,1 e 0,01 mm. As microirregularidades conhecidas como rugosidade se distribuem normalmente em forma tridimensional nas superfícies das peças, entretanto, para seu estudo é possível simplificar suas características a duas dimensões. Em outras palavras, é possível estudar o perfil real obtido mediante o processo de acabamento utilizado. Esta simplificação se justificada pelo fato de que experimentalmente tem-se comprovado que para texturas de caráter
11
unidirecionais, o valor da rugosidade dependerá da direção escolhida para sua medição e alcançará seus valores máximos em um plano perpendicular à direção 83 das marcas deixadas pela ferramenta de corte, a exemplo, no torneamento, no fressamento e inclusive na retificação. Para texturas multidirecionais, os valores da rugosidade são usualmente independentes da direção de medição escolhida, tal é o caso dos processos de lapidação e superacabamento, entre outros. A importância em estudar a rugosidade reside no fato de ela influenciar diretamente as características funcionais das peças, por estar ligada a fatores como: resistência ao desgaste, transmissão de calor, resistência à fadiga e lubrificação. Além disso, a qualidade do acabamento superficial incide notavelmente no custo de produção das peças, devido a que valores de rugosidades indicativos de uma alta qualidade no acabamento superficial, representam sempre um aumento do custo de produção de um componente qualquer. Desta forma, resulta importante estabelecer e adotar métodos de avaliação da rugosidade superficial, que satisfaçam as necessidades atuais da indústria de construção mecânica. Para avaliar a rugosidade superficial são usados dois sistemas básicos nos diversos países, a saber, o da linha média M e o da envolvente E. O sistema da linha média é o mais utilizado no mundo todo e foi adotado no Brasil, através da norma ABNT P-NB-13 (1963).
12
Referências bibliográficas: http://www1.univap.br/~levb/RZarur_LEVB_Rugosimetro.pdf Mecânica – metrologia – telecurso 2000 – profissionalizante – fundação Roberto Marinho / FIESP / SENAI – Editora Globo http://www.sergioviana.com.br/Notas%20de%20aula%20de%20Metrologia%20Prof.pdf
