Já alguma vez considerou o impacto da rugosidade da superfície nos seus produtos? Nesta publicação do blogue, vamos explorar o papel fundamental que a rugosidade da superfície desempenha no fabrico e a forma como afecta a qualidade, o desempenho e a durabilidade dos produtos. Os nossos engenheiros mecânicos especializados irão partilhar conhecimentos valiosos e sugestões práticas para o ajudar a otimizar os seus processos de fabrico e a fornecer produtos de qualidade superior aos seus clientes. Prepare-se para descobrir os segredos para obter o acabamento de superfície perfeito!
Na comunicação técnica, o termo "acabamento da superfície" é comummente utilizado. No entanto, deve notar-se que o "acabamento da superfície" se baseia na perceção humana, enquanto a "rugosidade da superfície" se baseia na microgeometria real da superfície.
Para se alinhar com as normas internacionais (ISO), a utilização de "acabamento de superfície" já não é aceitável nas normas nacionais. O termo preferido e mais exato é "rugosidade da superfície".
A rugosidade da superfície refere-se à irregularidade de uma superfície maquinada, caracterizada por pequenos picos e vales com um espaçamento reduzido. A distância entre estes picos e vales, conhecida como distância de onda, é normalmente inferior a 1 mm, o que se enquadra na categoria de erros de microgeometria.
É especificamente definido pelo nível de micro picos e vales (Z) altos e baixos e pelo espaçamento (s) entre eles.
Em geral, de acordo com S:
Nas normas nacionais, são normalmente utilizados três indicadores para avaliar a rugosidade da superfície (a unidade é μm).
O índice Ra é amplamente utilizado na produção atual. O desvio máximo da altura microscópica de um contorno, Ry, é normalmente referido como Rmax no Japão e noutros países, enquanto o índice VDI é normalmente utilizado na Europa e na América. A tabela seguinte compara o VDI3400, Ra e Rmax.
A superfície VDI3400 tem uma relação correspondente com a norma Ra amplamente utilizada. Muitas pessoas consideram necessário consultar dados de referência para determinar o valor correspondente. A tabela seguinte é exaustiva e recomenda-se que a guarde como referência.
Tabela de comparação da norma VDI3400 e Ra
| VDI | Ra | VDI | Ra |
|---|---|---|---|
| 3400 | μm | 3400 | μm |
| 0 | 01 | 23 | 1.4 |
| 1 | 0.112 | 24 | 1.6 |
| 2 | 0.126 | 25 | 1.8 |
| 3 | 0.14 | 26 | 2 |
| 4 | 0.16 | 27 | 2.2 |
| 5 | 0.18 | 28 | 2.5 |
| 6 | 0.2 | 29 | 2.8 |
| 7 | 0.22 | 30 | 3.2 |
| 8 | 0.25 | 31 | 3.5 |
| 9 | 0.28 | 32 | 4 |
| 10 | 0.32 | 33 | 5 |
| 11 | 0.35 | 34 | 5 |
| 12 | 0.4 | 35 | 5.6 |
| 13 | 0.45 | 36 | 6.3 |
| 14 | 0.5 | 37 | 7 |
| 15 | 0.56 | 38 | 8 |
| 16 | 0.63 | 39 | 9 |
| 17 | 0.7 | 40 | 10 |
| 18 | 0.8 | 41 | 11.2 |
| 19 | 0.9 | 42 | 12.6 |
| 20 | 1 | 43 | 14 |
| 21 | 1.12 | 44 | 16 |
| 22 | 1.26 | 45 | 18 |
Tabela de comparação de RA e Rmax
| Ra (μm) | Rmax (μm) |
|---|---|
| 0.1 | 0.4 |
| 0.2 | 0.8 |
| 0.4 | 1.5 |
| 0.56 | 2.4 |
| 0.8 | 3.3 |
| 1.12 | 4.7 |
| 1.6 | 6.5 |
| 2.2 | 10.5 |
| 3.2 | 12.5 |
| 4.5 | 17.5 |
| 6.3 | 24 |
A rugosidade da superfície é normalmente formada por vários factores, incluindo o método de processamento utilizado.
Por exemplo, os factores que contribuem para a rugosidade da superfície incluem o atrito entre a ferramenta e a superfície da peça durante a maquinagem, a deformação plástica da camada metálica da superfície durante a separação das aparas, as vibrações de alta frequência no sistema de processamento e os furos de descarga na maquinagem eléctrica.
A profundidade, densidade, forma e textura das marcas deixadas na superfície processada podem variar devido a diferenças nos métodos de processamento e nos materiais da peça de trabalho.
O impacto na resistência ao desgaste:
Quanto mais rugosa for a superfície, menor será a área de contacto efectiva entre as superfícies de contacto, maior será a pressão e maior será a resistência à fricção, resultando num desgaste mais rápido.
O impacto na estabilidade do ajuste das folgas:
No caso do ajuste por folga, uma superfície mais áspera leva a um maior desgaste e a um aumento gradual da folga durante o funcionamento. No caso do ajuste por interferência, a interferência efectiva real é reduzida devido ao achatamento dos picos convexos microscópicos durante a montagem, o que leva a uma diminuição da resistência da ligação.
O impacto sobre Resistência à fadiga:
A superfície rugosa de uma peça tem grandes depressões que são susceptíveis de concentração de tensões, semelhantes a entalhes com arestas vivas e fendas, afectando a resistência à fadiga da peça.
O impacto na resistência à corrosão:
As superfícies rugosas das peças podem facilmente permitir que gases ou líquidos corrosivos penetrem nos vales microscópicos da superfície e atinjam a camada interna do metal, causando corrosão superficial.
O impacto na selabilidade:
As superfícies rugosas não se ajustam firmemente umas às outras, permitindo a fuga de gases ou líquidos através dos espaços entre as superfícies de contacto.
O impacto na rigidez de contacto:
A rigidez de contacto refere-se à capacidade das superfícies de ligação de uma peça para resistir à deformação sob forças externas. A rigidez de uma máquina depende em grande medida da rigidez de contacto entre as suas peças.
O impacto na exatidão da medição:
As peças são medidas pela sua superfície e a rugosidade da superfície da ferramenta de medição afecta diretamente a precisão da medição, especialmente na medição de precisão.
Além disso, a rugosidade da superfície tem um efeito variável no revestimento de uma peça, na resistência térmica e de contacto, nas propriedades de reflexão e radiação, na resistência ao fluxo de líquidos e gases e no fluxo de corrente através da superfície de um condutor.
O comprimento de amostragem é o comprimento de uma linha de referência designada utilizada para avaliar a rugosidade da superfície.
Para refletir com precisão as características de rugosidade da superfície de uma peça, o comprimento de amostragem deve ser selecionado com base na formação e textura da superfície real. O comprimento de amostragem deve ser medido de acordo com o perfil geral da superfície real.
O objetivo de especificar e selecionar o comprimento da amostra é minimizar o impacto da ondulação da superfície e dos erros de forma nos resultados da medição da rugosidade da superfície.
O comprimento da unidade e o comprimento de amostragem para cada parâmetro de rugosidade da superfície são determinados por uma linha de referência especificada para avaliação.
De acordo com as normas ISO1997, os comprimentos de referência comuns são 0,08 mm, 0,25 mm, 0,8 mm, 2,5 mm e 8 mm.
Comprimento de amostragem Ln e comprimento de avaliação L de RA, RZ e Ry
| Ra(μm) | Rz.Ry(μm) | L(mm) | Ln=5L(mm) |
|---|---|---|---|
| ≥ 0.008-0.02 | ≥ 0.025-0.10 | 0.08 | 0.4 |
| >0.02-0.1 | >0.10-0.50 | 0.25 | 1.25 |
| >01-2.0 | >0.50-10.0 | 0.8 | 4 |
| >2.0-10.0 | >10.0-50.0 | 2.5 | 12.5 |
| >10.0-80.0 | >50.0-320 | 8 | 40 |
O comprimento de avaliação é um comprimento necessário utilizado para avaliar o contorno e pode incluir um ou vários comprimentos de amostragem.
Uma vez que a rugosidade da superfície de uma peça nem sempre é uniforme, pode não ser possível refletir com precisão uma caraterística específica da rugosidade da superfície com apenas um comprimento de amostragem. Por conseguinte, são necessários vários comprimentos de amostragem na superfície para avaliar a rugosidade da superfície.
Normalmente, o comprimento de avaliação consiste em cinco comprimentos de amostragem.
A linha de base é a linha central do perfil utilizado para avaliar os parâmetros de rugosidade da superfície. Existem dois tipos de linhas de base:
Embora a linha de centro dos mínimos quadrados seja uma linha de base ideal em teoria, é difícil de obter em aplicações práticas. Como resultado, a linha central média aritmética do contorno é normalmente utilizada e pode ser medida utilizando uma linha reta com uma posição aproximada.
Desvio médio aritmético do contorno (Ra):
Ra é a média aritmética do valor absoluto do desvio do contorno dentro do comprimento de amostragem especificado (lr).
Nas medições reais, um maior número de pontos de medição resulta num valor Ra mais exato.
Altura máxima do contorno (Rz):
Rz é a distância entre as linhas superior e inferior do contorno.
Na gama comum de parâmetros de magnitude, Ra é preferido.
Antes de 2006, a norma nacional incluía um parâmetro de avaliação denominado "altura de dez pontos de micro-desnivelamento", que era expresso em Rz, e a altura máxima do perfil era expressa em Ry.
No entanto, após 2006, a norma nacional aboliu a "altura de dez pontos da falta de planicidade microcósmica" e, em vez disso, expressou a altura máxima do perfil como Rz.
Rsm:
Rsm é a largura média da unidade de contorno, representando a média do espaçamento dos desníveis microscópicos ao longo do comprimento amostrado.
A distância de irregularidade microscópica refere-se ao comprimento entre um pico de perfil e o vale de perfil adjacente na linha média.
Mesmo com o mesmo valor Ra, o valor Rsm pode não ser o mesmo, resultando numa textura reflectida diferente.
As superfícies que dão prioridade à textura consideram normalmente as métricas Ra e Rmr.
O parâmetro de caraterística de forma Rmr é expresso como o rácio do comprimento de suporte do contorno, que é o rácio entre o comprimento de suporte do contorno e o comprimento de amostragem.
O comprimento de apoio do perfil é calculado como a soma do comprimento de cada secção do perfil obtida traçando uma linha reta paralela à linha de centro e a uma distância de "c" da linha superior do perfil dentro do comprimento de amostragem.
É utilizado para medições no local em oficinas e é frequentemente utilizado para medir superfícies médias a rugosas.
O método envolve a comparação da superfície medida com um modelo de rugosidade marcado com um valor específico para determinar o valor de rugosidade da superfície medida.
Os comparadores de rugosidade, que são espécimes electroformados à base de níquel, são ideais para a metalurgia e servem como uma ajuda eficaz. O operador simplesmente raspa a unha em cada superfície de um grupo para encontrar a correspondência mais próxima da peça que está a ser comparada.
Embora algumas pessoas utilizem estes grupos de modelos como tabelas de referência, é importante ter em conta que não são normas oficiais de materiais.
Existem várias máquinas de medição de rugosidade disponíveis, cada uma com diferentes funções, métodos de avaliação e custos. Antes de escolher um modelo, recomenda-se a consulta de um fabricante profissional para selecionar a opção mais adequada às suas necessidades.
A medição da rugosidade da superfície envolve a utilização de um estilete de diamante com um raio de curvatura da ponta de aproximadamente 2μm para se deslocar ao longo da superfície medida.
O deslocamento para cima e para baixo da ponta de diamante é convertido num sinal elétrico por um sensor de comprimento elétrico. Após amplificação, filtragem e cálculo, o valor da rugosidade da superfície é apresentado num instrumento e a curva do perfil medido também pode ser registada por um gravador.
Os instrumentos que apenas apresentam valores de rugosidade da superfície são designados por rugosímetros, enquanto os que registam curvas de perfil da superfície são designados por perfiladores de rugosidade.
Ambos os tipos de ferramentas têm circuitos de cálculo electrónicos ou computadores que calculam automaticamente o desvio médio aritmético do contorno (Ra), a altura de dez pontos do desnível microscópico (Rz), a altura máxima do contorno (Ry) e outros parâmetros de avaliação.
Estas ferramentas têm uma elevada eficiência de medição e são adequadas para medir a rugosidade da superfície com valores Ra que variam entre 0,025 e 6,3 μm.
Na antiga norma nacional GB/T3505-1983, estipula-se que os parâmetros de avaliação da rugosidade da superfície devem ser seleccionados a partir de três aspectos: o desvio médio aritmético do contorno (Ra), a altura de dez pontos de micro-rugosidade (Rz) e a altura máxima do contorno (Ry).
Ra é conhecido como o desvio médio aritmético do contorno ou o valor médio da linha central. É a média aritmética das alturas dos pontos do contorno dentro do comprimento de medição.
Rz é conhecido como a altura de dez pontos do micro-desnível. É a soma dos valores médios dos cinco picos mais altos do contorno e dos cinco vales mais profundos do contorno dentro do comprimento de amostragem l.
Ra é o parâmetro de avaliação principal, enquanto Rz é geralmente utilizado apenas para representar superfícies mais curtas. No processamento atual, Ra é mais frequentemente utilizado para expressar a rugosidade do que Rz.
O desvio médio aritmético Ra refere-se à média aritmética dos valores absolutos da coordenada vertical Z dentro de um comprimento de amostragem, denotado como Ra. Rz é a soma dos valores médios dos cinco picos mais altos do contorno e dos cinco vales mais profundos do contorno dentro do comprimento de amostragem.
Dado que Rz tem menos pontos de medição, não reflecte as características da altura da forma microgeométrica tão bem como o parâmetro Ra. Não tem a precisão de Ra, mas é mais fácil de medir do que Ra.
Tabela de comparação da rugosidade da superfície entre a China e os EUA
| Padrão chinês antigo (Suavidade) | Nova norma chinesa (rugosidade) Ra | Padrão dos EUA (Microns) Ra | Padrão dos EUA (micropolegadas) Ra |
| ▽4 | 6.3 | 8 | 320 |
| 6.3 | 250 | ||
| ▽5 | 3.2 | 5 | 200 |
| 4 | 160 | ||
| 3.2 | 125 | ||
| ▽6 | 1.6 | 2.5 | 100 |
| 2 | 80 | ||
| 1.6 | 63 | ||
| ▽7 | 0.8 | 1.25 | 50 |
| 1 | 40 | ||
| 0.8 | 32 | ||
| ▽8 | 0.4 | 0.63 | 25 |
| 0.5 | 20 | ||
| 0.4 | 16 |
Tabela de conversão do acabamento da superfície nacional e da rugosidade da superfície Ra, Rz (Unidade: μm)
| Acabamento da superfície | ▽1 | ▽2 | ▽3 | ▽4 | ▽5 | ▽6 | ▽7 | |
| Rugosidade da superfície | Ｒａ | 50 | 25 | 12.5 | 6.3 | 3.2 | 1.60 | 0.80 |
| Ｒｚ | 200 | 100 | 50 | 25 | 12.5 | 6.3 | 6.3 | |
| Acabamento da superfície | ▽8 | ▽9 | ▽10 | ▽11 | ▽12 | ▽13 | ▽14 | |
| Rugosidade da superfície | Ｒａ | 0.40 | 0.20 | 0.100 | 0.050 | 0.025 | 0.012 | – |
| Ｒｚ | 3.2 | 1.60 | 0.80 | 0.40 | 0.20 | 0.100 | 0.050 | |
Método de processamento padrão internacional para rugosidade da superfície
| Código do grau padrão | Rugosidade da superfície | Ferramenta de processamento (método) | Requisitos de material de processamento e dureza | Descrição da luminosidade | |||
| Tamanho do grão de areia de moagem grossa | Moagem fina Tamanho do grão de areia | Polimento com pasta de diamante | |||||
| SPI(A1) | Ra0,005 | S136 | 54HRC | Muito alto brilho, efeito de espelho | |||
| 8407 | 52HRC | ||||||
| SPI(A2) | Ra0.01 | DF-2 | 58HRC | Brilho inferior, sem textura de lixa | |||
| XW-10 | 60HRC | ||||||
| SPI(A3) | Ra0.02 | S136 | 300HB | Brilho ainda mais baixo, mas sem textura de lixa | |||
| 718SUPREME | 300HB | ||||||
| SPI(B1) | Ra0.05 | Sem brilho, ligeira textura de lixa 3000# | |||||
| SPI(B2) | Ra0.1 | Sem brilho, ligeira textura de lixa 2000# | |||||
| SPI(B3) | Ra0.2 | Sem brilho, ligeira textura de lixa 1000#, indistinguível a direção dos traços de processamento | |||||
| Ra0.4 | Processamento de precisão: Torneamento de precisão\Planeamento de precisão\Fresagem de precisão\Trituração\Ramagem\Raspagem | Ligeira direção discernível dos traços de processamento | |||||
| Ra0.8 | Processamento de precisão: Torneamento de precisão\Planeamento de precisão\Fresagem de precisão\Trituração\Ramagem\Raspagem | Direção discernível dos traços de processamento | |||||
| Ra1.6 | |||||||
| Ra3.2 | |||||||
| Ra6.3 | |||||||
| Ra12.5 | |||||||
| Ra25 | |||||||
| Ra50 | |||||||
Tabela de referência para a relação entre rugosidade da superfície e brilho (unidade: μm)
| Rugosidade da superfície | GB1031-1983 | Brilho da superfície | GB1031-1968 | Estado da superfície |
| Ra | Ra | Grau | ||
| 0.012 | 0.01 | ▽14 | Superfície espelhada mate | |
| 0.025 | 0.02 | ▽13 | Superfície brilhante semelhante a um espelho | |
| 0.05 | 0.04 | ▽12 | Superfície brilhante e lustrosa | |
| 0.1 | 0.08 | ▽11 | Superfície escura e brilhante | |
| 0.2 | 0.16 | ▽10 | Direção do traço de maquinagem não identificável | |
| 0.4 | 0.32 | ▽9 | Direção do traço de maquinagem ligeiramente identificável | |
| 0.8 | 0.63 | ▽8 | Direção do traço de maquinagem identificável | |
| 1.6 | 1.25 | ▽7 | Marcas de maquinagem irreconhecíveis | |
| 3.2 | 2.5 | ▽6 | Marcas de maquinagem ligeiramente visíveis | |
| 6.3 | 5 | ▽5 | Marcas de maquinagem visíveis | |
| 12.5 | 10 | ▽4 | Marcas de ferramentas ligeiramente visíveis | |
| 25 | 20 | ▽3 | Marcas de ferramentas visíveis | |
| 50 | 40 | ▽2 | Marcas de ferramentas claramente visíveis | |
| 100 | 80 | ▽1 | ||
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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