Rugosidade da superfície: O Guia Abrangente

1. O que é rugosidade da superfície?

Na comunicação técnica, o termo "acabamento de superfície" é comumente usado. Entretanto, deve-se observar que o "acabamento da superfície" é baseado na percepção humana, enquanto a "rugosidade da superfície" é baseada na microgeometria real da superfície.

Para se alinhar aos padrões internacionais (ISO), o uso de "acabamento de superfície" não é mais aceitável nos padrões nacionais. O termo preferido e mais preciso é "rugosidade da superfície".

A rugosidade da superfície refere-se à irregularidade de uma superfície usinada, caracterizada por pequenos picos e vales com espaçamento estreito. A distância entre esses picos e vales, conhecida como distância de onda, é normalmente menor que 1 mm, o que se enquadra na categoria de erros de microgeometria.

Ele é definido especificamente pelo nível de micro picos e vales (Z) altos e baixos e pelo espaçamento (s) entre eles.

Em geral, de acordo com S:

• S < 1 mm - rugosidade da superfície
• 1 ≤ s ≤ 10 mm - ondulação
• S > 10 mm - formato f

2. Tabela de comparação de VDI3400, Ra e Rmax

Nos padrões nacionais, três indicadores são comumente usados para avaliar a rugosidade da superfície (a unidade é μm).

• Desvio aritmético médio dos contornos: Ra
• A altura média da irregularidade: Rz
• Altura máxima: Ry

O índice Ra é amplamente utilizado na produção real. O desvio máximo da altura microscópica de um contorno, Ry, é comumente chamado de Rmax no Japão e em outros países, enquanto o índice VDI é comumente usado na Europa e na América. A tabela a seguir compara o VDI3400, Ra e Rmax.

A superfície VDI3400 tem uma relação correspondente com o padrão Ra amplamente utilizado. Muitas pessoas acham necessário consultar dados de referência para determinar o valor correspondente. A tabela a seguir é abrangente e é recomendável mantê-la como referência.

Tabela de comparação do padrão VDI3400 e Ra

Tabela de comparação de RA e Rmax

3. Fatores de formação de rugosidade da superfície

A rugosidade da superfície geralmente é formada por vários fatores, incluindo o método de processamento usado.

Por exemplo, os fatores que contribuem para a rugosidade da superfície incluem o atrito entre a ferramenta e a superfície da peça durante a usinagem, a deformação plástica da camada de metal da superfície durante a separação dos cavacos, as vibrações de alta frequência no sistema de processamento e os poços de descarga na usinagem elétrica.

A profundidade, a densidade, a forma e a textura das marcas deixadas na superfície processada podem variar devido a diferenças nos métodos de processamento e nos materiais da peça.

4. Principais efeitos da rugosidade da superfície nas peças

O impacto na resistência ao desgaste:

Quanto mais áspera for a superfície, menor será a área de contato efetiva entre as superfícies de contato, maior será a pressão e maior será a resistência ao atrito, resultando em desgaste mais rápido.

O impacto na estabilidade do Gap Fit:

No caso do ajuste de folga, uma superfície mais áspera leva a um maior desgaste e a um aumento gradual da folga durante a operação. No caso do ajuste por interferência, a interferência efetiva real é reduzida devido ao achatamento dos picos convexos microscópicos durante a montagem, o que leva a uma diminuição da resistência da conexão.

O impacto sobre Resistência à fadiga:

A superfície áspera de uma peça tem grandes depressões que são suscetíveis à concentração de tensão, semelhante a entalhes e rachaduras com bordas afiadas, afetando a resistência à fadiga da peça.

O impacto na resistência à corrosão:

As superfícies ásperas das peças podem facilmente permitir que gases ou líquidos corrosivos penetrem nos vales microscópicos da superfície e atinjam a camada interna do metal, causando a corrosão da superfície.

O impacto na capacidade de vedação:

As superfícies ásperas não se ajustam firmemente umas às outras, permitindo que gases ou líquidos vazem pelos espaços entre as superfícies de contato.

O impacto na rigidez do contato:

A rigidez de contato refere-se à capacidade das superfícies de ligação de uma peça de resistir à deformação sob forças externas. A rigidez de uma máquina depende muito da rigidez de contato entre suas peças.

O impacto na precisão da medição:

As peças são medidas por sua superfície e a rugosidade da superfície da ferramenta de medição afeta 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 contato, 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.

5. Base de avaliação da rugosidade da superfície

1. Comprimento da amostragem

O comprimento da amostragem é o comprimento de uma linha de referência designada usada para avaliar a rugosidade da superfície.

Para refletir com precisão as características de rugosidade da superfície de uma peça, o comprimento da amostragem deve ser selecionado com base na formação e na textura da superfície real. O comprimento da 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 da amostragem para cada parâmetro de rugosidade da superfície são determinados por uma linha de referência especificada para avaliação.

De acordo com os padrões 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

2. Duração da avaliação

O comprimento de avaliação é um comprimento necessário usado para avaliar o contorno e pode incluir um ou vários comprimentos de amostragem.

Como a rugosidade da superfície de uma peça nem sempre é uniforme, pode não ser possível refletir com precisão uma característica específica de rugosidade da superfície com apenas um comprimento de amostragem. Portanto, são necessários vários comprimentos de amostragem na superfície para avaliar a rugosidade da superfície.

Normalmente, o comprimento da avaliação consiste em cinco comprimentos de amostragem.

3. Linha de base

A linha de base é a linha central do perfil usado para avaliar os parâmetros de rugosidade da superfície. Há dois tipos de linhas de base:

• Linha de centro de mínimos quadrados do contorno: Essa linha de base é a linha dentro do comprimento de amostragem para a qual a soma dos quadrados do deslocamento do contorno de cada ponto na linha de contorno é a menor e tem uma forma geométrica de contorno.
• Linha central média aritmética do contorno: Essa linha de base é a linha dentro do comprimento da amostragem para a qual a área dos contornos superior e inferior na linha central é igual.

Embora a linha central de mínimos quadrados seja uma linha de base ideal na teoria, é difícil obtê-la em aplicações práticas. Como resultado, a linha central média aritmética do contorno é comumente usada e pode ser medida usando uma linha reta com uma posição aproximada.

6. Parâmetros de avaliação da rugosidade da superfície

1. Características de altitude

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).

Em medições reais, um número maior de pontos de medição resulta em um valor Ra mais preciso.

Altura máxima do contorno (Rz):

Rz é a distância entre as linhas superior e inferior do contorno.

Na faixa comum de parâmetros de magnitude, Ra é o preferido.

Antes de 2006, o padrão nacional incluía um parâmetro de avaliação conhecido como "a altura de dez pontos de microdesnível", que era expresso como Rz, e a altura máxima do perfil era expressa como Ry.

No entanto, depois de 2006, o padrão nacional aboliu a "altura de dez pontos da falta de planicidade microcósmica" e, em vez disso, expressou a altura máxima do perfil como Rz.

2. Característica de inclinaçãos

Rsm:

Rsm é a largura média da unidade de contorno, representando a média do espaçamento de irregularidade microscópica sobre o 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 em uma textura refletida diferente.

As superfícies que priorizam a textura geralmente consideram as métricas Ra e Rmr.

O parâmetro de recurso de forma Rmr é expresso como a proporção do comprimento de suporte do contorno, que é a proporção entre o comprimento de suporte do contorno e o comprimento da amostragem.

O comprimento de suporte do perfil é calculado como a soma do comprimento de cada seção do perfil obtida ao traçar uma linha reta paralela à linha central e a uma distância de "c" da linha superior do perfil dentro do comprimento de amostragem.

7. Métodos de medição da rugosidade da superfície

1. Comparativo método

Ele é usado para medição no local em oficinas e é frequentemente empregado para medir superfícies médias a ásperas.

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 eletroformados à base de níquel, são ideais para a usinagem de metais e servem como um auxílio eficaz. O operador simplesmente raspa a unha em cada superfície de um grupo para encontrar a correspondência mais próxima da peça que está sendo comparada.

Embora algumas pessoas usem esses grupos de modelos como tabelas de referência, é importante observar que eles não são padrões oficiais de materiais.

Há várias máquinas de medição de rugosidade disponíveis, cada uma com diferentes funções, métodos de avaliação e custos. Antes de escolher um modelo, é recomendável consultar um fabricante profissional para selecionar a opção mais adequada às suas necessidades.

2. Método da caneta

A medição da rugosidade da superfície envolve o uso de um estilete de diamante com um raio de curvatura da ponta de aproximadamente 2μm para se mover ao longo da superfície medida.

O deslocamento para cima e para baixo da caneta de diamante é convertido em um sinal elétrico por um sensor de comprimento elétrico. Após a amplificação, a filtragem e o cálculo, o valor da rugosidade da superfície é exibido em um instrumento e a curva do perfil medido também pode ser registrada por um gravador.

Os instrumentos que exibem apenas os valores de rugosidade da superfície são chamados de medidores de rugosidade da superfície, enquanto os que registram as curvas de perfil da superfície são chamados de perfiladores de rugosidade da superfície.

Os dois tipos de ferramentas têm circuitos de cálculo eletrônico ou computadores que calculam automaticamente o desvio médio aritmético do contorno (Ra), a altura de dez pontos da irregularidade microscópica (Rz), a altura máxima do contorno (Ry) e outros parâmetros de avaliação.

Essas ferramentas têm alta eficiência de medição e são adequadas para medir a rugosidade da superfície com valores de Ra que variam de 0,025 a 6,3 μm.

8. Rugosidade da superfície: Ra e Rz

1. Conceitos básicos de Ra e Rz

No antigo padrão nacional GB/T3505-1983, estipula-se que os parâmetros de avaliação da rugosidade da superfície devem ser selecionados a partir de três aspectos: o desvio médio aritmético do contorno (Ra), a altura de dez pontos de micro-desnivelamento (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 no contorno dentro do comprimento de medição.

Rz é conhecido como a altura de dez pontos de microdesnivelamento. É a soma dos valores médios dos cinco picos de contorno mais altos e dos cinco vales de contorno mais profundos dentro do comprimento de amostragem l.

2. A amplitude de uso varia entre os dois

Ra é o principal parâmetro de avaliação, enquanto Rz é geralmente usado apenas para representar superfícies mais curtas. No processamento real, Ra é mais comumente usado para expressar a rugosidade do que Rz.

3. Os métodos de cálculo são diferentes

O desvio médio aritmético Ra refere-se à média aritmética dos valores absolutos da coordenada vertical Z em um comprimento de amostragem, denotado como Ra. Rz é a soma dos valores médios dos cinco picos de contorno mais altos e dos cinco vales de contorno mais profundos dentro do comprimento da amostragem.

4. A precisão varia entre os dois

Como o Rz tem menos pontos de medição, ele não reflete as características da altura da forma microgeométrica tão completamente quanto o parâmetro Ra. Ele não tem a precisão de Ra, mas é mais fácil de medir do que Ra.

9. Tabela de rugosidade da superfície

Tabela de comparação da rugosidade da superfície entre a China e os EUA

Tabela de conversão de acabamento de superfície doméstica e rugosidade de superfície Ra, Rz (unidade: μm)

Método de processamento padrão internacional para rugosidade da superfície

Tabela de referência para a relação entre a rugosidade da superfície e o brilho (unidade: μm)