UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAANÁLISE DAS POTÊNCIAS DE CORTE ERUGOSIDADE NO PROCESSO DE...
ANÁLISE DAS POTÊNCIAS DE CORTE E RUGOSIDADE NOPROCESSO DE USINAGEMAnderson Carlos Gralak e-mail: andersongralak@gmail.comA...
2. Força e potência de corteConhecer as forças envolvidas nos processos de usinagem é de grande importância, pois estasafe...
A variável de interesse deste trabalho é a área da secção de corte. Na medida em que esta aumenta,a pressão específica de ...
Para o monitoramento da potência consumida pelo processo de usinagem, foi utilizado um sistemade aquisição baseado na tecn...
3.2.Materiais utilizados – Potências de Corte:Para o estudo, foi utilizado um tarugo cilíndrico de aço doce (sem conhecime...
Figura 6 - Tabela para seleção do avançoO inserto utilizado para o torneamento do tarugo foi um inserto de metal duro mode...
Então o torneamento com o avanço mais baixo foi efetuado simultaneamente à aquisição dosvalores de potência consumida pelo...
Figura 9 - Potência requerida pela máquina com 900 RPM e avanço de 0,05 mm/voltaFigura 10 - Potência requerida pela máquin...
Tabela 7: Potência elétrica requerida pelo torno para realizar o corteRotação [RPM]: 900Avanço [mm/rotação] 0,05 0,20Potên...
Tabela 9: Potência de corte teórica calculada pela formulação de Kienzle para 900 RPM e 0,20 mm/volta.Potência de corte - ...
Em geral o custo de fabricação é mais elevado para a produção das superfícies lisas. Os diferentesprocessos de fabricação ...
7.2.Norma ABNT NBR ISO 4287:2002Esta norma aborda termos, definições e parâmetros da rugosidade. Algumas definições dessan...
A. Rugosidade ou textura primária é o conjunto das irregularidades causadas pelo processode produção, que são as impressõe...
Figura 17. Rugosidade e ondulaçãoA rugosidade H2 é maior, pois incorpora ondulação. A rugosidade H1 é menor, pois, como oc...
do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja áreaé igual à soma absoluta da...
O parâmetro Ry é empregado nos seguintes casos Superfícies de vedação; Assentos de anéis de vedação; Superfícies dinami...
Figura 22 - Rugosidade média (Rz)O parâmetro Rz é empregado nos seguintes casos: Pontos isolados não influenciam na funçã...
Figura 24. Símbolos com indicação da característica principal da rugosidade RaFigura 25. Símbolos com indicações complemen...
7.7.2. Indicações do estado de superfícieAs indicações do estado de superfície são dispostas em relação aos símbolos que s...
7.8.RugosímetroConsiste em um aparelho eletrônico com alto padrão de qualidade de medições utilizado paraverificação da su...
7.9.2. Sequência do processo:O tarugo foi preso em um suporte, por meio de castanhas, com o lado de avanço menor voltadopa...
Tabela 12 - Rugosidade média Ra experimental e teórica para r_ε=0,8 mmComparação das rugosidades médias (Ra)Rugosidade900 ...
[5] Apostilas Telecurso 2000 - Metrologia - Aulas 18, 19 e 20.[6] Norma ABNT NBR ISO 4287:2002 - Especificações geométrica...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Potências de corte artigo

2,029

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
2,029
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
52
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Potências de corte artigo"

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAANÁLISE DAS POTÊNCIAS DE CORTE ERUGOSIDADE NO PROCESSO DE USINAGEMRelatório apresentado à disciplina de Usinagem(TM248), do curso de Engenharia Mecânica (diurno),da Universidade Federal do Paraná.Professor: Pablo Deivid ValleCURITIBA – PARANÁJUNHO DE 2012
  2. 2. ANÁLISE DAS POTÊNCIAS DE CORTE E RUGOSIDADE NOPROCESSO DE USINAGEMAnderson Carlos Gralak e-mail: andersongralak@gmail.comAntonio Altair de Carvalho Rocha e-mail: antonio.carvrocha@gmail.comCléverson Sarnecki e-mail: clesarnecki@gmail.comDanielle Raphaela Voltolini e-mail: danielle@voltolini.cnt.brDiego Fernando Moro e-mail: difmoro@gmail.comDiogo Rafael Labegalini e-mail: diogolabeg@gmail.comDjosef Rafael Rocha e-mail: djosef6863@gmail.comEliéser Juliano Kokot e-mail: kokottt@gmail.comFelipe Gandin e-mail: felipegpd@gmail.comGabriela Dal Molin Grando e-mail: gabriela.grando@gmail.comHelison Bertoli Alves Dias e-mail: helison.bertoli@gmail.comLucas Gomes Fonçatti e-mail: lucas.foncatti@gmail.comResumo: O objetivo deste relatório é apresentar experimentalmente a influência do avanço naqualidade superficial em peças torneadas, bem como a sua influência nas potências de corteenvolvidas no processo. Para tal, monitorou-se o processo de torneamento com o auxílio de umsistema de aquisição de dados, e variou-se o avanço. Para a análise da qualidade superficial foirealizado o ensaio de rugosidade nas peças com diferentes avanços. Os valores obtidosexperimentalmente foram posteriormente comparados a valores teóricos.Palavras-chave: avanço, rugosidade, torneamento, potências de corte.1. ApresentaçãoAs indústrias presentes no mercado atual buscam uma otimização dos processos, visando àmaximização de lucros e redução dos custos para que possam continuar de maneira competitiva nomercado. Para isso o investimento em novas tecnologias, tanto em máquinas quanto noaperfeiçoamento da usinagem em geral, é a sua principal preocupação. Esse aperfeiçoamento deprocessos de usinagem é muito específico, e vai desde estudos dos tipos e técnicas de utilização defluidos de corte, e das ferramentas utilizadas, ao consumo energético de um processo de usinagem,sempre com o objetivo de obter a melhor qualidade da peça fornecida ao cliente.Os estudos destinados à potência de corte e a rugosidade fazem parte deste aperfeiçoamento deprocessos de usinagem. No presente relatório, iremos estudar o efeito do avanço e da rotação napotência de corte e na rugosidade de duas amostras diferentes, a partir do cálculo de dadosexperimentais, comparando-os com os resultados teóricos, possíveis de serem obtidos pelasequações. Os parâmetros de entrada, rotação e avanço, foram modificados e assim é possívelrealizar a análise das diferenças nas potências de cortes (que representa o consumo energético), enas rugosidades.
  3. 3. 2. Força e potência de corteConhecer as forças envolvidas nos processos de usinagem é de grande importância, pois estasafetam a potência necessária para o corte (usada para dimensionar o motor da máquina ferramentae para determinar o consumo de energia), a temperatura de corte, o desgaste de ferramenta e acapacidade de obtenção de tolerâncias estreitas.A força de usinagem é tratada como uma ação da peça sobre a ferramenta, e é formada por duascomponentes: Força ativa: Situada no plano de trabalho (plano no qual são realizados os movimentos deusinagem), contribui para a potência de usinagem e se divide em várias componentes:o Força de corte: Projeção da força de usinagem na direção de corte;o Força de avanço: Projeção da força de usinagem na direção de avanço;o Força de apoio: Projeção da força de usinagem sobre a direção perpendicular àdireção de avanço;o Força efetiva de corte: Projeção da força de usinagem sobre a direção efetiva decorte; Força passiva: Componente perpendicular à força de trabalho, não contribui para apotência de usinagem. Porém, é responsável pela deflexão elástica da peça e da ferramentadurante o corte, e consequentemente tem influência na obtenção de tolerâncias dedimensão e forma.O objeto de interesse deste relatório é a força de corte; que se correlaciona com a potência de corteatravés da seguinte relação:[ ] (1)Onde é a força de corte dada em [N] e é a velocidade de corte em [m/min]. é calculadapor:[ ] (2)Sendo o diâmetro da peça em [mm] e a velocidade de rotação do torno em [rpm].A força de corte também pode ser expressa pela equação:(3)Onde é a pressão específica de corte e é a área da secção de corte, dada pelo produto daprofundidade pelo avanço para o torneamento.A pressão específica de corte é diretamente influenciada por fatores como o material da peçausinada, material e geometria da ferramenta, área da secção de corte, velocidade de corte, afiaçãoda ferramenta e condições de refrigeração e lubrificação.
  4. 4. A variável de interesse deste trabalho é a área da secção de corte. Na medida em que esta aumenta,a pressão específica de corte diminui. O fator diminui, principalmente, com o aumento doavanço, pois para maiores valores de avanço o fluxo lateral de cavaco (material deformado queescorrega entre a peça e a geometria da ferramenta) é menor. Com um maior avanço quase todo omaterial deformado se transforma em cavaco, e, consequentemente, é menor. Além disso,maiores avanços significam maiores velocidades de avanço e consequentemente baixoscoeficientes de atrito entre a peça e a ferramenta. A pressão específica de corte também é afetadapelo aumento da profundidade de corte, mas numa ordem de grandeza inferior. Apesar de aumentaro contato peça-ferramenta, as velocidades envolvidas não são acrescidas pela variação deprofundidade.Os fatores que influenciam a pressão específica de corte também afetam a força de avanço e a forçapassiva. Contudo, os fatores que mais afetam essas forças são a velocidade de corte e fatoresassociados à geometria da ferramenta, como o raio de ponta da ferramenta, o ângulo de posição e oângulo de inclinação. Conforme citado anteriormente, a força passiva apesar de não gerar potênciade corte apresenta influência direta na obtenção de tolerâncias dimensionais e geométrica. Alémdisso, vibrações no sentido da força passiva influem diretamente na rugosidade da peça.3. Metodologia3.1. Equipamentos utilizados – Potências de corte:Para a visualização das potências envolvidas no processo de usinagem, recorreu-se a uma práticabastante simples realizando o processo de torneamento monitorado computacionalmente.Foi utilizado um torno mecânico horizontal de pequeno porte (Figura 1), situado no Laboratório deUsinagem, equipado com um motor assíncrono com as especificações listadas na Tabela 1:Tabela 1- Dados do motorTipo de enrolamento: Gaiola de esquiloPotência nominal (Pn): 4 kWNúmero de pólos: 4Frequência: 60 HzA transmissão para o eixo da árvore é realizada por meio de um cabeçote fixo com 2 pares deengrenagens cilíndricas de dentes retos, ligadas ao motor por meio de três correntes trapezoidais.Figura 1 - Torno mecânico utilizado
  5. 5. Para o monitoramento da potência consumida pelo processo de usinagem, foi utilizado um sistemade aquisição baseado na tecnologia de redes para comunicação industrial ‘Fieldbus’ que se baseiana utilização de instrumentos com o objetivo de controlar e supervisionar equipamentos produtivos.Sendo assim, recorreu-se a um protótipo implementado na linguagem de programação MS VisualBasic, disponível em um computador (Pentium II 300 MHz) equipado com um conversorRS485/RS232 (Figura 2), que por sua vez estava conectado a um wattímetro da marca Kron (Mult-K 120). Esse sistema de monitoramento estava conectado ao torno por meio de um cabo partrançado com quatro pares (conector RJ-45). Esse sistema pode monitorar equipamento a umadistância de até 1000m, sendo assim, a distância foi mais do que suficiente, uma vez que o torno eo computador estavam bastante próximos.Figura 2 - Conversor RS485/RS232No programa acima citado, configura-se os parâmetros do processo, e este ao término da aquisiçãode dados, retorna um arquivo em formato “.txt” contendo todos os parâmetros de entrada doprograma, e todos os valores aquisitados e calculados pelo programa (Figura 3).Figura 3 - Interface do programa de aquisição de dados
  6. 6. 3.2.Materiais utilizados – Potências de Corte:Para o estudo, foi utilizado um tarugo cilíndrico de aço doce (sem conhecimento específico sobreas propriedades) (Figura 4).Figura 4 - Tarugo utilizadoA rotação de trabalho selecionada foi de 900 rpm, selecionada no painel do torno por meio de umdisco com alavanca (Figura 5).Figura 5 - Seleção da rotação do tornoUma vez que o objetivo do estudo era comparar as potências de corte para diferentes avanços, bemcomo a sua influência na qualidade superficial do produto usinado, o tarugo de aço doce foisubmetido a dois avanços, sendo um pequeno (0,05 mm/rotação) e outro consideravelmentegrande (0,20 mm/rotação). Para o ajuste desses avanços utilizou-se uma tabela disposta no paineldo torno (Figura 6), informando a combinação de alavancas adequada para a obtenção do avançodesejado. Essa variação de avanços explica a geometria do tarugo (Figura 4), uma vez que a regiãosuperior foi submetida a um avanço, enquanto a região inferior foi submetida ao outro avanço.
  7. 7. Figura 6 - Tabela para seleção do avançoO inserto utilizado para o torneamento do tarugo foi um inserto de metal duro modelo WNMG 0604 08 – MM da Sandvik (Figura 7).Figura 7 - Inserto utilizado3.3.Sequência do processo – Potências de corte:Após os parâmetros do processo serem devidamente configurados no torno, o tarugo foi fixado acastanha (Figura 8) e submetido a um passe inicial a fim de promover uma superfície uniforme aser torneada e avaliada.Figura 8 - Tarugo fixado à castanha
  8. 8. Então o torneamento com o avanço mais baixo foi efetuado simultaneamente à aquisição dosvalores de potência consumida pelo torno, por meio do sistema de monitoramento. O mesmoprocedimento foi realizado para o avanço maior.4. Dados coletados:No experimento a única variável de processo foi o avanço, uma vez que a rotação utilizada foi àmesma para ambos os lados.As condições de corte para o tarugo de aço foram (Tabela 2):Tabela 2 - Condições de corte para o tarugoLados Rotação (RPM) Avanço (mm/volta) Profundidade de corte (mm)Lado 01 900 0,05 1Lado 02 900 0,20 1Já para a utilização do software eram necessários parâmetros como: diâmetro inicial e comprimentousinado (Tabela 3).Tabela 3 – Condições iniciais do tarugoLados Diâmetro Inicial (mm) Comprimento a ser usinado (mm)Lado 01 82 61,5Lado 02 82 61Assim, com o diâmetro inicial (m) e a rotação (RPM) gerou-se a velocidade de corte (Tabela 4):Tabela 4 - Velocidade de corteLados Velocidade de corte - Vc (m/min)Lado 01 231,8495Lado 02 231,8495Para o cálculo das potências, utilizando um catálogo da Sandvik, retiraram-se os seguintesdados referentes ao porta-ferramentas (Tabela 5) e a pastilha (Tabela 6):Tabela 5 – Dados do porta-ferramentasDados do porta-ferramentask (Graus): 95α (Graus): -6Tabela 6 - Dados da pastilhaDados da pastilhaγ (Graus) γ corrigido (Graus) Ks1(N/mm2) z9 3 1500 0,255. Resultados do experimento:5.1.Potência de corte:Com as leituras obtidas através do Wattímetro, foram construídos dois gráficos com o auxílio doprograma Microsoft Excel 2010. Esses gráficos, que são exibidos nas figuras Figura 9 eFigura 10mostram o comportamento da potência elétrica exigida pelo torno para realizar a usinagem.
  9. 9. Figura 9 - Potência requerida pela máquina com 900 RPM e avanço de 0,05 mm/voltaFigura 10 - Potência requerida pela máquina com 900 RPM e avanço de 0,20 mm/voltaOs três patamares que pode ser verificados nos gráficos indicam três estados distintos, queocorreram durante o experimento: Primeiro patamar: a peça estava girando e o avanço automático da ferramenta estava ativo; Segundo patamar: além dos consumos de energia já citados, a ferramenta havia iniciado ausinagem da peça; Terceiro patamar: a usinagem havia cessado, assim como o avanço automático, restandoapenas o giro da peça, em vazio.Assim, pode-se obter a potência consumida para retirar material da peça reduzindo-se a média dosegundo patamar da média do primeiro patamar. Porém, observa-se também que existem pontosdiscrepantes no gráfico, oriundos do tempo de estabilização do equipamento de medição. Essespontos foram retirados das contas para se obter um resultado mais próximo da realidade.0,000500,0001000,0001500,0002000,0002500,0003000,0003500,0004000,0000,0 50,0 100,0 150,0 200,0Potênciarequeridapelamáquina[W]Tempo de usinagem [s]Curva de potência - Lado 10,000500,0001000,0001500,0002000,0002500,0003000,0003500,0004000,0000,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0Potênciarequeridapelamáquina[W]Tempo de usinagem [s]Curva de potência - Lado 2
  10. 10. Tabela 7: Potência elétrica requerida pelo torno para realizar o corteRotação [RPM]: 900Avanço [mm/rotação] 0,05 0,20Potência do primeiro patamar [W] 1829,74 1821,95Potência do segundo patamar [W] 2446,99 3675,15Potência requerida para o corte [W] 617,25 1853,20Como era esperado, para o primeiro patamar as médias deram próximas, isso devido ao avançoinfluenciar pouco nos processos que estavam ocorrendo durante esse tempo (avanço automático +rotação da peça). No entanto, para o segundo patamar há uma grande diferença, isso graças aogrande aumento no avanço (4x maior) que tem papel direto na força de corte (Fc) e na velocidadede corte (Vc), ambos os parâmetros relevantes para a potência de corte, como fica evidente naequação (1).Com o conhecimento desta equação, faz-se necessário o cálculo de tais parâmetros. Isto foirealizado através da equação (2) para a velocidade de corte, e da equação abaixo exposta para aforça de corte:( ) [ ] (4)Onde: Ks1 é a pressão especifica de corte do material usinado em Newton por milímetroquadrado; b é a largura de usinagem dada por:⁄o ap é a profundidade de corte em milímetros;o χr é o ângulo de posição da ferramenta em graus. h é a espessura de usinagem dada por:o f é o avanço da ferramenta em milímetros por rotação.A equação (4) é conhecida como equação de Kienzle. Este equacionamento foi apresentado emaula pelo professor. Com essas informações, adicionando os dados para o material e novamentecom o apoio do software Excel, foi possível montar a Tabela 8 e Tabela 9 de cálculos:Tabela 8: Potência de corte teórica calculada pela formulação de Kienzle para 900 RPM e 0,05 mm/volta.Potência de corte - Lado 1Dados do material experimentado Potência teórica de corteMaterial: ST52W (ABNT/ASTM) Velocidade de corte: 231,8495 m/minKs1: 1500 N/mm2Espessura de corte: 0,0498 mm(1-z): 0,75 Largura de corte: 1,0038 mmDiâmetro inicial: 82,0 mm Força de corte: 158,7569 NProfundidade de corte: 1,0 mm Potência de corte teórica: 613,4620 WPercurso de corte: 61,5 mm
  11. 11. Tabela 9: Potência de corte teórica calculada pela formulação de Kienzle para 900 RPM e 0,20 mm/volta.Potência de corte - Lado 2Dados do material experimentado Potência teórica de corteMaterial: ST52W (ABNT/ASTM) Velocidade de corte: 231,8495 m/minKs1: 1500 N/mm2Espessura de corte: 0,1992 mm(1-z): 0,75 Largura de corte: 1,0038 mmDiâmetro inicial: 82,0 mm Força de corte: 449,0324 NProfundidade de corte: 1,0 mm Potência de corte teórica: 1735,1327 WPercurso de corte: 61,0 mm6. Discussão dos resultados:6.1.Potência de corte:Pode-se observar que o aumento do avanço teve um impacto direto na potência de corte,aumentando-a. Esse resultado é evidente, uma vez que o avanço influi na espessura de usinagem(h) de maneira proporcional o que por fim acaba por influenciar a força de corte (Fc) e a potênciade corte (Pc). Quando há aumento do avanço, a espessura de usinagem também aumenta, o queaumenta a força de corte e em consequência a potência de corte requerida. Esse raciocínio é validotambém para o contrário (a diminuição do avanço).Pode-se espessar um comportamento parecido para alterações na velocidade de corte (Vc), ou narotação (n). Caso esses parâmetros fossem aumentados ou diminuídos, uma vez que tambéminfluem de maneira direta na força de corte segundo o equacionamento de Kienzle, oscilações dapotência de corte seriam esperadas.Porém, algo não esperado se vê na comparação entre a potência de corte experimental e a teórica.Elas deveriam apresentar valores parecidos, o que não acontece, como pode ser visto na Tabela 10:Tabela 10: Comparação entre as potências experimental e teórica.Comparação da potência de cortePotência900 rpm0,05 mm/volta 0,20 mm/voltaTeórica [W] 613,4620 1735,1327Experimental [W] 617,2478 1853,2001Diferença percentual [%] 0,6171 6,8045Os resultados mostram valores muito acurados entre a expectativa teórica e as medições realizadas.Isto vem por confirmar a validade da equação de Kienzle para o cálculo da potência teóricanecessária para a usinagem. Os fatores que podem ter influenciado no erro calculado,principalmente para o maior avanço, advêm, possivelmente, de falhas na operação do torno ou porvibrações mecânicas induzidas pelo grande avanço empregado.7. RugosidadeAs superfícies dos componentes mecânicos devem ser adequadas ao tipo de função que exercem.Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida quecrescem as exigências do projeto.
  12. 12. Em geral o custo de fabricação é mais elevado para a produção das superfícies lisas. Os diferentesprocessos de fabricação de componentes mecânicos, como, por exemplo, a usinagem, determinamacabamentos diversos nas suas superfícies.As superfícies, por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades, as quais compreendemdois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos.Erros macrogeométricos são os erros de forma, mais grosseiros, verificáveis por meio deinstrumentos convencionais de medição, como os projetores de perfil. Durante a usinagem, asprincipais causas dos erros macrogeométricos são:a) Defeitos em guias de máquinas-ferramenta;b) Desvios da máquina ou da peça;c) Fixação errada da peça;d) Distorção devida ao tratamento térmico.Erros microgeométricos são os erros conhecidos como rugosidade.7.1. DefiniçãoRugosidade pode ser definida como o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências ereentrâncias que caracterizam uma superfície. Essas irregularidades podem ser avaliadas porrugosímetros e desempenham um papel importante no comportamento de componentes mecânicos.Resistência ao desgaste, vedação, perda de carga em tubulações, aderência de lubrificantes,resistência à fadiga e à corrosão são algumas características que são influenciadas pela rugosidade.A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas. Asprincipais são:a) Imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;b) Vibrações no sistema peça-ferramenta;c) Desgaste das ferramentas;d) Método de conformação da peça.Figura 11. Representação da rugosidade de uma superfície.
  13. 13. 7.2.Norma ABNT NBR ISO 4287:2002Esta norma aborda termos, definições e parâmetros da rugosidade. Algumas definições dessanorma são importantes para o entendimento da medição de rugosidade.Superfície efetiva: Superfície avaliada pela técnica de medição, com forma aproximada dasuperfície real de uma peça. É a superfície apresentada e analisada pelo aparelho de medição. Éimportante esclarecer que existem diferentes sistemas e condições de medição que apresentamdiferentes superfícies efetivas.Figura 12. Superfície efetiva com ampliaçãoPerfil efetivo: Imagem aproximada do perfil real, obtido por um meio de avaliação ou medição.Por exemplo: o perfil apresentado por um registro gráfico, sem qualquer filtragem e com aslimitações atuais da eletrônica.Figura 13. Perfil efetivo obtido a partir de um rugosímetro (sem filtrar ondulações)Perfil de rugosidade: Obtido a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliação, apósfiltragem. É o perfil apresentado por um registro gráfico, depois de uma filtragem para eliminar aondulação à qual se sobrepõe geralmente a rugosidade.Figura 14. Perfil de rugosidade (após filtragem de ondulações)7.3.Composição da superfície de mediçãoSão cinco principais elementos que compõem uma superfície:
  14. 14. A. Rugosidade ou textura primária é o conjunto das irregularidades causadas pelo processode produção, que são as impressões deixadas pela ferramenta (fresa, pastilha, rololaminador, etc.).B. Ondulação ou textura secundária é o conjunto das irregularidades causadas porvibrações ou deflexões do sistema de produção ou do tratamento térmico.C. Orientação das irregularidades é a direção geral dos componentes da textura, e sãoclassificados como perfil periódico (sulcos têm direções definidas) ou aperiódico.D. Passo das irregularidades é a média das distâncias entre as saliências.D1: passo das irregularidades da textura primária;D2: passo das irregularidades da textura secundária.O passo pode ser designado pela frequência das irregularidades.E. Altura das irregularidades ou amplitude das irregularidades.Examinamos somente as irregularidades da textura primária.Figura 15. Elementos que compõem uma superfície de medição7.4.Avaliação da rugosidade por comprimento de amostragem (Cut-off)O comprimento de amostragem nos aparelhos eletrônicos, chamado de cut-off ( ), não deve serconfundido com a distância total ( ) percorrida pelo apalpador sobre a superfície. É recomendadopela norma ISO que os rugosímetros devam medir 5 comprimentos de amostragem e devem indicaro valor médio.Figura 16. Comprimentos para a avaliação da rugosidadeA distância percorrida pelo apalpador deverá ser igual a 5 mais a distância para atingir avelocidade de medição e para a parada do apalpador . Como o perfil apresenta rugosidade eondulação, o comprimento de amostragem filtra a ondulação.
  15. 15. Figura 17. Rugosidade e ondulaçãoA rugosidade H2 é maior, pois incorpora ondulação. A rugosidade H1 é menor, pois, como ocomprimento é menor, ele filtra a ondulação.7.5. Sistemas de medição da rugosidade superficialSão usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média M e o da envolvente E. No Brasil,pelas Normas ABNT NBR ISO 4287:2002 e NBR 8404/1984, é adotado o sistema M.Sistema M:No sistema M, a linha média é a linha paralela à direção geral do perfil, no comprimento daamostragem, de tal modo que a soma das áreas superiores, compreendidas entre ela e o perfilefetivo, seja igual à soma das áreas inferiores, no comprimento da amostragem ( ).Figura 18. Sistema M7.6.Avaliação da rugosidade em peças usinadas:As saliências e reentrâncias (rugosidade) são irregulares. Para dar acabamento adequado àssuperfícies é necessário, portanto, determinar o nível em que elas devem ser usinadas, ou seja,deve-se adotar um parâmetro que possibilite avaliar a rugosidade.7.6.1. Rugosidade Média (Ra):A rugosidade média, ou “roughness average” (Ra), é a média aritmética dos valores absolutos dasordenadas de afastamento (yi), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro
  16. 16. do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja áreaé igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média, tendopor comprimento o percurso de medição (lm).Figura 19 - Rugosidade Média (Ra)O parâmetro Ra é usado nos seguintes casos: Quando for necessário o controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção; Em superfícies em que o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados(torneamento, fresagem etc.); Em superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenasestéticos.A rugosidade Ra para uma operação de usinagem pode ser estimada com base na literatura pelaequação abaixo:(5)Onde:é o avanço.é o raio de ponta da ferramenta.7.6.2. Rugosidade Máxima (Ry):A rugosidade máxima está definida como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que seapresenta no percurso de medição (lm). Por exemplo: na Figura 20, o maior valor parcial é o Z3,que está localizado no 3º cut off, e que corresponde à rugosidade Ry.Figura 20 - Rugosidade Máxima (Ry)
  17. 17. O parâmetro Ry é empregado nos seguintes casos Superfícies de vedação; Assentos de anéis de vedação; Superfícies dinamicamente carregadas; Tampões em geral; Parafusos altamente carregados; Superfícies de deslizamento em que o perfil efetivo é periódico.Para se estimar a rugosidade Ry em um processo de usinagem, utiliza-se a equação abaixo:(6)Onde:é o avanço.é o raio de ponta da ferramenta.7.6.3. Rugosidade total (Rt):A rugosidade total corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo nocomprimento de avaliação (lm), independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi). NaFigura 21, pode-se observar que o pico mais alto está no retângulo Z1, e que o vale mais fundoencontra-se no retângulo Z3. Ambos configuram a profundidade total da rugosidade Rt.Figura 21 - Rugosidade total (Rt)O parâmetro Rt tem o mesmo emprego do Ry, mas com maior rigidez, pois considera ocomprimento de amostra igual ao comprimento de avaliação.7.6.4. Rugosidade média (Rz):A rugosidade média (Rz) corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial.Rugosidade parcial (Zi) é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maiorafastamento, acima e abaixo da linha média, existentes no comprimento de amostragem (cut off).Na representação gráfica do perfil, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximo emínimo do perfil, no comprimento de amostragem (le).
  18. 18. Figura 22 - Rugosidade média (Rz)O parâmetro Rz é empregado nos seguintes casos: Pontos isolados não influenciam na função da peça a ser controlada. Por exemplo:superfícies de apoio e de deslizamento, ajustes prensados etc.; Em superfícies onde o perfil é periódico e conhecido.7.7.Representação da RugosidadeComo é de conhecimento, existem diversos tipos de superfícies. Para identificar cada uma delas,existe uma simbologia específica para rugosidade, a qual segue:7.7.1. Norma ABNT NBR 8404:1984Fixa os símbolos e indicações complementares para a identificação do estado de superfície emdesenhos técnicos.Figura 23. Símbolos sem identificação
  19. 19. Figura 24. Símbolos com indicação da característica principal da rugosidade RaFigura 25. Símbolos com indicações complementaresFigura 26. Símbolos para indicações simplificadas
  20. 20. 7.7.2. Indicações do estado de superfícieAs indicações do estado de superfície são dispostas em relação aos símbolos que seguem:Figura 27. Indicações da superfície. a = valor da rugosidade Ra, em mm, ou classe de rugosidade N1 até N12. b = método de fabricação, tratamento ou revestimento. c = comprimento de amostra, em milímetros. d = direção de estrias. e = sobremetal para usinagem, em milímetros. f = outros parâmetros de rugosidade.7.7.3. Indicação em desenhosTodos os símbolos e inscrições devem estar orientados para serem lidos na posição normal e nolado direito:Figura 28. Representação em desenhos7.7.4. Direção nas estriasA direção das estrias é a direção predominante das irregularidades da superfície.Figura 29. Representação de estrias
  21. 21. 7.8.RugosímetroConsiste em um aparelho eletrônico com alto padrão de qualidade de medições utilizado paraverificação da superfície de peças e ferramentas – destinado para análises de rugosidade.Inicialmente, seu uso era apenas para rugosidade ou textura primária. Mas com o tempoapareceram novos critérios como ondulação, exigindo a evolução das tecnologias. Sendo assim, osnovos aparelhos –quem mantém o nome rugosímetro – também medem estes critérios secundários.Os rugosímetros podem ser classificados em dois grandes grupos: aparelhos que fornecem somentea leitura dos parâmetros de rugosidade (aplicados em linhas de produção) e aparelhos que, além daleitura, permitem o registro, em papel, do perfil efetivo da superfície (uso mais em laboratórios).Estes aparelhos são compostos das seguintes partes: Apalpador: desliza sobre a superfície levando os sinais da agulha apalpadora até oamplificador. Unidade de acionamento: com uma velocidade constante, desloca o apalpador sobre asuperfície. Amplificador: contém um indicador de leitura que recebe os sinais da agulha e tem a parteprincipal eletrônica do aparelho. Registrador: acessório do amplificador que fornece a reprodução do corte da superfície.Para determinação da rugosidade, deve-se percorrer com um apalpador de formato normalizada,acompanhado de uma guia (patim). Enquanto um acompanha a rugosidade, o outro acompanha aondulação. O movimento da agulha é transformado em impulsos elétricos e registrado nomostrador.Figura 30. Rugosímetro portátil digital (esquerda) e rugosímetro digital com registroincorporado (direita)7.9.Procedimento experimental utilizado para medição de rugosidade:7.9.1. Equipamentos utilizados:O segundo objetivo da prática era avaliar a influência do avanço na rugosidade da superfície dousinado, e pode ser realizado através da medição da mesma através de um rugosímetro manual damarca Mitutoyo, modelo SJ201, já não mais fabricado pela empresa. Conectado a esse rugosímetrofoi utilizado um apalpador específico e assim os picos e vales resultantes do processo detorneamento são medidos e três valores de rugosidade são verificados.
  22. 22. 7.9.2. Sequência do processo:O tarugo foi preso em um suporte, por meio de castanhas, com o lado de avanço menor voltadopara fora, e então o apalpador foi posicionado rente à superfície usinada. Indicou-se para orugosímetro iniciar a leitura da rugosidade, e então o apalpador foi deslocado pela superfície dotarugo por uma distância de aproximadamente 5,6 mm, dividindo essa região em 7 partes, sendoque a primeira e última são desprezadas para efeito de levantamento de dados.Uma vez que os dados necessários foram coletados pelo rugosímetro, esse imprimiu na tela valoresde Ra, Ry máximo e Rz máximo. O mesmo procedimento foi realizado para o lado com avançomaior.A Figura 31 ilustra a montagem empregada para realizar as medições de rugosidade na peça.Figura 31 - Montagem para a medição de rugosidade7.10. Dados de rugosidade coletados:Por fim, os dados coletados da rugosidade (média e máxima), através de medições sucessivas como rugosímetro, foram (Tabela 11):Tabela 11- RugosidadesRugosidade média - RaLados Ra1 (μm) Ra2(μm) Ra3(μm)Lado 01 0,90 0,77 0,80Lado 02 2,47 2,32 2,35Rugosidade máxima no plano y - RyLados Ry1 (μm) Ry2(μm) Ry3(μm)Lado 01 7,90 5,90 7,93Lado 02 14,10 14,17 15,06Rugosidade máxima no plano z - RzLados Rz1 (μm) Rz2(μm) Rz3(μm)Lado 01 7,90 5,90 7,93Lado 02 14,10 14,17 15,067.11. ResultadosPartindo dos dados coletados é possível comparar as rugosidades média e máximas com asequações teóricas (equações 5 e 6):
  23. 23. Tabela 12 - Rugosidade média Ra experimental e teórica para r_ε=0,8 mmComparação das rugosidades médias (Ra)Rugosidade900 rpm0,05 mm/volta 0,20 mm/voltaTeórica [μm] 0,15625 2,5Experimental [μm] 0,823 2,38Diferença percentual [%] 81,02 4,8Tabela 13 - Rugosidades máximas Ry e Rz experimentais e teóricas para r_ε=0,8 mmComparação das rugosidades máximas (Ry e Rz)Rugosidade900 rpm0,05 mm/volta 0,20 mm/voltaTeórica [μm] 0,391 6,25Experimental [μm] 7,243 14,44Diferença percentual [%] 94,61 56,737.12. Análise de resultadosComo pode ser observado pelos resultados obtidos, as rugosidades Ra, Ry e Rz máxima forammaiores para o lado 2, o qual foi usinado com velocidade de avanço maior. A explicação disso estáno fato de que com um avanço mais elevado, a força de corte e, consequentemente, a vibração dapeça durante a usinagem são maiores. Devido a isso, a rugosidade tende a ser maior.Isto está de acordo com o que é apresentado por Souza et. al. [3], ou seja, as rugosidades (máxima emédia) tendem a aumentar proporcionalmente em relação ao avanço.Segundo Alves [4], quando o raio de ponta da ferramenta é elevado o acabamento superficial ficabastante irregular para velocidades de avanço muito pequenas devido à maior vibração. Isto implicaem rugosidades médias superficiais maiores e ocorrem diferenças significativas entre asrugosidades experimental e teórica, como pode ser observado na Tabela 12.Em relação à rugosidade máxima, para um avanço maior a potência de corte será maior e aformação do cavaco será facilitada [4]. Dessa forma a rugosidade experimental se aproxima dateórica (Tabela 13). Porém como o raio de ponta da ferramenta é razoavelmente grande, asdiferenças entre o resultado teórico e experimental ainda são significativas, sendo esta menor queaquela.Apesar disso, também se deve considerar que erros de medição possam ter ocorrido. O rugosímetroestar descalibrado, a interferência por vibrações externas e a má fixação das peças podem serfatores que influenciaram durante as medições.Referências[1] DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. Tecnologia da Usinagem dosMateriais. 7ª edição, São Paulo: Artliber, 2011.[2] COSTA, D. D.; MAGALHÃES, J. F.; LAJARIN, S. F.; AMORIM, F. L. Monitoramento daeficiência elétrica em processos de usinagem.[3] SOUZA, A. J.; SHOROETER, R. B. Análise da influência dos parâmetros de corte nossinais monitorados de força e vibração, e na variação da rugosidade da superfícietorneada.[4] ALVES, D. Análise de rugosidade superficial de superfície torneada em função do avançoe do raio de ponta da ferramenta.
  24. 24. [5] Apostilas Telecurso 2000 - Metrologia - Aulas 18, 19 e 20.[6] Norma ABNT NBR ISO 4287:2002 - Especificações geométricas do produto (GPS) -Rugosidade: Método do perfil - Termos, definições e parâmetros da rugosidade.[7] Norma ABNT NBR 8404:1984 - Indicação do estado de superfícies em desenhos técnicos

×