Acabamento superficial: um guia abrangente para rugosidade superficial na fabricação

Acabamento de superfície

A superfície é um aspecto importante das peças usinadas. O acabamento superficial tem um impacto significativo na durabilidade e no desempenho de um produto. Portanto, é importante compreender a rugosidade superficial e seu papel.

O que é acabamento superficial/rugosidade superficial?

A condição de uma superfície é chamada de textura superficial ou topografia superficial. Refere-se aos ligeiros desvios locais de uma superfície em relação a uma superfície perfeitamente plana (um plano real).

O termo “acabamento superficial” geralmente se refere ao grau de polimento ou textura da superfície de uma peça ou componente. Um dos parâmetros da textura superficial é a rugosidade superficial. Esses parâmetros quantificam as propriedades do acabamento superficial para regular o processo de fabricação ou prever o comportamento de um componente durante o uso.

Parâmetros de qualidade de superfície

Os parâmetros de qualidade da superfície também são chamados de parâmetros de textura da superfície. Eles são divididos em três características: rugosidade, ondulação e localização. A rugosidade geralmente consiste em irregularidades menores, enquanto a ondulação consiste em irregularidades maiores. Localização refere-se à direção do grão ou textura predominante na superfície.

Importância da rugosidade superficial na produção técnica

Aqui estão algumas razões importantes pelas quais a rugosidade superficial é importante em vários processos de fabricação.

• Irregularidades na superfície podem servir como terreno fértil para fissuras ou corrosão. Portanto, a rugosidade é um forte indicador do desempenho futuro de um componente mecânico. Algumas aplicações também podem ser necessárias para melhorar a adesão de acabamentos cosméticos, como pintura, revestimento em pó ou galvanização.

• Os engenheiros devem manter o controle da superfície para desenvolver processos de produção consistentes e confiáveis ​​para cada produto. Em vários acabamentos superficiais, a medição superficial pode ser um elemento crítico para manter o controle do processo de fabricação, monitorando-o para garantir que esteja dentro de determinados parâmetros quando um acabamento superficial preciso é necessário. A falha de um item construído geralmente começa na superfície, seja devido a um único defeito de fabricação ou a uma deterioração gradual na qualidade da superfície.

• O tratamento de superfície pode otimizar e melhorar a condutividade elétrica da superfície. Aumenta a resistência ao desgaste do produto, reduz o atrito e é crucial para a corrosão e resistência química. Também confere aos produtos uma aparência visual especial. Também contribui para a adesão de tintas e revestimentos. Por esta razão, os processos de tratamento tornaram-se a abordagem preferida para alcançar o tratamento superficial desejado em vários objetos usinados e fabricados.

5 fatores que influenciam a textura da superfície

Quando as superfícies de dois objetos entram em contato, a qualidade do acabamento superficial tem um impacto significativo no desempenho e na duração. Abaixo estão alguns dos fatores que afetam o acabamento da superfície:

temperatura

O volume é influenciado pela temperatura. À medida que a temperatura aumenta, os metais se expandem enquanto os polímeros podem deformar-se. Como resultado, o acabamento superficial de um componente pode ser influenciado pela temperatura do material que está sendo cortado. Temperaturas acima da temperatura ideal para o processo de corte do material em questão resultam frequentemente em superfícies irregulares e aumento da rugosidade superficial, especialmente quando se utilizam métodos mecânicos.

Técnicas de corte

Lâminas de metal são tradicionalmente utilizadas em instrumentos e máquinas de corte. Os lasers e a água de alta pressão, por outro lado, tornaram-se alternativas populares aos métodos tradicionais de corte mecânico. No geral, as novas tecnologias levam a resultados mais notáveis, incluindo superfícies lisas. O corte a laser oferece inúmeras vantagens em relação às tecnologias de corte convencionais, como maior precisão de corte e menos superfícies ásperas. Um cortador a jato de água oferece vantagens como processamento de superfície mais potente em peças pequenas.

Taxa de remoção de material e avanço

A taxa de remoção de material (MRR) é a quantidade de material removido por unidade de tempo. Mostra quanto tempo leva para remover uma certa quantidade de material de uma peça de trabalho. O avanço é definido como a distância que a ferramenta percorre ao longo ou dentro da peça de trabalho para cada ponto da ferramenta passado por unidade de tempo. Ambos os aspectos influenciam a qualidade de um tratamento de superfície.

instrumentos de corte

O acabamento superficial de uma peça é determinado pelo tipo e qualidade das máquinas utilizadas para corte. A velocidade de corte, o avanço e a profundidade podem ser alterados nas máquinas de corte. Estas variáveis ​​são alteradas dependendo do tipo de material a ser cortado e do tamanho do componente a ser fabricado para evitar uma superfície muito rugosa.

Profundidade de corte e velocidade de corte

Perpendicular à superfície usinada, a profundidade de corte é a penetração da aresta de corte da ferramenta no material da peça a cada passagem. A velocidade de corte é a velocidade na qual a aresta de corte de uma ferramenta se move sobre a superfície de uma peça em um determinado tempo. A ferramenta pode ficar cega devido à geração excessiva de calor se a velocidade de corte for muito alta. Quando a velocidade de corte aumenta, o tempo de usinagem aumenta, resultando em redução da produtividade.

Como você mede a rugosidade da superfície?

Dispositivo de medição de rugosidade superficial

A rugosidade da superfície é uma forma de quantificar o número de irregularidades em uma superfície. O parâmetro Ra representa a média aritmética de todas as elevações de superfície medidas em uma determinada área. Conforme mencionado acima, eles são divididos em três características: rugosidade, ondulação e formato. Esses fatores podem influenciar as propriedades da superfície.

Portanto, existem várias maneiras de medir a rugosidade superficial. As técnicas de medição mais importantes são medição direta, medição comparativa, medição sem contato e medição em processo.

Métodos diretos Avalie o acabamento da superfície arrastando um lápis perpendicularmente à superfície e arrastando-o ao longo da superfície. Outro método para avaliar a rugosidade superficial em materiais magnéticos é a indutância. Neste método, um transdutor de indutância utiliza radiação eletromagnética para medir a distância até a superfície de teste. Este teste produz um valor paramétrico que pode ser usado para comparar os níveis de rugosidade.

Técnicas de comparação. Técnicas comparativas utilizam amostras de rugosidade superficial preparadas usando o mesmo equipamento, processo e material da superfície que está sendo avaliada. Os sentidos visual e tátil comparam uma amostra com rugosidade superficial conhecida. Devido à natureza subjetiva do processo, esta técnica é mais adequada para aplicações não críticas.

• Em vez de usar uma caneta nos métodos de contato, métodos sem contato use som ou luz. Os instrumentos ópticos são divididos em diversas categorias, incluindo interferência confocal e de luz branca. Eles diferem no princípio subjacente a eles. Técnicas de microscopia eletrônica também são utilizadas, mas os dispositivos utilizados são limitados por seus pequenos campos de visão.

Métodos em processo permitem o monitoramento contínuo da superfície durante a usinagem ou outros processos, o que pode fornecer feedback valioso ao operador. Além disso, os métodos em processo podem fornecer resultados mais precisos do que outros métodos porque medem a superfície em condições mais próximas da aplicação real.

Além disso, o som é usado para determinar as propriedades da superfície. O espalhamento ultrassônico envolve o envio de um pulso ultrassônico para a superfície. As ondas ultrassônicas são convertidas e refletidas no dispositivo de teste. As propriedades de rugosidade da superfície são então calculadas com base nas ondas refletidas.

A rugosidade da superfície também pode ser medida com luz, iluminando a superfície com um feixe de laser e medindo a intensidade da luz refletida. Quanto mais áspera for a superfície, mais a luz será espalhada e menor será a intensidade da luz refletida.

Tipos de equipamentos de teste de acabamento superficial

Muitos métodos usam equipamentos diferentes para testar a textura da superfície ou superfícies ásperas. Alguns dos dispositivos estão listados abaixo:

Técnica de perfil

A superfície é medida com uma sonda de medição de alta resolução. A sensibilidade deste processo é mais comparável à de uma agulha de gramofone. É possível que um apalpador CNC não seja eficaz.

Tecnologia de microscopia

Essas abordagens qualitativas concentram-se em comparar e contrastar duas coisas diferentes. Os resultados fornecem informações úteis sobre os picos e vales encontrados em diversas superfícies.

Área de tecnologia

Esses métodos medem uma área de superfície limitada. Eles fornecem uma média estatística dos picos e profundidades da superfície. Exemplos incluem espalhamento ultrassônico, sondas de capacitância, espalhamento óptico e outros. As abordagens baseadas em área são mais fáceis de automatizar e implementar.

Compreendendo os símbolos de rugosidade superficial: de RA a RZ

Símbolos de rugosidade superficial

A medição correta da rugosidade é crucial em aplicações técnicas, pois as superfícies devem estar dentro dos limites de rugosidade desejados por razões de qualidade. Descritores estatísticos, valores de intensidade e descritores de textura podem ser usados ​​para avaliar a condição da superfície.

Ra (rugosidade superficial média)

A métrica mais comumente usada para avaliar o acabamento superficial é Ra, ou desvio da média aritmética, que mede a rugosidade superficial média de uma peça. Ra quantifica o desvio de uma curva de rugosidade da linha central. Além disso, o diagrama de textura de superfície Ra é frequentemente usado para valores absolutos ao descrever, medir e reproduzir a topologia de superfície. No entanto, apresenta falhas significativas que tornam úteis fatores adicionais.

Rmax (distância vertical do pico ao vale mais profundo)

Rebarbas e arranhões são os principais candidatos a esta propriedade de rugosidade. No entanto, isto pode não ficar claro quando se utiliza a tabela de qualidade de superfície Ra. O Rmax, por outro lado, é extremamente sensível a essas irregularidades.

Rz (altura média máxima do perfil)

Rz normalmente mede a altura média máxima de uma trajetória de superfície. Os resultados médios das cinco maiores diferenças entre os picos mais altos e os vales mais baixos em toda a área determinam este parâmetro. O parâmetro Ra pode ignorar alguns extremos, resultando em medições imprecisas ou imprecisas; Rz pode ajudar a eliminar alguns desses erros.

Média da linha central (CLA)

A média da linha central é definida como a altura média aritmética de picos e vales determinada por um perfilômetro ou interferômetro óptico ao medir a rugosidade da superfície. É considerado o método mais adequado para medir a rugosidade superficial.

Ra comparado ao RMS

Como você sabe, várias abreviaturas são usadas no acabamento superficial, incluindo Ra, Rsk, Rq, Rku, Rz, RMS, etc. Micrômetros ou mesmo micropolegadas são as unidades mais comuns de acabamento superficial. Além disso, o número menor indica uma qualidade de superfície mais fina. O gráfico de rugosidade superficial a seguir compara as duas escalas Ra e RMS para processos de fabricação.

Tabela aproximada de conversão de rugosidade superficial
Números de nível de rugosidade Sistema americano Sistema métrico
Ra (µin) Valor RMS (µin) Ra(µm) Valor RMS (µm)
N12 2000 2200 50 55
N11 1000 1100 25 27,5
N10 500 550 12,5 13,75
N9 250 275 8.3 9.13
N8 125 137,5 3.2 3,52
N7 63 69,3 1.6 1,76
N6 32 35,2 0,8 0,88
N5 16 17.6 0,4 0,44
N4 8.8 0,2 0,22
N3 4 4.4 0,1 0,11
N2 2 2.2 0,05 0,055
número 1 1 1.1 0,025 0,035

Como escolher a rugosidade superficial adequada para usinagem CNC?

Cabeça de corte de uma máquina CNC

A usinagem CNC é um processo de fabricação preciso e exato que pode produzir peças com tolerâncias de até 0,025 mm. Contudo, os processos de usinagem podem deixar marcas de corte na superfície do produto final. A rugosidade superficial de uma peça após a usinagem raramente é aleatória.

Em vez disso, são tomadas medidas para garantir que uma certa rugosidade seja alcançada. Isso significa que os valores de rugosidade na superfície são pré-determinados. Certos valores de Ra são considerados padrões da indústria na fabricação, conforme estabelecido na ISO 4287.

Na usinagem CNC, esses são os valores que podem ser especificados. Eles são usados ​​em vários processos de fabricação e pós-processamento e variam em tamanho de 25 µm a 0,025 µm. Quanto menor o valor de Ra, mais esforços/operações de usinagem são necessários, daí o controle de qualidade.

Abaixo estão alguns dos valores de Ra:

3,2 μmRa

Este é o tratamento de superfície típico para máquinas comerciais. É aceitável para a maioria das peças de consumo e superfícies lisas, mas haverá marcas de corte visíveis.

1,6 μmRa

Com esta opção, as marcas de corte geralmente ficam apenas marginalmente visíveis. Este valor Ra é adequado para superfícies com movimento lento e cargas leves e é recomendado para ajustes apertados e peças tensionadas.

0,8 μmRa

Este tratamento de superfície de alta qualidade requer um trabalho cuidadoso e detalhado, o que aumenta o esforço. É essencial para peças sujeitas a altas tensões.

0,4 μmRa

A rugosidade superficial desta espessura requer mais trabalho e só deve ser solicitada se a suavidade for a prioridade mais alta. São ideais para áreas sujeitas a alta tensão ou estresse.

Diploma

Acabamento superficial é o processo pelo qual uma peça fabricada recebe a rugosidade superficial desejada. É o resultado dos processos de fabricação utilizados e pode ter um grande impacto na função, estética e durabilidade do produto final.

Perguntas frequentes

Quais são as unidades de Ra?

As unidades de Ra são micrômetros e micropolegadas.

O que é um acabamento de superfície 125?

Um acabamento 125 equivale a 0,000125 milionésimos de polegada.

Qual é a relação entre Ra e suavidade da superfície?

Quanto menor o valor de Ra, maior será a suavidade da superfície e vice-versa.

O que significa RMS 63?

RMS 63 indica que a superfície está mais lisa e com melhor acabamento.

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