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Processos de maquinagem e rugosidade superficial associada

O acabamento correto da superfície influencia significativamente a funcionalidade, a vida útil e os custos de fabrico dos componentes. Neste blog, irá aprender tudo o que precisa de saber – desde os princípios básicos da aspereza superficial a métodos de medição e normas internacionais, a exemplos práticos de como a aspereza é descrita nos desenhos e que métodos de maquinagem proporcionam a qualidade desejada. Mergulhe no mundo da precisão e descubra porque é que até mesmo os micrómetros podem fazer toda a diferença!

O que é rugosidade superficial?

As irregularidades da superfície ou as irregularidades das superfícies descrevem a irregularidade microscópica e a textura criadas pelos processos de maquinação na superfície de um material. Este desnivelamento é frequentemente demasiado pequeno para ser percebido a olho nu, mas influencia significativamente as propriedades mecânicas, químicas e óticas de um componente.

A espessura é tipicamente medida pelo perfil da superfície, em que os desvios de uma superfície idealmente lisa são registados na forma de picos e vales. Estes desvios são medidos em micrómetros (μm) e são descritos utilizando várias caraterísticas. Em aplicações industriais, a rugosidade da superfície é um aspeto não insignificante, pois influencia fatores como atrito, aderência, comportamento de desgaste, lubricidade e resistência à corrosão. A aspereza ideal pode ajudar a prolongar a vida útil dos componentes, aumentar a eficiência da máquina ou melhorar a funcionalidade dos vedantes, rolamentos e outros componentes.

Que tipos de rugosidade de superfície existem?

A rugosidade da superfície é descrita por vários parâmetros que ajudam a caraterizar a condição de uma superfície. Cada um destes parâmetros fornece informações diferentes sobre a microestrutura e a qualidade de uma superfície. Alguns dos parâmetros mais importantes são explicados abaixo:

Rugosidade Ra (valor médio aritmético de rugosidade): Ra é o parâmetro mais utilizado que descreve a aspereza da superfície. Mede a distância média dos perfis de rugosidade a partir da linha central de uma superfície. Ra fornece uma média simples da altura e profundidade dos desvios da superfície e fornece uma estimativa geral de aspereza.
Rugosidade Ry (rugosidade máxima): Ry refere-se ao pico individual mais alto e ao vale mais profundo dentro de uma seção de medição específica. Por conseguinte, descreve a maior distância vertical na superfície.
Rz de grossura (valor de altura de dez pontos): Rz descreve a diferença entre os cinco picos mais altos e os cinco vales mais baixos numa secção de medição. Ao contrário de Ra, que fornece um valor médio, Rz foca-se em alturas e profundidades extremas e fornece uma declaração mais precisa sobre a máxima rugosidade de uma superfície.
Rt de Rugosidade (altura total do perfil): Rt descreve a distância entre o desvio mais alto e mais baixo de uma superfície ao longo de todo o comprimento do perfil medido. Proporciona um valor de aspereza total tendo em conta os picos e vales extremos em todo o campo de medição.

O cálculo exato destes parâmetros pode ser bastante complexo e requer instrumentos de medição e métodos matemáticos especiais. Se estiver interessado num cálculo detalhado da aspereza da superfície, encontrará mais informações na nossa publicação no blog sobre a medição e determinação do acabamento da superfície e gráfico de aspereza.

Métodos de medição da rugosidade da superfície

A aspereza da superfície é medida utilizando diferentes instrumentos de medição e métodos de medição. As técnicas mais comuns incluem:

Método de exame seccional: Neste caso, uma ponta de digitalização de precisão digitaliza a superfície da peça de trabalho enquanto regista as alturas e profundidades do perfil da superfície. O sensor regista o perfil a partir do qual vários parâmetros de rugosidade, como Ra, Rz ou Rt, podem então ser derivados. Este método é adequado para uma vasta gama de superfícies, mas apenas gera uma visão bidimensional da rugosidade.
Medição da rugosidade ótica: Os instrumentos de medição óptica geram uma imagem tridimensional da superfície. Estes métodos são particularmente úteis para materiais sensíveis ou macios que possam ser danificados por uma ponta mecânica.
Digitalização a laser: Os métodos baseados em laser utilizam um feixe de luz focado para medir a superfície. Isto permite a medição sem contacto de estruturas de superfície com alta velocidade e precisão.

Normas internacionais para aspereza da superfície

A rugosidade da superfície é medida e especificada de acordo com normas internacionalmente reconhecidas. A série padrão ISO 25178, por exemplo, refere-se a medições tridimensionais da textura da superfície e está a tornar-se cada vez mais importante porque os processos de fabrico modernos geram frequentemente estruturas de superfície complexas. As normas internacionais garantem que a medição e especificação da dureza da superfície permanece consistente e comparável em todo o mundo. Essas normas fornecem definições claras e diretrizes de medição usadas pela indústria de manufatura para garantir que os componentes atendam aos requisitos funcionais e qualitativos.

Como é descrita a aspereza da superfície nos desenhos?

As especificações de superfície nos desenhos de engenharia descrevem a qualidade específica de uma superfície, incluindo a sua rugosidade, ondulação e métodos de maquinagem. Os engenheiros e especialistas em fabrico utilizam símbolos padronizados para comunicar com precisão os requisitos de acabamento da superfície. A base para o fabrico de componentes é criada especificando a rugosidade da superfície, métodos de maquinagem e direções de grão nos desenhos. Estes símbolos e valores seguem normas internacionais, como a ISO 1302, que asseguram especificações e métodos de medição globalmente uniformes. Alguns símbolos básicos de rugosidade são explicados abaixo.

O símbolo de superfície é um símbolo padronizado utilizado em desenhos de engenharia para comunicar os requisitos de acabamento de superfície para uma peça de trabalho. É utilizado para apresentar informações sobre aspereza da superfície, método de maquinagem, direção do grão, ondulação e outros aspetos relevantes da superfície.

a - Valor da rugosidade da superfície Ra

b - Especifica o método de maquinação

c - Especificações da secção, comprimento examinado

d - Especifica a direção do grão

e - Especifica a tolerância de maquinação

f - Parâmetros diferentes de Ra

g - Especifica ondulação superficial

Métodos de maquinagem para modificar o acabamento da superfície

Diferentes métodos, tais como torneamento, fresagem, moagem ou lapso, geram cada um diferentes rugosidades que influenciam a funcionalidade e a qualidade dos componentes fabricados. Dependendo da aplicação, pode ser necessária uma superfície grossa ou particularmente lisa para minimizar a fricção, o desgaste ou a suscetibilidade à corrosão. A tabela seguinte lista as rugosidades nas superfícies e mostra que métodos podem ser utilizados para alcançar estas rugosidades.

Método de maquinação e rugosidade da superfície alcançável – unidade: μm
Aspereza da superfície R_a (μm)	Método de maquinação
0.025	– um acabamento quase suave como espelho com apenas uma pequena irregularidade microscópica é conseguida através de métodos como micro-moagem, lapidação, polimento ou eletropolimento – para componentes sensíveis de alta precisão
0.05	– um acabamento de precisão com uma textura uniforme e picos de aspereza pouco visíveis e vales de aspereza é gerado por métodos de pós-processamento precisos, como moagem de precisão, lapping, polimento ou métodos de super acabamento – para aplicações com requisitos de alta precisão
0.1	– acabamento muito suave, mas com uma rugosidade ligeiramente mais microscópica – gerada por moagem de precisão, moagem, lapso ou polimento – ideal para instrumentos em mecânica e ótica de precisão
0.2	– uma superfície de alta qualidade e precisão é obtida através de moagem, moagem de precisão, lapso ou afiação – para ajustes, superfícies de vedação e superfícies de rolamentos
0.4	– um acabamento de alta qualidade com microdesnivelamento percetível, mas ainda pequeno, é conseguido através de métodos de maquinação, como torneamento de precisão, fresagem, moagem e afiamento – para aplicações com requisitos de acabamento de superfície moderados
0.8	– um acabamento relativamente suave com microdesnivelamento mais pronunciado é conseguido através de torneamento, fresagem, afiamento e moagem – para componentes mecânicos, superfícies de rolamentos e superfícies deslizantes que devem permitir movimentos suaves
1.6	– um bom acabamento da superfície com microdesnivelamento tátil é conseguido através de métodos como torneamento, fresagem, desbaste ou esmerilação – para rolamentos simples, eixos e componentes que funcionam sob condições moderadas e controladas
3.2	– um acabamento relativamente áspero com picos e vales claramente percetíveis é gerado por torneamento, fresagem ou desbaste – para componentes e juntas que são maquinados ou revestidos em operações subsequentes
6.3	– um acabamento comparativamente grosseiro com claramente visível e irregularidade tátil é gerado por torneamento, fresagem, fundição, perfuração, etc. – para componentes sujeitos a cargas elevadas ou destinados a maquinação de superfície subsequente
12.5	– uma superfície muito grossa com superfícies irregulares pronunciadas é criada através de torneamento, fresagem, moagem ou fundição – para componentes irregulares ou não críticos
25	– superfície áspera e inferior – criada durante a serragem, torneamento áspero, fresagem, etc. – para componentes e espaços vazios antes da maquinação fina
50, 100	– superfície extremamente grossa – para aplicações toleradas ou especificadas com elevada aspereza superficial

Importância da rugosidade da superfície em aplicações industriais

A aspereza da superfície desempenha um papel importante em aplicações industriais, especialmente no que diz respeito à redução do atrito e desgaste. Dependendo do perfil de rugosidade, as superfícies podem causar maior fricção ou manter melhor a película lubrificante e, assim, melhorar a eficiência dos componentes da máquina. No entanto, para obter um entendimento completo das relações entre o acabamento da superfície e o comportamento de fricção, é igualmente importante compreender os conceitos de fricção e coeficiente de fricção. Nesse contexto, a rugosidade superficial afeta diretamente o coeficiente de atrito, que é decisivamente responsável pelo contato entre os componentes. Quer saber mais? Encontre mais informações sobre os princípios básicos do coeficiente de atrito, seus métodos de medição e suas aplicações em engenharia no nosso blog.