UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS - UEA
ANDRÉ JOAQUIM MACHADO TORRES
ANÁLISE DO ACABAMENTO SUPERFICIAL DE METAIS
MANAUS
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS – UEA
ANDRÉ JOAQUIM MACHADO TORRES
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MANAUS
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OBJETIVO
Analisar a influência do acabamento superficial na durabilidade estática de peças
metálicas sujeitas à fadiga e e...
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...........................................................................................................
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INTRODUÇÃO
Um projeto mecânico é basicamente constituído por um conjunto de normas a
serem obedecidas durante a fabricaç...
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1. ACABAMENTO SUPERFICIAL
O acabamento superficial é, na verdade, um critério de avaliação metrológico
constituído por q...
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afetariam a durabilidade da peça tais como a corrosão, fadiga, melhor escoamento de
fluidos, melhor transferência de cal...
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 Comprimento de amostragem (Le) – É o comprimento de
análise da rugosidade, igual a 1/5 do percurso de medição. Deve co...
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Fig. 4 – Indicação da rugosidade máxima (Rmáx) como sendo a que apresenta maior
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fim, o registrador fornece o res...
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2. ACABAMENTO SUPERFICIAL E USINAGEM
Outra forma de se obter e inspecionar a rugosidade, como já dito, é através dos
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Na prática, alguns parâmetros são padronizados de acordo com o material a
usinar. A tabela a seguir mostra os padrões d...
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 Peça de aço 1020;
 Diâmetro inicial: 𝑑𝑖 = 40 𝑚𝑚
 Comprimento inicial: 𝑙1 = 300 𝑚𝑚
A tabela a seguir representa toda...
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onde a rotação é 250 RPM, portanto, deve-se trabalhar com os parâmetros contidos
nessa linha.
Outro modo de observar a ...
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CONCLUSÃO
Em teoria, por um processo de usinagem de acabamento qualquer, temos
diversas maneiras de se obter determinad...
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BIBLIOGRAFIA
DINIZ,A; MARCONDES,F. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 1º Edição.
São Paulo: MM Editora;
 NETO,J,C....
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Análise do acabamento superficial dos metais (Provisório)

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Análise do acabamento superficial dos metais (Provisório)

  1. 1. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS - UEA ANDRÉ JOAQUIM MACHADO TORRES ANÁLISE DO ACABAMENTO SUPERFICIAL DE METAIS MANAUS 2014
  2. 2. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS – UEA ANDRÉ JOAQUIM MACHADO TORRES ANÁLISE DO ACABAMENTO SUPERFICIAL DE METAIS MANAUS 2014 Projeto de P&D do curso de Engenharia Mecânica requisitado como atividade exercida pelo aluno vinculada ao programa Bolsa Graduação Samsung. Orientador: Aristides Rivera
  3. 3. OBJETIVO Analisar a influência do acabamento superficial na durabilidade estática de peças metálicas sujeitas à fadiga e estudar a relação entre os processos de usinagem convencionais e o perfil de acabamento que pode ser obtido a fins de aprimorar os resultados que esses processos podem fornecer para, assim, melhorar o desempenho da peça metálica.
  4. 4. SUMÁRIO INTRODUÇÃO........................................................................................................................... 5 1. ACABAMENTO SUPERFICIAL ..................................................................................... 6 1.1. CONCEITOS DO PERFIL DE RUGOSIDADE............................................................... 7 1.2. PARÂMETROS DE RUGOSIDADE................................................................................. 8 1.3. PRINCÍPIOS BÁSICOS SOBRE RUGOSÍMETRO ....................................................... 9 1.4. PARÂMETROS DE USINAGEM.................................................................................... 10 2. ACABAMENTO SUPERFICIAL E USINAGEM......................................................... 11 3. ANÁLISE DA RUGOSIDADE MÉDIA POR PARÂMETROS DE USINAGEM ..... 12 CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 15 BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................... 16
  5. 5. 5 INTRODUÇÃO Um projeto mecânico é basicamente constituído por um conjunto de normas a serem obedecidas durante a fabricação para obter os resultados adequados à finalidade da peça-produto. Entre essas normas e esses processos, destacam-se o acabamento superficial e os processos de usinagem, que se interligam por serem conceitos relacionados ao resultado da peça. Em geral, o acabamento superficial é avaliado através da rugosidade presente. Rugosidade é um conjunto de irregularidades finas microscópicas que, geralmente, decorrem do processo de acabamento. Todas as peças existentes, por mais perfeitas que sejam suas superfícies, apresentam rugosidade e esta pode ser benéfica ou não dependendo da aplicação que a peça esta destinada a desempenhar. Quanto à usinagem de acabamento, existem vários processos com esta mesma finalidade, como as operações seguintes ao desbaste de um produto recém-produzido ou as operações de recuperação de um produto onde o próprio tempo de atividade já o tornou gasto demais. Tais processos podem ser caros ou baratos dependendo da exigência quanto à precisão do acabamento. Quando um projeto de uma peça qualquer requer altas precisões na rugosidade superficial, há uma crescente preocupação com a qualidade e a durabilidade dos resultados que os processos de produção proporcionam. A análise da rugosidade final de uma peça recém-produzida é, portanto, a melhor forma de avaliar a qualidade do processo de usinagem assim como também é uma das principais características que permite concluir se a peça apresentará alta ou baixa vida-útil.
  6. 6. 6 1. ACABAMENTO SUPERFICIAL O acabamento superficial é, na verdade, um critério de avaliação metrológico constituído por quatro tipos de irregularidades que o definem:  Rugosidade – irregularidades finas e microscópicas decorridas do processo de fabricação;  Ondulações – irregularidades cujo espaçamento é relativamente grande, na qual a própria rugosidade está contida;  Marcas de avanço – são as finas linhas que definem a direção da usinagem que se realizou;  Falhas – são erros decorrentes de falhas ocasionais nos processos de fabricação. Pode-se realizar a análise superficial de uma peça de modo macro ou microscópico. A análise macroscópica tem foco nas ondulações presentes que se sobressaem do intervalo de erros estabelecidos no projeto, em contrapartida, a análise microscópica leva em consideração a rugosidade presente. Fig.1 – Representação do perfil de uma peça qualquer para distinguir ondulação e rugosidade Como foi dito, a importância da análise superficial microscópica aumenta à medida que crescem os requisitos de projeto da peça, esta relevância é justificada pelo fato do acabamento superficial ser uma alternativa viável para evitar certos fatores que
  7. 7. 7 afetariam a durabilidade da peça tais como a corrosão, fadiga, melhor escoamento de fluidos, melhor transferência de calor entre outros. Podemos tratar o movimento de giração de um eixo metálico qualquer sobre um mancal metálico fixo como um exemplo da presença desses fatores, para uma menor presença de atrito no contato entre as superfícies, o acabamento superficial deve ser ótimo caso contrário o atrito presente provocaria corrosão da superfície em contato do mancal, o que levaria ao aumento nas folgas e consequentemente prejudicaria a eficiência do conjunto. 1.1. CONCEITOS DO PERFIL DE RUGOSIDADE Fig.2 - Representação de um perfil de rugosidade  Percurso inicial (Lv) – Pequeno comprimento inicial cuja finalidade é calibrar a superfície amortecendo as oscilações mecânicas e elétricas decorrentes do toque da agulha apalpadora do rugosímetro. É desprezado na análise da rugosidade;  Percurso de medição (Lm) – Comprimento útil da medição do perfil de rugosidade que contém o comprimento de amostragem que é analisado na medição;  Percurso final (Ln) – Pequeno comprimento final destinado a amortecer oscilações finais do processo de medição. Também não é levado em consideração na análise.  Percurso de apalpamento (Lt) – É o comprimento total que entra em contato com o rugosímetro, trata-se da soma do percurso de medição com os percursos final e inicial;
  8. 8. 8  Comprimento de amostragem (Le) – É o comprimento de análise da rugosidade, igual a 1/5 do percurso de medição. Deve conter todos os elementos característicos possíveis que possam definir o perfil de rugosidade;  Linha média (---) - É uma linha traçada no perfil de rugosidade de modo a igualar a área à soma das áreas superiores com as áreas inferiores. 1.2. PARÂMETROS DE RUGOSIDADE Existem diversos parâmetros para se avaliar a rugosidade superficial e suas aplicações dependem da característica funcional da peça, por exemplo, peças de vedação terão preferências pelos parâmetros mais precisos enquanto em peças de superfícies porosas é recomendado o uso de um parâmetro mais geral. Os dois parâmetros mais utilizados na avaliação de acabamentos são a rugosidade média (Ra) e a rugosidade máxima (Rm):  Rugosidade média (Ra) – é uma medida geral da rugosidade, (Não dá indicação direta da mesma) define-se um comprimento de amostragem referencial através de uma linha média e em seguida calcula-se a média aritmética dos afastamentos verticais máximos e mínimos em relação a ela. Fig. 3 – Representação da rugosidade média como sendo a altura de um retângulo de comprimento C.  Rugosidade máxima (Rm) – é o maior valor identificado entre diversos valores de rugosidades para um determinado comprimento de amostragem.
  9. 9. 9 Fig. 4 – Indicação da rugosidade máxima (Rmáx) como sendo a que apresenta maior altura de pico, o parâmetro Ry indica a distância entre o maior pico e o menor vale. A unidade de medida de rugosidade é da ordem de mícron (μm) por se tratar de um valor microscópico. 1.3. PRINCÍPIOS BÁSICOS SOBRE RUGOSÍMETRO Fig. 5 – Avaliação da rugosidade de um anel metálico por um rugosímetro digital. O rugosímetro é um aparelho eletrônico de extrema importância em laboratórios de medição e linhas de montagem. Sua finalidade é, obviamente, medir a rugosidade de superfícies acabadas. Suas partes principais são o: apalpador, unidade de acionamento, amplificador e registrador. Cada parte exerce uma função, a unidade de acionamento é responsável por movimentar a agulha sobre a superfície devendo manter a velocidade constante para uma maior precisão, o apalpador leva os sinais captados pela agulha apalpadora até o
  10. 10. 10 amplificador que amplia esses sinais e calcula em função do parâmetro escolhido. E por fim, o registrador fornece o resultado da medição imprimindo-o em papel. 1.4. PARÂMETROS DE USINAGEM É importante conceituar alguns parâmetros básicos de usinagem para em seguida utilizá-los em outro método teórico de se obter a rugosidade. Entre os parâmetros que definem a geometria acabada de uma peça estão:  Velocidade de corte – Velocidade periférica da ferramenta, que retira material de forma longitudinal à peça. Na prática, seus valores são tabelados pelos fabricantes e dependem basicamente de três fatores: material da peça, material da ferramenta e taxa de avanço.  Avanço – Deslocamento paralelo que a ferramenta faz em relação à peça por rotação, sua unidade é milímetros por rotação (mm/rot).  Rotação – Movimento giratório que a peça (Em torneamento) ou a ferramenta (Demais processos) faz em torno do seu eixo. Há uma relação entre a rotação, velocidade de corte e diâmetro inicial da peça definida da seguinte forma: 𝑉𝑐 = 𝜋. 𝑑. 𝑛 1000 𝑚/ min (𝐸𝑞. 1)  Velocidade de avanço – É a velocidade paralela à peça referente ao avanço da ferramenta, ou seja, o deslocamento paralelo por unidade de tempo. É definida pelo produto entre a rotação e o avanço e medida em milímetros por minuto (mm/min): 𝑉𝑓 = 𝑛. 𝑓 (𝐸𝑞. 2)  Tempo de usinagem – Trata-se da duração, em minutos, do processo, podendo ser definido como o quociente entre o comprimento útil da peça e a velocidade de avanço: 𝑡 = 𝑙𝑖 𝑉𝑓 (𝐸𝑞. 3)
  11. 11. 11 2. ACABAMENTO SUPERFICIAL E USINAGEM Outra forma de se obter e inspecionar a rugosidade, como já dito, é através dos parâmetros da usinagem pelo qual a superfície passou. “Inspecionar” porque os valores obtidos através dos cálculos são teóricos, sendo então uma boa alternativa para analisar a margem de erros que a máquina proporciona à superfície na prática. Apesar de um processo de usinagem qualquer ter diversos parâmetros, os que afetam diretamente no valor da rugosidade são basicamente dois: O raio de ponta (r) e o avanço da ferramenta (f). Para entendermos a contribuição geométrica fornecida pelo raio de ponta da ferramenta basta analisarmos a figura a seguir: Fig. 6 – Representação do contato entre peça e ferramenta e o perfil de rugosidade obtido. Analisando a figura, concluímos que quanto maior for o raio de ferramenta, maior será o impacto nos valores de rugosidade. Se o valor do avanço for também alto, maior será a probabilidade de termos maiores oscilações dos valores de picos e vales d perfil de acabamento. Em operações de torneamento, por exemplo, podemos obter a rugosidade máxima e a rugosidade média, em teoria, através das seguintes relações: 𝑅 𝑚á𝑥 = 𝑓2 8𝑟 (𝑒𝑞. 4) 𝑅 𝑎 = 𝑓2 . 50 𝑟 (𝑒𝑞. 5)
  12. 12. 12 Na prática, alguns parâmetros são padronizados de acordo com o material a usinar. A tabela a seguir mostra os padrões de velocidade de corte de um torneamento para operações de desbaste e acabamento, note que as velocidades de corte para acabamento são cerca de 20% a mais do valor das velocidades para desbaste. Tabela 1 – Velocidades de corte para operações de desbaste e acabamento de acordo com o material a ser usinado. 3. ANÁLISE DA RUGOSIDADE MÉDIA POR PARÂMETROS DE USINAGEM Para fazer uma análise dos valores de rugosidade teórica que podemos obter através dos parâmetros de usinagem, suponhamos uma peça cilíndrica bruta feita de aço 1020 com diâmetro inicial igual a 40mm e comprimento igual a 300mm que será usinada por torneamento e que o acabamento superficial esperado tenha rugosidade média igual a 1.6 mícron. Dispomos de três ferramentas de aço rápido com raios de ponta iguais a 0.2, 0.8 e 2.4 milímetros. Dados de entrada:
  13. 13. 13  Peça de aço 1020;  Diâmetro inicial: 𝑑𝑖 = 40 𝑚𝑚  Comprimento inicial: 𝑙1 = 300 𝑚𝑚 A tabela a seguir representa todas as formas de obtermos o acabamento superficial esperando relacionando todos os seus parâmetros. Os valores de avanço foram obtidos através da eq. 2, os valores de velocidade de avanço e velocidade de corte foram obtidos através das relações de usinagem e os valores de rotação foram baseados nas rotações disponíveis por um torno mecânico do modelo Nardinni. Raio de Ponta (mm) 0,2 0,8 2,4 Vel. de Corte (m/min) Avanço (mm/rot) 0,08 0,16 0,277 Rotação (rpm) Vel. de Avanço (mm/min) Tempo de Usinagem (min) Vel. de Avanço (mm/min) Tempo de Usinagem (min) Vel. de Avanço (mm/min) Tempo de Usinagem (min) 40 3,2 31,25 6,4 15,62 11,08 9,02 5,02 63 5,04 19,84 10,08 9,25 14,45 6.92 7,91 100 8,0 12,5 16,0 6,25 27,7 3,61 12,56 160 12,8 7,81 25,6 3,90 44,32 2,25 20,10 250 20,0 5,00 40,0 2,5 69,25 1,44 31,41 400 32,0 31,25 64,0 1,56 110,8 0,90 50,26 630 50,4 1,98 100,8 0,99 174,51 0,57 79,16 1000 80,0 1,25 160,0 0,625 277,00 0,36 125,66 1600 128,0 0,78 256,0 0,39 442,20 0,22 201,06 Tabela 2 – Todos os parâmetros de usinagem disponíveis para obtenção da rugosidade média Ra = 1.6 μm. Sabendo que o material da peça é aço 1020 e que a ferramenta é feita de aço rápido, podemos consultar a Tabela 1 (Tabela de velocidades de corte para o torno) e assim concluímos que a velocidade de corte recomendada para operação é em torno de 30 m/min. Da tabela 2, o valor que mais se aproxima do recomendado está na linha
  14. 14. 14 onde a rotação é 250 RPM, portanto, deve-se trabalhar com os parâmetros contidos nessa linha. Outro modo de observar a tabela 2 é que, para mantermos a rugosidade constante ao variar qualquer um dos parâmetros, devemos ter noção das relações entre eles, como por exemplo, o gráfico a seguir que nos mostra a relação direta e proporcional entre a velocidade de avanço e a rotação da peça para as três ferramentas utilizadas: Gráfico 1 – Relação entre rotação e velocidade de avanço para as três ferramentas 0 50 100 150 200 250 300 Rotação até 100RPM Entre 100 e 400 RPM De 400 até 1600 RPM Raio a = 0,2 Raio b=0,8 Raio c=2,4
  15. 15. 15 CONCLUSÃO Em teoria, por um processo de usinagem de acabamento qualquer, temos diversas maneiras de se obter determinada rugosidade, o que seria bastante eficaz se não levássemos em consideração fatores decorrentes da prática como vibrações da máquina, desalinhamentos de fixação da peça na máquina, material da peça, material da ferramenta dentre muitos outros. Logo, para se chegar até um acabamento superficial ideal ao processo, devemos antes analisar a aplicabilidade da peça como, por exemplo, a resistência à fadiga de um virabrequim em dadas condições de trabalho, verificar se sua aplicação requer um bom acabamento para ser eficientemente adequado e em seguida, selecionar os parâmetros ideais para o acabamento do mesmo.
  16. 16. 16 BIBLIOGRAFIA DINIZ,A; MARCONDES,F. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 1º Edição. São Paulo: MM Editora;  NETO,J,C. Metrologia e Controle Dimensional. 1°Edição. Rio de Janeiro: Elsevier Editora. 2012;  ROSA, E. Análise de Resistência Mecânica de Peças e Componentes Estruturais. UFSC. 2002.

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