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Introdução

Os primeiros estudos relativos à medição de superfície iniciaram entre as décadas de

20 e 30 (SHAFFER, 1998; STOUT, 1997 citado por BET, 1999). No início dos anos 30 foram

desenvolvidos os primeiros equipamentos de medição de estado de superfície (SHOUT, 1995

citado por BET, 1999). A partir daí desenvolveram-se diversos equipamentos e métodos de

medição de estado de superfície.

Inicialmente, o Rugosimetro destinava-se somente à avaliação da rugosidade ou

textura primária. Com o tempo, apareceram os critérios para avaliação da textura secundária,

ou seja, a ondulação, e muitos aparelhos evoluíram para essa nova tecnologia. Mesmo assim,

por comodidade, conservou-se o nome genérico de Rugosimetro também para esses aparelhos

que, além de rugosidade, medem a ondulação.

Para medição de superfície foram desenvolvidos inicialmente aparelhos para metais.

Com a demanda crescente por outros materiais e a exigência do mercado na busca de um

produto de melhor qualidade, surgiu a necessidade de medição do estado de superfície para

esses tipos de materiais.

Rugosímetro

O Rugosímetro é um aparelho eletrônico amplamente empregado na indústria para

verificação de superfície de peças e ferramentas (rugosidade). O Rugosímetro assegura um

alto padrão de qualidade nas medições e destina-se à análise dos problemas relacionados à

rugosidade de superfícies, o aparelho pode ser classificado em dois grandes grupos: Aparelhos

que fornecem a leitura dos parâmetros de rugosidade (que pode ser analógico e digital) e

Aparelhos que, além da leitura, permitem o registro em papel do perfil efetivo da superfície.

Os primeiros são mais empregados em linhas de produção, enquanto os segundos têm mais

uso nos laboratórios, pois também apresentam um gráfico que é importante para uma análise

mais profunda da textura superficial.

Os aparelhos para avaliação da textura superficial são compostos das seguintes partes:

Apalpador – também chamado de “pick-up”, desliza sobre a superfície que será verificada,

levando os sinais da agulha apalpadora, de diamante, até o amplificador.

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Unidade de acionamento – desloca o apalpador sobre a superfície, numa velocidade

constante e por uma distância desejável, mantendo-o na mesma direção.

Amplificador - contém a parte eletrônica principal, dotada de um indicador de leitura que

recebe os sinais da agulha, amplia-os, e os calcula em função do parâmetro escolhido.

Registrador – é um acessório do amplificador (em certos casos fica incorporado a ele) e

fornece a reprodução, em papel, do corte efetivo da superfície.

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Processo da determinação da rugosidade

Esse processo consiste, basicamente, em percorrer a rugosidade com um apalpador de

formato normalizado, acompanhado de uma guia (patim) em relação ao qual ele se move

verticalmente. Enquanto o apalpador acompanha a rugosidade, a guia (patim) acompanha as

ondulações da superfície. O movimento da agulha é transformado em impulsos elétricos e

registrado no mostrador e no gráfico.

Utilização do Rugosímetro

Durante o processo de usinagem, são deixadas marcas ou sulcos pela ferramenta nas

superfícies. Essas irregularidades são chamadas de rugosidades ou textura primária, sendo que

esse tipo de irregularidade é também chamado de erro. Sua medição é possível devido ao

auxílio de circuitos eletrônicos, no qual aparelhos baseados em sistemas, que utilizam uma

pequena agulha para percorrer uma amostra da superfície, definem numericamente ou

graficamente o seu perfil.

A rugosidade e a ondulação são parâmetros aceitos para controle e qualificação de

superfícies (DINICHERT, 1973; SME, 1987; WHITEHOUSE, 1994 citado por BET, 1999).

Os parâmetros de medição de rugosidade são divididos em três classes distintas:

aqueles que se baseiam na medida da profundidade da rugosidade, os que se baseiam em

medidas horizontais e os que se baseiam em medidas proporcionais. Para aqueles que se

fundamentam em medidas de profundidade, os seguintes parâmetros ficam definidos: Ra -

dado pelo comprimento de amostragem, que indica a medida da rugosidade; Rq - que é a raiz

da média dos quadrados das ordenadas do perfil efetivo; Rz - a média aritmética dos valores

de rugosidade parcial; Rt - a distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo;

Rmax - a maior das rugosidades parciais.

Naqueles, onde as medidas horizontais são fundamentais, os parâmetros a serem

medidos são: Lc - que é o comprimento do contato a uma profundidade abaixo da saliência

mais alta; e Tp - a fração de contato a determinada profundidade. Por último, os parâmetros

de medição de rugosidade fundamentados em medidas proporcionais têm como variáveis: Ke

- definido como coeficiente de esvaziamento; e Kp - que é o coeficiente de enchimento.

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Como os aparelhos funcionam por apalpamento, o Rugosímetro não oferece uma

análise bidimensional da superfície. Uma aparelhagem relativamente simples permite medir

essa segunda dimensão através da multiplicação dos perfis paralelos da mesma superfície. O

contato desse apalpador com a superfície da peça provoca uma espécie de erosão.

Princípios da medição

Nas peças cujo acabamento é obtido mediante processos de usinagem resulta difícil a

obtenção da superfície ideal prescrita no projeto, já que os médios técnicos utilizados na sua

fabricação não produzem uma superfície real coincidente com a nominal ou ideal esperada.

Isto ocorre pela superposição de toda uma série de alterações na superfície real da peça, tais

como as representadas na Figura abaixo.

Desvios de forma, ondulações e rugosidade superficial.

A rugosidade é função do tipo de acabamento, da máquina-ferramenta ou do processo

de fabricação utilizado. Para avaliá-la, utilizam-se Rugosímetro óticos, a laser ou

eletromecânicos, também, padrões de rugosidade. Estes padrões permitem a avaliar o

acabamento superficial de peças por comparação visual e táctil com superfícies de diferentes

acabamentos obtidas pelo mesmo processo de fabricação.

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Avaliação de rugosidade utilizando padrões de rugosidade.

Rugosímetro mecânico em 1941.

Os Rugosímetros evoluíram desde então, sendo mais compactos e sofisticados. A

Figura abaixo mostra um rugosímetro digital da Tylor Hobson.

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Rugosímetro digital.

Por sua vez, a Figura abaixo apresenta um rugosímetro a laser da Taylor Hobson.

Rugosímetro a Laser

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Este moderno equipamento permite medições de rugosidade com elevada exatidão e

fornece o perfil tridimensional das irregularidades.

Superfície da peça.

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Existe também o rugosímetro digital portátil – Modelo TR200

Para medir a rugosidade superficial, com este rugosímetro, o sensor deve ser

posicionado sobre uma parte da superfície em análise e, a partir do ponto inicial, ele traça um

percurso a velocidade constante. A rugosidade da superfície, no momento em que é feito o

percurso de medição, causa um deslocamento no sensor, resultando em uma mudança do

valor indutivo nas bobinas internas do mesmo. Consequentemente há a geração de um sinal

analógico proporcional à variação da rugosidade superficial medida.

O sinal analógico é recebido por um bloco do circuito responsável por amplificá-lo e

processá-lo utilizando filtros digitais e um DSP (Digital Signal Processing). Após o

processamento dos dados, estes são enviados para o display ou, ainda, existe a opção de serem

impressos através da interface de comunicação RS232.

O procedimento de medição da rugosidade superficial se inicia com a preparação do

rugosímetro no intuito de garantir a precisão das mesmas. As etapas a seguir são: ligar a chave

da bateria para verificar a carga da mesma; limpar a superfície a ser verificada; posicionar o

aparelho e o sensor de forma correta sobre a área a ser medida, isto é, perpendicularmente aos

riscos da rugosidade a ser medida.

O sensor do rugosímetro TR200 é do tipo indutivo, com escala de medição de 160 µm.

Com relação à resolução pode-se dizer que é variável, podendo ser de 0,1 e 0,01 mm. As

microirregularidades conhecidas como rugosidade se distribuem normalmente em forma

tridimensional nas superfícies das peças, entretanto, para seu estudo é possível simplificar

suas características a duas dimensões. Em outras palavras, é possível estudar o perfil real

obtido mediante o processo de acabamento utilizado. Esta simplificação se justificada pelo

fato de que experimentalmente tem-se comprovado que para texturas de caráter

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unidirecionais, o valor da rugosidade dependerá da direção escolhida para sua medição e

alcançará seus valores máximos em um plano perpendicular à direção 83 das marcas deixadas

pela ferramenta de corte, a exemplo, no torneamento, no fressamento e inclusive na

retificação. Para texturas multidirecionais, os valores da rugosidade são usualmente

independentes da direção de medição escolhida, tal é o caso dos processos de lapidação e

superacabamento, entre outros.

A importância em estudar a rugosidade reside no fato de ela influenciar diretamente as

características funcionais das peças, por estar ligada a fatores como: resistência ao desgaste,

transmissão de calor, resistência à fadiga e lubrificação. Além disso, a qualidade do

acabamento superficial incide notavelmente no custo de produção das peças, devido a que

valores de rugosidades indicativos de uma alta qualidade no acabamento superficial,

representam sempre um aumento do custo de produção de um componente qualquer.

Desta forma, resulta importante estabelecer e adotar métodos de avaliação da

rugosidade superficial, que satisfaçam as necessidades atuais da indústria de construção

mecânica. Para avaliar a rugosidade superficial são usados dois sistemas básicos nos diversos

países, a saber, o da linha média M e o da envolvente E. O sistema da linha média é o mais

utilizado no mundo todo e foi adotado no Brasil, através da norma ABNT P-NB-13 (1963).

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Referências bibliográficas:

http://www1.univap.br/~levb/RZarur_LEVB_Rugosimetro.pdf

Mecânica – metrologia – telecurso 2000 – profissionalizante – fundação Roberto Marinho /

FIESP / SENAI – Editora Globo

http://www.sergioviana.com.br/Notas%20de%20aula%20de%20Metrologia%20Prof.pdf