Avaliação geométrica do cilindro

A avaliação geométrica foi dividida em três tópicos: medição dos desvios de circularidade e de cilindricidade; medição da rugosidade com contato e medição da rugosidade sem contato.

3.3.1. Medição dos desvios de circularidade e de cilindricidade do cilindro

Os desvios geométricos de circularidade e de cilindricidade foram medidos em uma máquina de medir desvios de forma (MMDF) fabricada pela Taylor Hobson, modelo Talyrond 131, Fig. 3.5a. Este instrumento apresenta resolução de 0,01 μm com faixa de medição no eixo vertical de 250 mm e no eixo horizontal de 180 mm. Possui apalpador de ponta única com esfera de rubi de 2 mm de diâmetro. De acordo com o certificado de calibração n° 018/13 da MMDF (ANEXO 4), a incerteza expandida associada à calibração da máquina é de 0,011 μm, para k igual a 1,97 e probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.

Micrômetro

Anel Padrão

O processo de medição foi gerenciado por meio de um programa computacional dedicado chamado Ultra, responsável pelo movimento da agulha apalpadora e da mesa. O programa armazena e processa os dados, apresentando os valores numéricos dos desvios e sua representação geométrica. Nesta etapa foi necessário cortar parte do bloco devido a sua geometria complexa, tornando possível sua fixação nas castanhas da máquina (Fig. 3.5b).

(a) (b)

Figura 3.5 – (a) Máquina de medir desvios de forma e (b) fixação do bloco após cortado.

Com o objetivo de verificar os desvios de cilindricidade e de circularidade, foram selecionados três planos ao longo do cilindro, distribuídos em espaçamentos iguais a 2 mm a partir da base plana do bloco e efetuado um ciclo de cinco medições.

Para obter os valores dos desvios de circularidade, o programa computacional dedicado traçou o perfil real da parede do cilindro, determinado pela circunferência percorrida pela ponta apalpadora, conforme o plano de medição informado. Sobre o perfil real foram traçadas duas circunferências concêntricas, a maior inscrita e a menor circunscrita, onde a diferença radial entre estas foi atribuída o valor do erro de circularidade (ABNT 6490, 1997).

Os desvios de cilindricidade, por sua vez, foram medidos simultaneamente com os de circularidade. Para calcular a cilindricidade o programa computacional traça o perfil real do cilindro, gerado pelo deslocamento da ponta apalpadora ao longo do furo, nos três planos pré- definidos. Sobre o cilindro real foram traçados dois cilindros coaxiais, o maior inscrito e o menor circunscrito, onde a diferença radial entre estes dois cilindros foi determinada como o erro de cilindricidade (ABNT 6490, 1997).

Bloco

Apalpador

3.3.2. Medição com contato da rugosidade do cilindro

A medição da rugosidade com contato foi executada utilizando um rugosímetro portátil Surtronic 3+, do fabricante Taylor Hobson, modelo 112/1590, com resolução de 0,01 µm e um apalpador com ponta de diamante com raio de ponta de 5 µm (Fig.3.6a). Este instrumento apresenta certificado de calibração n° 0001/2013 emitido pelo LMD (ANEXO 5), que declara a incerteza expandida associada à calibração igual a 0,03 μm para k igual a 2,31 e probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.

Para avaliação da rugosidade, foi adotado comprimento de amostragem (Lc) de 0,8 mm, conforme recomenda a ABNT 4288 (2008) e utilizado filtro Gaussiano para retirada das ondulações do perfil.

(a) (b)

Figura 3.6 – (a) Rugosímetro portátil Surtronic 3+ da Taylor Hobson apoiado em um suporte e (b) posicionado na mesa de desempeno da MMC.

A fim de minimizar o efeito das vibrações mecânicas transmitidas pelo solo, o rugosímetro e o bloco foram posicionados sobre a mesa de medição da máquina de medir a três coordenadas, Fig.3.6b. A peça foi fixada na mesa utilizando um conjunto de dispositivos dedicados a este fim.

Foram realizados quatro ciclos de cinco medições. Cada ciclo representa uma posição distinta, determinadas como posição 1 (Fig.3.7a), posição 2 (Fig.3.7b), posição 3 (Fig.3.7c) e posição 4 (Fig.3.7d). Ainda, foi utilizado um suporte disponível no LMD, para levantar o rugosímetro para as duas últimas posições (Fig.3.6a).

Suporte Rugosímetro

(a) (b)

(c) (d)

Figura 3.7 – Posições adotadas durante a medição da rugosidade do cilindro: (a) Posição 1, (b) Posição 2, (c) Posição 3 e (d) Posição 4.

A coleta dos dados foi realizada através do programa computacional Talyprofile Gold 4.0, fornecido pelo fabricante do respectivo rugosímetro, Fig.3.8.

Aproveitando a excelente capacidade de diagnóstico do programa, a rugosidade de cada peça foi medida cinco vezes para os seguintes parâmetros de rugosidade:

1. Ra (Desvio Aritmético Médio do Perfil); 2. Rq (Desvio Aritmético Quadrático do Perfil); 3. Rt (Altura total do Perfil);

4. Rsk (Fator de Assimetria do Perfil - Skewness); 5. Rku (Fator de Achatamento – Kurtosis); 6. Rvk (Região de pico);

7. Rpk (Região de vale);

8. Rk (Rugosidade do núcleo do perfil).

Através do programa computacional também foram obtidos a curva de Abbott-Firestone e o perfil de rugosidade.

Figura 3.8 - Interface gráfica do programa computacional Talyprofile Gold 4.0.

3.3.3. Medição sem contato da rugosidade do cilindro

Esta etapa foi efetuada somente em duas peças, devido à necessidade de cortar o cilindro ao meio. Portanto foram selecionadas duas peças usinadas por ambos os processos. A medição foi realizada no Laboratório de Atrito e Desgaste (LTAD) da UFU por meio de um interferômetro, modelo TALYSURF CLI 2000 fabricado pela Taylor Hobson (Fig. 3.9a). Para fixação da peça na mesa da máquina, foi utilizada massa para modelar (Fig. 3.9b). Durante a medição foi utilizada a luz branca, que permite obter resultados com resolução de 0,01 µm.

A incerteza expandida associada à calibração do interferômetro (ANEXO 6) é de 0,016 mm para k igual a 2,16 e 17 graus de liberdade efetivos. A distribuição adotada, neste caso foi a normal para 95,45% de probabilidade de abrangência.

Nesta etapa foram realizadas medições sem contato da rugosidade em duas e três dimensões. Na medição em 3D, para ambas as peças avaliou-se uma área de 1 mm2 com espaçamento entre pontos e entre linhas de 2 μm e velocidade de medição de 50 μm/s. Nestas condições o tempo de cada medição foi de 40 minutos. Para a medição em 2D, efetuaram-se cinco ciclos de medição, utilizando o comprimento de amostragem de 0,8 mm e o filtro

Gaussiano. A coleta dos dados foi efetuada através do programa computacional TALYSURF CLI 2000 (Fig. 3.10), que apresenta uma interface gráfica bastante amigável com o usuário.

(a) (b)

Figura 3.9 - (a) Interferômetro da Taylor Hobson, modelo TALYSURF CLI 2000, (b) peça apoiada sobre a mesa e fixada com massa de modelar.

Figura 3.10 – Interface gráfica do programa TALYSURF CLI 2000.

Bloco Massa de modelar