A integridade superficial é um termo que descreve a qualidade de uma superfície e envolve varias considerações: acabamento superficial, trincas, alterações químicas, danos térmicos e adversos, como tensão residual de tração. O acabamento superficial é o mais importante nas operações de usinagem (SHAW, 1984).
O acabamento de uma superfície usinada pode ser dividido em: ondulações, falhas e rugosidade. As ondulações são as irregularidades com espaçamentos maiores que a rugosidade da peça, ou seja, a rugosidade está contida ao longo das ondulações. Falhas são interrupções indesejáveis e inesperadas na superfície, como bolhas, inclusões e trincas, que podem surgir durante o processo de corte. Já a rugosidade de uma superfície é composta de irregularidades finas ou de erros microgeométricos resultantes da ação inerente ao processo de corte, como marcas de avanço, aresta postiça de corte e desgaste da ferramenta (FERRARESI, 1970). Em muitos casos, a rugosidade é utilizada como parâmetro de saída para controlar um processo de usinagem.
Conforme Ghani (2002), a rugosidade superficial e a precisão dimensional apresentam um papel importante no desempenho de um componente usinado. Nos processos de usinagem, a qualidade da peça de trabalho (rugosidade ou dimensão) é influenciada pelas condições de corte, geometria do material, processo de usinagem, formação de cavacos, material da peça, desgaste da ferramenta e vibração durante o corte.
2.8.1 Rugosidade
A rugosidade é resultado da ação inerente do processo de corte causado pela ferramenta, sendo medida em um intervalo de comprimento denominado cut-off (comprimento de rugosidade da amostra). De acordo com a Norma ABNT NBR ISO 4287: 2002, o comprimento de amostragem é utilizado para a identificação das irregularidades do perfil sob avaliação, e o comprimento de avaliação, para estabelecer o perfil sob avaliação, contendo um ou mais comprimentos de amostragem. Para essa norma, recomenda-se um comprimento de avaliação equivalente a cinco vezes o comprimento de amostragem, de forma a obter uma maior confiabilidade dos dados.
Um dos métodos utilizados para medição de rugosidade é por contato direto, por meio do apalpador de um perfilômetro ou rugosímetro. Contudo, existem vários parâmetros na avaliação da rugosidade superficial, em diversas aplicações. Machado et al. (2011) apresentam os principais parâmetros de acordo com a norma ABNT NBR ISO 4287: 2002:
desvio aritmético médio (Ra): define-se como a média aritmética dos valores absolutos das variações do perfil real em relação à linha média no comprimento de amostragem;
desvio médio quadrático (Rq): caracteriza-se como a raiz quadrada da média dos valores das variações do perfil no comprimento de amostragem. Este parâmetro amplia os valores de picos ou vales isolados, evidenciando defeitos em superfícies com bom acabamento;
altura total do perfil (Rt): define-se como a soma da maior profundidade de vale e maior altura de pico do perfil no comprimento de avaliação;
altura máxima do perfil (Rz): revela-se como a soma da maior profundidade de vale e maior altura de pico do perfil no comprimento de amostragem.
Um aspecto relacionado à rugosidade é o aparecimento da aresta postiça de corte (APC) em baixas velocidades de corte. Partes da APC são cisalhadas durante o processo e permanecem aderidas à superfície da peça usinada. Com o aumento da velocidade de corte, o aparecimento
da APC é dificultado, a temperatura eleva-se e, consequentemente, diminui-se a resistência do material ao cisalhamento, reduzindo, assim, as forças de usinagem, gerando um melhor acabamento (SHAW, 1997). Porém, o aumento excessivo da velocidade de corte poderá provocar vibrações indesejadas, além de acelerar o desgaste da ferramenta, piorando o acabamento.
Dentre os parâmetros de corte que afeta a rugosidade superficial, o avanço é o mais influente, uma vez que a distância dos picos e vales tende a aumentar com o crescimento do avanço, em uma proporção quadrática MACHADO et al. (2011).
2.8.2 Rugosidade na usinagem do ferro fundido nodular
Yanda et al. (2010) estudaram o torneamento do ferro fundido nodular perlítico FE 700 utilizando ferramenta de corte revestida de TiN na condição a seco. As velocidades de corte foram 220, 300 e 360 m/min, avanços de 0,2;0,3 e 0,5 mm/rev. e a profundidade de corte foi de 2 mm, sendo esse valor constante durante o ensaio. De acordo com a análise estatística, os parâmetros velocidade de corte e avanço tiveram significância na rugosidade Ra. Foram obtidos menores valores de rugosidade quando houve aumento da velocidade de corte e menores avanços. Conforme detalhado na FIG. 2.14, o avanço apresentou maior contribuição (74%), seguido da velocidade de corte (14%), confirmando que o avanço é um dos parâmetros mais influentes sobre a rugosidade.
Efeitos Principais
FIGURA 2. 14 - Influência dos parâmetros velocidade de corte e avanço na rugosidade superficial (Ra)
FONTE - Yanda (2010)
Um resultado similar a esse foi encontrado por Grzesik et al. (2012), ao investigarem o torneamento de um ferro fundido nodular perlítico-ferrítico (EN- GJS-500-7) contendo 50% de perlita e 40% de ferrita, utilizando ferramentas de Nitreto cúbico de boro (CBN). A
R u g o sid ad e Ra (µm
rugosidade superficial média reduziu com o aumento da velocidade de corte, conforme apresentado na FIG. 2.15. Os autores mencionam que esse efeito teve a contribuição de uma boa rigidez e satisfatória estabilidade térmica do centro de torneamento utilizado. Além disso, foram obtidos melhores resultados de rugosidade para menores avanços.
FIGURA 2. 15 - Influência dos parâmetros de corte na rugosidade superficial (Ra)
FONTE - Grzesik (2012)
Marques (2012) realizou um estudo com brocas de aço rápido M2, sem revestimento e com revestimento de AlCrN e TiAlN, na furação do ferro fundido nodular GGG-50, nas velocidades de corte de 25 e 35 m/min e avanço de 0,15 e 0,25 mm/rev. Para as maiores condições, como Vc=35 m/min e avanço= 0,25 mm/rev, a presença dos revestimentos se mostrou mais efetiva quanto aos valores de Ra. Isto pode ser explicado pela presença do alumínio, que atuou como lubrificante, na interface cavaco/ferramenta, facilitando o escoamento do cavaco e limpando a superfície interna do furo. A condição não revestida apresentou resultados inferiores.