Perfis de rugosidade

Rugosidade é um dos parâmetros de determinação da qualidade de uma superfície. Em processos HSM, baixos valores de rugosidade são importantes, principalmente quando aplicadas a moldes para fabricação de peças plásticas e a matrizes de estampagem, que são processos finais de fabricação de uma peça. Assim, a rugosidade do molde ou da matriz pode ser reproduzida na peça final produzida.

Os principais parâmetros de rugosidade utilizados para caracterização de superfícies são os parâmetros Rt, Rz, Ra e Rq, amplamente descritos na literatura (NOVASKI (2003),

PRECISION DEVICES (2016) e WHITEHOUSE (2003). Quando estes parâmetros forem medidos tridimensionalmente eles são chamados de St, Sz, Sa e Sq.

Para diversas peças, especialmente aquelas produzidas por processos convencionais, estes parâmetros de rugosidade são suficientes. Entretanto, eles podem não representar a totalidade de informações sobre a rugosidade de uma determinada superfície, especialmente quando esta superfície é complexa e apresenta alguma necessidade funcional, como capacidade de armazenar lubrificante, por exemplo. PRECISION DEVICES (2016) apresenta, na figura 2.9, um exemplo de diferentes superfícies que resultam no mesmo valor de rugosidade Ra, mas perfis de rugosidade diferentes e que podem apresentar desempenhos

tribológicos diferentes.

Figura 2.9: Superfícies hipotéticas que apresentam o mesmo valor de Ra (PRECISION

DEVICES, 2016).

WHITEHOUSE (2003), IMAGEMET (2016), PRECISION DEVICES (2016) e o manual da fabricante do equipamento utilizado, NANOVEA (2019), apresentam outros parâmetros de rugosidade baseados em função de distribuição de amplitude, estatística, e parâmetros de natureza espacial, que podem ser importantes em algumas ocasiões.

 Parâmetros de natureza estatística:

o Parâmetro skewness Rsk (equação 2.4): parâmetro referente à assimetria da

medição do perfil de rugosidade. Valores positivos de Rsk referem-se a

superfícies em que predominam picos acima de platôs, valor zero de Rsk

refere-se a superfícies com distribuição de picos e vales mais homogênea e aleatória e valores negativos de Rsk referem-se a superfícies com maior

predominância de vales abaixo dos platôs. Valores de Rsk acima de 1,5,

positivo ou negativo, indicam superfície sem forma simples e não recomendada à caracterização com um perfil de rugosidade apenas, como rugosidade Ra (ver figura 2.10a); quando este parâmetro for medido

tridimensionalmente ele é chamado de Ssk.

𝑅_𝑠𝑘 = 1 𝑅𝑞3 [ 1 𝑙𝑟∫ 𝑧 3 _{(𝑥) 𝑑𝑥} 𝑙𝑟 0 ] Equação 2.4 (MAHR, 2018)

em que lr é o comprimento de amostragem e z(x) é o valor lido da altura da superfície em um

comprimento dentro do comprimento de amostragem.

a) Rsk.

b) Rku.

Figura 2.10: Representação de Rsk e Rku (adaptado, sem escalas, de MAHR, 2018).

o Parâmetro de curtose Rku (equação 2.5): refere-se à uniformidade da curva da

função de distribuição de amplitude dos resultados medidos. Valores iguais a 3 referem-se a perfis com distribuição normal, valores acima de 3 referem-se a perfis com distribuição pontiaguda e valores inferiores a 3 referem-se a análises com distribuição achatada (figura 2.10b); quando este parâmetro for medido tridimensionalmente ele é chamado de Sku

𝑅_𝑘𝑢 = 1 𝑅𝑞4 [ 1 𝑙𝑟∫ 𝑧 4 _{(𝑥) 𝑑𝑥} 𝑙𝑟 0 ] Equação 2.5 (MAHR, 2018)

em que lr é o comprimento de amostragem e z(x) é o valor lido da altura da superfície em um

comprimento dentro do comprimento de amostragem.

Para superfícies complexas, há parâmetros com características estatísticas (em que o parâmetro de rugosidade Rq é um representante) e parâmetros espaciais, por exemplo, os

parâmetros da curva de Abbott-Firestone. A curva de Abbot-Firestone indica a textura da superfície de uma peça a partir do pico mais alto até o vale mais profundo da região de amostragem. A curva de Abbott-Firestone é construída a partir de uma função de nível (altura do pico ou vale) em relação ao comprimento medido. É compreendida como amostra acumulativa da função probabilidade do valor da ordenada Z(x), no comprimento de avaliação

(ABNT, 2002), ou seja, uma fração da superfície apresenta o acúmulo de picos e de vales com determinada altura. Assim, esta curva indica, por exemplo, se uma superfície possui mais picos ou em vales, se os picos mais altos são muito mais altos que os demais picos ou se os vales mais profundos são muito mais profundos que os demais vales e quanto da superfície da peça é ocupado pelos picos mais altos, pelos vales mais profundo e pelos picos e vales menores. Os perfis da curva de Abbot-Firestone são baseados na função de distribuição de amplitude (PRECISION DEVICES, 2016), exemplificada na figura 2.11. Na figura 2.12, apresenta-se a curva de Abbot-Firestone do perfil de rugosidade que tem a função de distribuição de amplitude da figura 2.11, com a indicação de que 15% da superfície apresentam picos entre as alturas registradas no eixo y.

Figura 2.11: Função distribuição de amplitude (PRECISION DEVICES, 2016).  Principais parâmetros da curva de Abbot-Firestone (parâmetros da curva de apoio,

apresentada na figura 2.12):

Figura 2.12: Representação da curva de Abbott-Firestone (PRECISION DEVICES, 2016).

o Proporção de comprimento do perfil, tp: é a proporção de um comprimento de amostragem em relação ao comprimento total de amostragem;

o Parâmetro Rk (figuras 2.13 e 2.14): altura vertical entre a intersecção das

linhas direita e esquerda nos extremos de uma janela mínima de Htp (a diferença de altura entre dois pontos da proporção de tp, tp1 e tp2) de 40%. Refere-se à parte da rugosidade que suportará o carregamento da peça assim que a parte referente a Rpk for desgastada; quando este parâmetro é medido

tridimensionalmente ele é chamado Sk.

o Parâmetro Rpk (figuras 2.13 e 2.14): refere-se à parte da rugosidade com

pequenos picos acima do platô da curva de carregamento e é a parte da rugosidade a ser desgastada no início da utilização da peça. Em geral, o valor desejado de Rpk deve ser pequeno; quando este parâmetro é medido

tridimensionalmente ele é chamado Spk.

o Parâmetro Rvk (figuras 2.13 e 2.14): refere-se à parte da rugosidade com

pequenos vales abaixo do platô da curva de carregamento e é a parte da rugosidade responsável pela retenção de lubrificantes na superfície; quando este parâmetro é medido tridimensionalmente ele é chamado Svk.

Figura 2.14: Representação no perfil de rugosidade de parâmetros Rpk, Rsk e Rvk

(WHITEHOUSE, 2003).