Avaliação e escolha de uma superficie segundo sua função e fabricação

UN I V E R S I D A D E F E DERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE P O S - G R A D U A Ç Ã O EM E N G E N H A R I A MECÂNICA

AV A L I A Ç Ã O E E S C O L H A DE UMA SUPERFÍCIE SE GUNDO SUA F U N Ç Ã O E FABRIC A Ç Ã O

TESE S U B M ETIDA A U N I V E R S I D A D E F E D E R A L DE SANTA C A T A R I N A PARA O B T E N Ç Ã O DO GRAU DE D O U T O R EM ENGENHARIA M E C Â N I C A

N OEMIA GOMES DE M ATTOS DE MESQUITA

A V A L I A Ç A O E E S C O L H A DE UMA S U P E R F Í C I E TÉCNICA S E GUNDO SUA FUNÇÃO E F A B R I C A Ç Ã O

NO E M I A GOMES DE M A T T O S DE M E S Q U I T A

ESTA TESE FOI J U L G A D A PARA O B T E N Ç Ã O DO T ITULO DE

DO U T O R EM E N G E N H A R I A

E S P E C I A L I D A D E E N G E N H A R I A M E C Â N I C A E A P R O V A D A EM SUA FORMA FINAL PELO P R O GRAMA DE P O S - G R A D U A Ç Ã O EM E N G E N H A R I A MECÂNICA

Pr o f . D r - I n g . W A L T E R L I N D O L F O W E I N G A E R T N E R

B A N C A EXAMINADORA:

P r o f .Dr-Ing.W A L T E R L I N D O L F O WEINGAERTNER, UFSC

P r o f ^ D r -Ing.R Ü D I G E R H A B E RLAND UNIVER S I D A D E DE KAISERSLAUTERN, RFA

P r o f . B E N EDITO DE M O R A E S P U R Q U E R I O , Phd ESCOLA DE E N G E N H A R I A DE SÃO CARLOS, USP

Em m e m ó r i a à m i n h a avó N O E M I A F I S C H E R GOMES DE M A T T O S

A g r a d e c i m e n t o s

Aos P r o f e s s o r e s Ph.D. Arno Blass, Dr.Ing. W a l t e r Lindolfo Wein- gaertner, Dr.Eng.Mec. Lourival Boehs e Dr.Ing. Berend S n o e i j e r a g r adeço p e l a seriedade, c o m p e t ê n c i a e j u s t i ç a com que j u l g a r a m o meu p e d i d o de admissão no Curso de D o u t o r a d o em Engenh a r i a M e c â ­ nica da U F S C .

Ao Prof.Dr.Ing. W a l t e r Lindolfo W e i n g a e r t n e r agradeço a inda p e l a m i n u c i o s a leitura deste trabalho, pelas sugestões e críticas c o n s t r u t i v a s feitas ao mesmo. Aos p r o f e s s o r e s p a r t i c i p a n t e s da banca do e x a m e de q u alificação Dr.Eng.Mec. Lourival Boehs, Ph.D. N e l s o n B a c k e Dr.Eng.Mec. A r mando A l b e r t a z z i Gonçalves Jr. t ambém a g r adeço p e l a s críticas e sugestões.

Ao Prof.Dr.Ing. Rüdiger H a b e r l a n d pelo reconh e n c i m e n t o deste trabalho, p e l a s críticas c o n s t r u t i v a s e pelo esforço em t entar que eu c o n c l u í s s e o mesmo.

As a m i g a s alemãs W i l t h r u d O s t e r e Christ i a n e Stefani agradeço não só p e l o incansável apoio com a língua alemã, mas t a m b é m pelo a c o l h i m e n t o d a minha p e s s o a no âmbito de suas famílias onde eu e n ­ contrei o c a l o r da minha terra distante.

Ao m e u pai pelo dedicado t r a balho de procurador. Aos amigos E l i z e n a Stein, Nelson e C l á u d i a M attos a g r adeço pelo constante apoio e incentivo à conclusão deste trabalho.

A Sra. H e l g a Wahre agradeço o apóio p r e stado durante a minha p e r m a n ê n c i a na Alemanha. Ao Prof. Antônio C arlos M a r a n h ã o de Aguiar, chefe do Departamento de E n g e n h a r i a M e c â n i c a da UFPE, pela o p o r t u n i d a d e de concluir este trabaalho. Ao DAAD e a UFPE agradeço o apóip ..financeiro . ■

B i o g r a f ia 27.02.54 1961-1964 1965-1969 1970-1972 Jan. 1973 1973-1977 desde 1978 1978-1980 1985-1990 D e z . 1990

No e m i a G o m e s de M attos de M e s q u i t a nasceu no Recife, Pernambuco, Brasil. Filha de R a i mundo F o n s e c a de M e s ­ quita e M a r i a R i t a Gomes de Mattos de Mesquita.

Curso p r i m á r i o no Instituto Santa Izabel, e m Olinda.

G i n á s i o no G i n á s i o Imaculado C o ração de Maria, em Olinda.

C i e n t í f i c o no C o l é g i o de Sao Bento, em Olinda.

A p r o v a ç ã o no v e s t i b u l a r para E n g e n h a r i a M e c â n i c a da UFPE, no Recife. C u r s o de g r a d u a ç ã o em E n g e n h a r i a M e c ânica na UFPE, em Recife. P r o f e s s o r a do D e p a r t a m e n t o de Engenharia M e c â n i c a da UFPE, e m Recife. M e s t r a d o em E n g e n h a r i a M e c â n i c a na U F S C , e m F l o r i n ó - polis. B o l s i s t a do DAAD na U n i v e r s i d a d e de K a i s e rslautern, e m Kaiserslautern, na R e p ú b l i c a Federal da Alemanha.

A d m i s s ã o no Curso de D o u t o r a d o em E n g e n h a r i a M e c â n i c a d a UFSC.

Resumo

Este trabalho a p r e senta uma nova a b o r d a g e m das s u p e r f í ­ cies técnicas, através de seis fatores de avaliação. C o m e s ­ tes f a tores de avaliação é d e s c r i t a u m a superfície t é c n i c a ideal, que atende às exigên c i a s de f u n c i o n a m e n t o de u m a s u ­ p e r fície que d e s l i z a e é l u b r i f i c a d a (SDL); por exemplo, uma guia.

As influências do complexo de fabric a ç ã o sobre os f a ­ tores de avaliação são q u a l i t a t i v a m e n t e v e r i f i c a d a s p a r a o t o r n e a m e n t o e retificação; e x e m p l i f i c a n d o - s e assim, como é possível, através dos fatores de avaliação, u m a a p r o x i m a ç ã o entre a superfície ideal e a superfície real.

Os d i v ersos parâme t r o s de q u a l i f i c a ç ã o de uma s u p e r f í c i e técnica, como, por exemplo, o desvio m é d i o a r i t m é t i c o de r u ­ gosidade R a ou a p r o f u n d i d a d e m é d i a de r ugosidade R z , são classi f i c a d o s e comparados, segundo o tipo de inform a ç ã o que p odem conter, b e m como ordenados de a cordo com os fatores de avaliação.

Os p a r â m e t r o s das superfícies t é c nicas são m e d i d o s em corpos de p r o v a torneados, fresados, aplainados, limados, retificados e lapidado. Com o resultado das m e d i d a s é p o s s í ­ vel se escolher o m e l h o r parâmetro p a r a cada um dos fatores de avaliação. Um novo p a r â metro surge, p a r a a a v a l i a ç ã o q u a l i t a t i v a dos "plateaux" das superfícies.

U m a sistematização p a r a a avaliação e e s colha de u m a s u ­ perfície, segundo sua função e fabricação, é possível a t r a ­ vés" dos fatores de avaliação.

A b s t r a c t

This work p r e s e n t s a new a p p r o a c h to technical surfaces by means of six e v a l u a t i o n factors. W i t h these e v a l u a t i o n factors an ideal surface is described, w h i c h fulfills the functioning r e q u i r e m e n t s of a lubricated, sliding surface (SDL); for instance a m a c h i n e way.

The influences of the m a n u f a c t u r i n g facilities on the e v a l u a t i o n factors are q u a l i t a t i v e l y v e r i f i e d for t u r n i n g and grinding; thus, exemplifying, t h r o u g h the e v a l u a t i o n factors, that an a p p r o x i m a t i o n b e t w e e n the ideal surface and the actual surface is possible.

The v a r ious q u a l i f i c a t i o n p a r a m e t e r s of a t e c h n i c a l surface, for instance, the a r i t h m e t i c average roughness R a or the value of the m a x i m u m h eight of the profile R z , are c l a s s i f i e d and compared, a c c o r d i n g to the type of information they m a y c o ntain and o r d e r e d according to the e v a l u a t i o n factors.

The p a r a m e t e r s of t e c h nical surfaces are m e s u r e d in turned, milled, shaped, filed, g r o u n d and lapped specimens. With the result of the m e a surements, it is p o s s i b l e to choose the best p a r a m e t e r for e a c h e v a l u a t i o n factor. A new p a r a m e t e r comes out for the q u a l i t a t i v e evaluation of the

"plateaux" surfaces.

A s y s t e m a t i z a t i o n for the e v a l u a t i o n and selection of a surface, accor d i n g to its f u n c t i o n and manufa c t u r i n g is, possible t h r o u g h the e v a l u a t i o n factors.

Su m á r i o Pág 1. I N T R O D U Ç Ã O ... 1 2. E S T A D O DA T É C N I C A ... 3 2.1 E x i g ê n c i a s ao P r e e n c h i m e n t o d a Função da Superfície T é c n i c a ... 3 2.2 P r o b l e m a s de Projeto, de F a b r i c a ç ã o e de M e d i ç ã o ... 9 2.2.1 Fixação da S u p e r f í c i e I d e a l ... 10 2.2.2 Fabric a ç a o da S u p e r f í c i e R e a l ... ... 11 2.2.3 Controle da Superfície R e a l ... 12 2.2.4 Tribologia. . . . ... ... 15 3. E T A P A S PARA A T I N G I R O S O B J E T I V O S D O T R A B A L H O ... 17 4. A V A L I A Ç Ã O DE U M A S U P E R F Í C I E C O M BASE NAS E X I G E N C I A S A O P R E E N C H I M E N T O D A S U A F U N Ç Ã O ... 19

4.1 E x emplo de uma S u p e r f í c i e L u b r i f i c a d a de Deslizamento... 19

4.2 Propri e d a d e s E x i g i d a s ... 21 4.2.1 P r e cisão de F o r m a ... 21 4.2.2 R e s i n tência ao D e s g a s t e ... . 21 4.2.3 C a p a c i d a d e de D e s l i z a r ... ... 26 4.2.4 A m o r t e c i m e n t o do D e s g a s t e I n i c i a l . . . ... 28 4.2.5 Capaci d a d e de S u p o r t a r C a r g a ... 29 4.2.6 Capacidade de R e t e r o L u b r i f i c a n t e ... 31 4.2.7 Dissip a ç ã o de C a l o r e T e m p e r a t u r a de C o n t a c t o ... ... 33

4.3 Exigên c i a s M i c r o g e o m é t r i c a s e Fatores de A v a l i a ção... 35

4.3.1 D esvio G e o m é t r i c o ... ... 37 4.3.2 Tipo de P e r f i l ... ... 38 4.3.3 D e p e n d ê n c i a da D i r e ç ã o ... 39 4.3.4 Â n g u l o s . . ... ... 41 4.3.5 R e e n t r â n c i a s ... ... 41 4.3.6 E l e v a ç õ e s ... 42 5. A V E R I G U A Ç Ã O DO C O M P L E X O DE INFLUENCIAS DA U S I N A G E M SOBRE U M A SUPERFÍCIE T É C N I C A ... .. 45 5 .1 P e ç a ... 49 5 . 2 F e r r a m e n t a ... ... ... 50 5.3 C i n e m á t i c a ... 55 5.3.1 Velocidade de C o r t e . . . ... 55 5.3.2 A v a n ç o ... ... 56 5.3.3 Profundidade de C o r t e ... 57

5.4 M á q u i n a F e r r a m e n t a ... ... 58

6. D E D U Ç Ã O E D E F I N I Ç Ã O DE P A R Â M E T R O S P A R A S U P E R F Í C I E S T É C ­ N I C A S ... 63

6.1 Informações dos Parâme t r o s da Superfície T é c n i c a ... 64

6.2 C o m p a r a ç ã o dos P a r â m e t r o s p a r a os Fatores de Avalia ç ã o . . 68

6.2.1 D e svios do Perfil, D i s t r i b u i ç ã o das Amplit u d e s e a F u n ­ ção B e t a ... 72

6.2.2 P a r â m e t r o s p a r a O b s e r v a ç ã o da Periodicidade de u m a S u p e r ­ f í c i e . . ... ... 75

6.2.3 D e s v i o s do Perfil, C u r v a de Abbott e um Novo P a r â m e t r o p a r a a A p r e c i a ç ã o Q u a n t i t a t i v a das Superfícies P l a t a f ó r - m i c a s ... 77

6.3 O T este de Kolraogorov-Smirnov e o Tamanho da A m o s t r a p a r a a M e d i ç ã o de S u p e r f í c i e s ... 78

7. C A L C U L O DOS P A R Â M E T R O S P A R A A P R E C I A Ç Ã O DE SU P E R F Í C I E S T É C N I C A S ... ... 82

7.1 R e a l i z a ç ã o dos E x p e r i m e n t o s ... 82

7.2 A v a l i a ç ã o das M e d i ç õ e s dos E x p e r i m e n t o s ... 84

7.3 P a r â m e t r o s p a r a os F a tores de Avaliação que D e s c r e v e m a M i c r o g e o m e t r i a de u m a S u p e r f í c i e ... 102 8. S I S T E M Á T I C A D A E S C O L H A D O P R O CESSO DE F A B R I C A Ç Ã O ... 105 8.1 F l u x o g r a m a da S i s t e m a t i z a ç ã o ... 105 8.2 E x e mplo de u m a E s c o l h a ... 109 9. CONCLU S Õ E S E P E S P E C T I V A S ... 115 10. B I B L I O G R A F I A . . ... ... 118 A n e x o s ... ... . 129

1 1. I NTRODUÇÃO

A d e s c r i ç ã o de u m a superfície t é cnica é e x t r e m a m e n t e complexa. Pesqui s a d o r e s c o n t i n u a m tentando d e s c r e v ê - l a s c a d a vez mais p r e c i ­ samente. Só a c o m p l e t a descrição das superf í c i e s técnicas p e r m i ­ tirá prever se as e xigências feitas a elas estão p r e e n c h i d a s de modo que elas v e n h a m a exercer bem sua função e as peças d e s e m p e ­ nhar melhor sua finalidade.

A escolha do p r o c e s s o de fabricação p a r a a u s i n a g e m de u m a p e ç a cuja s uperfície tem u m a função a preencher, era feita e x p e r i m e n ­ talmente, sem que p a r a tal se d i s p u s e s s e m de dados técnicos, f i g u ­ ra 1. Este a n t i g o caminho para o p r e e n c h i m e n t o desta função era subjetivo, não sistemático, não reprodutivo, nao e xplicável e não programável. As c a usas e os fundamentos deste p r e e n c h i m e n t o eram em geral d e s c o n h e n c i d a s .

Devido aos result a d o s positivos deste m étodo experi m e n t a l e x i s ­ tem hoje c o n h e n c i m e n t o e e xperiência e é impressindível o d e s e n ­ volvimento de u m m é t o d o para a d e s c rição das superfícies técnicas. 0 objetivo d e s t e t r a balho é d esenvolver u m m é t o d o para a v a l i a r e escolher superf í c i e s técnicas segundo sua função e fabricação.

Para d e s e n v o l v e r este método é n e c e s s á r i o escla r e c e r a i n t e r ­ ligação entre função, exigência ao p r e e n c h i m e n t o da função e c a ­ racterísticas de fabricação da superfície técnica. Isto só é p o s ­ sível através de u m a completa d e s c rição da superfície. C o m este novo método o c a m inho para o p r e e n c h i m e n t o da função se t o r n a r á objetivo, sistemático, reprodutível, e x p l i c á v e l e programável.

As funções de u m a superfície t é c n i c a estao definidas na n o r m a DIN 4764 e p e l o s a u tores Halbig e N o p p e n /1,2,3/. Para u m b o m p r e ­ enchimento d a função é necessário se c o n h e n c e r as e x i g ê n c i a s a esta superfície t é c n i c a para se d e t e r m i n a r u m a superfície ideal. A superfície m e d i d a (superfície efetiva) a p r o x i m a - s e tanto m a i s da superf&òie real q u a n t o mais eficiente forem os fatores de a v a l i a ­ ção d à ■superf í c i e técnica. As exigências ao p r e enchimento d a f u n ­ ção são s a t i s f e i t a s através de c a r a c t e r í s t i c a s tecnológicas e g e o ­ métricas adequadas. Este trabalho será d i r i g i d o p r i n c i p a l m e n t e para as c a r a c t e r í s t i c a s geométricas.

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2. E S T A D O DA T É C N I C A

2.1 E x i g ê n c i a s ao p r e e n c h i m e n t o da função da s u p e r f í c i e t é c n i c a

S e g u n d o S c h m a l t z o conceito de s u p e r f í c i e está ligado com a n o ­ ção de i n t e r i o r e exterior. U m a superfície, como a c h a m a d a folha de Mõbius, a qual tem apenas 1 lado, não tem n e n h u m lado que se p o s s a d i z e r interior ou e x t e r i o r e não é de m a n e i r a a l g u m a a l i m i t a ç ã o de u m corpo. Esta folha não pode, p o r isto, r e ceber o nome de superfície. Uma superfície é c a r a c t e r i z a d a por d e l i m i t a r um p e d a ç o de espaço fechado /4/. Não se pode p e nsar em uma s u p e r f í c i e sem a noção do corpo, o qual ela delimita. Superfície té c n i c a é e n t ã o a superfície de corpos, que têm u m a u t i l i z a ç ã o na técnica.

Este c o n c e i t o básico de superf í c i e é imprescindível p a r a o e n ­ t e n d i m e n t o de sua problemática. Os c o n c eitos de superfície v e r d a ­ de i r a ou real, de superfície e f e t i v a e de superfície g e o m é t r i c a são t a m b é m de suma importância d e n t r o deste tema. A s uperfície a qual r e s u l t a do processo de fabri c a ç ã o é a superf í c i e real. Ela sèpara o c o r p o do meio ambiente. A superfície e f e t i v a é uma r e p r o ­ dução a p r o x i m a d a da superfície real, o btida através de u m a técnica de medição. Sobre a superfície efetiva, os p r o c e s s o s de m e d i ç ã o e as c o n d i ç õ e s de medição têm uma e x t r a o r d i n á r i a influência. A s u ­ p e r fície g e o m é t r i c a é uma superf í c i e ideal, cuja forma nominal e s ­ tá d e f i n i d a através de u m d e s e n h o ou outros dados técnicos / í 5,133/.

C a d a s u p e r f í c i e técnica tem u m a função a preencher. P a r a tal é n e c e s s á r i o que ela tenha d e t e r m i n a d a s propriedades. Por esta razao, o e s t u d o da superfície t é c n i c a abrange tanto a t o p o g r a f i a como t a m b é m as propriedades da c a m a d a limite. E s t a c a m a d a tem, em c o n s e q ü ê n c i a do seu processo de fabricação e em c o n s e q ü ê n c i a do contacto c o m o m e i o - a m b i e n t e , propri e d a d e s físicas e químicas difere n t e s das do material não pertur b a d o no interior do corpo

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A e s t r u t u r a de uma superf í c i e metál i c a é c o n s t i t u í d a das se­ guintes c a m a d a s /4,6/: camada de sujeiras (* 3 nm); c a m a d a de a b ­ sorção (a 0,3 nm); camada o x i d a d a (1 a 10 nm); c a m a d a d e f o r m a d a ( > 5 ym) e m a t e r i a l básico.

A i n t e r l i g a ç ã o entre função, e x i g ê n c i a s p a r a o p r e e n c h i m e n t o da funçao da s u p e r f í c i e técnica e sua f a b r i c a ç ã o compreende u m a á r e a m u i t o a m p l a e complexa, figura 2-1.

F i g u r a 2-1: Interligação entre função, exigên c i a s ao preenchimento da função e fabric a ç ã o de superfícies técnicas.

5

F u n ç ã o

A design a ç ã o dos d i f e r e n t e s tipos de superfícies de peças, as quais são usadas na e n g e n h a r i a e na m e c ânica fina, são d e f i n i d a s segundo o tipo de solic i t a ç õ e s que aparecem mais f r e q u e n t e m e n t e /l/. Esta d esignação foi a c e i t a e u s a d a em diferentes t r a b a l h o s como tipos de funções de s u p e r f í c i e s /2,3,9/.

A superfície técnica de u m corpo pode ser na p r ática s o l i c i t a d a de várias maneiras, por exemplo /3,10/:

- solicitação do m e i o - a m b i e n t e e do c l i m a (solicitações não m e c â ­ nicas );

- solicitações térmicas e de radiações físicas; - solicitações e l e t r o - q u í m i c a s ;

- solicitações de correntes elétricas;

- solicitação de pressão e s t á t i c a e/ou dinâmica; - solicitação mecânica;

- solicitações tribológicas e - solicitações biológicas.

As possí v e i s c ombinações destas solicitações são tão m u l t i f o r ­ mes que uma subdivisão s i s t e m á t i c a das funções, segundo seu tipo de solicitação, não é mais nítida. Por esta razão, será a d o t a d a a- qui a subdivisão segundo os tipos de solicitações mais freqüentes: - superfície sob s o licitação m e c â n i c a não existente ou m u i t o p e ­

q uena ;

-.„superfície sob solicitação de tensão sem movimento relativo em relação a c o n t r a - s u p e r f í c i e do corpo de contacto.

- superfície sob solicitação de atrito e com movimento r e l a t i v o em relação a c o n t r a - s u p e r f í c i e .

Os outros tipos de solicitação, como por exemplo as s o l i c i t a ç õ e s tribológicas foram consideradas, aqui neste trabalho, de a c o r d o com o tipo de u t i l i z a ç ã o da peça, como propri e d a d e s exigidas, tais como -’r e s i s t ê n c i a ao desgaste, c apacidade de deslizar, p r o p r i e d a ­ des de-atrito.

Exigências às Su p e r f í c i e s Técnicas

Para que as exigên c i a s ao preen c h i m e n t o da função sejam s a t i s ­ feitas, é p r e c i s o que certas p r o p r i e d a d e s tecnológicas ( p r o p r i e ­ dades físicas e químicas) e geométricas e s tejam presentes. A

cias-6 s i f i c a ç a o das p r o p r i e d a d e s das s u p e r f í c i e s e os seus e n s a i o s foi a p r e s e n t a d a p e l a p r i m e i r a vez por W o l f /ll/ e é até hoje a i n d a a d o t a d a /3 , 6,9 ,12,13/.

P a r a se c o n s t a t a r a e f i c i ê n c i a da função é indispensável se d e ­ t e r m i n a r o estado das camadas da s u p e r f í c i e a t ravés de d i f e r e n t e s m é t o d o s de medição e observação. O estado d a s uperfície depende: - das p r o p r i e d a d e s físicas como estrutura, d u r e z a ou tensões; - das p r o p r i e d a d e s químicas como c o m p o s i ç ã o e afinidade de r e a ­

ções e

- das p r o p r i e d a d e s g e ométricas como forma de cristalização, r u g o ­ sidade, ondula ç õ e s ou desvio de forma

As p r o p r i e d a d e s físicas e químicas são v e r i f i c a d a s a t ravés de e n s a i o s do material e as p r o p r i e d a d e s g e o m é t r i c a s através de e n ­ saios de forma e de superfície. As seis d i f e r e n t e s ordens de d e s ­ vios de forma são e s c l a r e c i d a s na figura 2-2.

Desvio de forma de Ia o r d e m - é o tipo de d esvio que pode ser c o n s t a t a d o ao e xaminar-se todo o prefil efetivo. D e svios de forma de 2 a a 5a ordem - são aqueles desvios da s u p e r f í c i e efetiva, os quais p o d e m ser c onstatados no exame de u m a secção d e s t a s u p e r f í ­ cie.

O n d u l a ç õ e s - são d e svios de forma de 2a ordem, na m a i o r i a das vezes desvios periódicos, que se a p r e s e n t a m n a superfície efetiva. Nos d e svios desta o r d e m a relação entre c o m p r i m e n t o s de onda e a m ­ p l i t u d e fica em geral entre 1000 para 1 e 100 p a r a 1. A m a i o r i a é r e c o n h e n c i d a em mais de u m p e r íodo de onda.

Ru g o s i d a d e - d e svios de forma de 3a a 5a o r d e m são desvios que se r e p e t e m r e gularmente ou irregularmente e c u j a relação entre c o m p r i m e n t o de onda e amplitude ficam em g eral entre 100 para 1 e 5 p a r a 1.

U m a separação exata das ordens de g r a n d e z a do desvio de forma, on d u l a ç ã o e rugosidade n e m sempre é possível. Os desvios de forma c o m p r e e n d e m não somente a topografia como t a m b é m a camada limite as quais se sobrepõem na 4 a , 5a e 6a ordem.

7

DESVIOS DE FORMA

(re p re s e n ta d a numa

s e ç a o do p e r fil)

EXEM PLO

PARA OS TIP O S

DE DESVIOS

EXEMPLOS PARA A CAUSA

DA ORIGEM DOS DESVIOS

1a ordem : D esvio de

fo rm a

Nao p la n o

O valado

D e fe ito s nas guias das m á q u i­

nas fe rra m e n ta s , d e fo rm a ç a o

p o r fle x ã o da m áquina ou da

p e ça , fix a ç a o e rra d a da p e ça ,

d e fo rm a ç o e s devid o a te m -

ra tu ra , de sg a ste.

2 * ordem : O ndulaçao

_{O ndas}

F ix a ç a o e x c ô n tric a ou d e ­

fe ito de form a de uma fre s a ,

v ib ra ç õ e s da m áquina fe r ­

ra m e n ta , da fe rra m e n ta ou

da peça.

3 * ordem :

^

_{R anhuras}

Form a do gume da fe rra m e n ta ,

avanço ou p ro fu n d id a d e de

c o rte

4 * ordem :

H j

E s tria s

Escam as

R e ssa lto s

P ro c e s s o de fo rm a ça o de

cavaco (cavaco a rra n c a d o ,

cavaco de c is a lh a m e n to , gume

p o s tiç o de c o rte ), d e fo rm a ça o

do m a te ria l p o r ja to de a reia,

fo rm a ç a o de re s a lto s pe lo

tra ta m e n to g a lv â n ic o .

c * nrHom*

Vü

_{E s tru tu ra}

P ro c e s s o de c ris ta lis a ç a o ,

m o d ific a ç a o da s u p e rfíc ie

p o r a ça o quím ica (p o r exem­

plo: decapagem ), p ro c e s s o s

de c o rro sã o .

Nao m ais re p re s e n -

mm

tá v e l g ra fic a m e n te

1 9

em fo rm a sim p le s

m

6 “ ordem :

Nao m ais re p re s e n tá v e l

g ra fic a m e n te em fo rm a

sim ples

E s tru tu ra re ­

tic u la d a do

m a te ria l

P ro c e s s o s fís ic o s e quím icos

da e s tru tu ra do m aterial,

te n s õ e s e d e slisa m e n to s na

rede c ris ta lin a .

S u p e rp o s iç ã o dos d e s v io s de fo rm a de

Os desvios de forma de 2a , 3a e 4a o r d e m (ondulação, r ugosidade (ranhuras) e rugosi d a d e (fendas)) a b r a n g e m a área de m e d i ç ã o de s u p e r f í c i e s e serão levadas em c o n s i d e r a ç ã o aqui neste trabalho. Os o u tros tipos de desvios não serão e x a m i n a d o s pois eles a b r a n g e m as áreas de m e d i ç õ e s de forma e de materiais.

Sc h maltz /4/ e s t a b e l e c e u o limite entre macro e m i c r o - g e o m e t r i a at r a v é s de u m a área cujo c o m p r i m e n t o do lado é de lmm. A micro- g e o m e t r i a c o m p r e e n d e regiões no i n t erior da área de um q u a drado de lado igual a lmm, ou de u m c í rculo de p e r í m e t r o igual a lmm. A m i c r o - g e o m e t r i a deve ser d e t e r m i n a d a c o m u m a precisão b á s i c a de 10 - ® mm. Relações de locais em faixas m a i o r e s que lmm2 p e r t e n c e m à m a c r o - geometria.

S u p e r f í c i e s g eométricas como plano, cilindro, esfera, etc. n e m s e m p r e são ideais p a r a o p r e e n c h i m e n t o da função. A forma ideal da superfície, a qual satizfaz todas as exigências, resulta de u m a s u p e r p o s i ç ã o de alguns perfis.

Fa b r i c a c ã o - T é cnicas de F a b r icacão

A t é c n i c a de fabricação é a t é c n i c a pela qual, a t r a v é s da »

t r a n s f o r m a ç ã o ou m u d a n ç a de forma do m a t e r i a l da peça bruta, s u r ­ g e m peças c o m forma geomét r i c a definida. U m a peça de c o n s t r u ç ã o é u m a p e ç a que d entro de um p r o jeto tem exigên c i a s de função d e t e r ­ m i n a d a para serem preenchidas. A n o r m a DIN 8580 dá uma visão geral dos p r o c e s s o s de fabricação existentes. Os principais g rupos de <a» f a b r i c a ç ã o são os seguintes:

- c r i a ç ã o de forma (fundição e m e t a l u r g i a do pó); - m o d i f i c a ç ã o de forma (conformação);

- separação (usinagem)

- j u nção (soldagem, rebitagem);

- r e v e s t i m e n t o (pvd, cvd, gavanização) e

- m o d i f i c a ç ã o das p r opriedades dos m a t e r i a i s (têmpera, m a g n e t i z a ­ ção ).

A q u i neste trabalho será consid e r a d o o sub-grupo u s i n a g e m do grupo separaçãoi

Os d i f e r e n t e s processos de f a b r i c a ç ã o p r o d u z e m peças c o m d i f e ­ r e n t e s s u p e r í í c i e s . Os fatores de i n f l u ê n c i a responsáveis p o r isto p o d e m ser d i v i d i d o s em 5 grupos: máquina; peça; ferramenta; c i n e ­ m á t i c a e m e i o - a m b i e n t e .

2.2 P r o b l e m a s de projeto, de fabricação e de m e dição

P a r a se e n t e n d e r m e l h o r a p r o b l e m á t i c a entre função, e x i g ê n c i a s e fabricação de s u p e r f í c i e s técnicas é importante d i v i d i r este p r o b l e m a em 3 grupos / I 7,18,19,20,21/, figura 2-3: 1- o p r o b l e m a de projeto; 2- o p r o b l e m a de f a b r i c a ç ã o e 3- o p r o b l e m a de medição. 9

PROBLEMA DE PROJETO

FIXAÇAO DA SUPER­

FÍCIE IDEAL

PROBLEMA DE FABRICAÇÃO

RELAÇÕES DE

FUNCIONAM ENTO

FABRICAÇÃO DA SU PER­

FÍCIE REAL

PARÂMETROS DE

FABRICAÇÃO

• DE T .E R MI NA ÇA O ,

PARÂMETROS DA

SU PER FÍC IE

DEDUÇA.O.

£

DESCRIÇÃO DA GEOMETRIA

DA SU PERFÍCIE

CONTROLE DA SUPER­

FÍCIE REAL ATRAVÉS DA

SU PERFÍCIE EFETIVA

10 O p r o blema de p r oieto - a relação entre os parâmetros da s u p e r f í ­ cie e as relações de f u n c i o n a m e n t o p r e c i s a ser q u a n t i t a t i v a m e n t e , e ou pelo menos q u a l i t a t i v a m e n t e fixado (E s t a b e l e c i m e n t o da siiperfíniR i d e a l ) . Neste ponto é necessário a i n d a u m g rande esforço até que o p r o j e t i s t a tenha a seu dispor as i n f o r m a ç õ e s que lhe p e r m i t a m e s t a b e l e c e r c o m s e g u r a n ç a a exigida q u a l i d a d e da função e tempo de vida. Resumindo-se, é necessário se c o n s t a t a r que no estado atual da técnica, u m a avaliação justa da f unção da superfície apenas é possível em casos especiais.

n p r o b l e m a de fabricacão - p a r a se a.lcançar na f abricação a m e l h o r

aproximação p o s sível da superfície real para a s uperfície ideal, é preciso que seja formu l a d a e a p r e s e n t a d a u m a relação q u a l i t a t i v a e/ou q u a n t i t a t i v a entre os p r o c e s s o s de fabricação, os p a r â m e t r o s de fabricação e os p a r â m e t r o s da superfície (F a b r i c a c ã o da superfície r e a l ) .

O p r o b l e m a de m e dição - é p r e c i s o que os parâmetros da superfície, » os quais p e r m i t a m u m a descr i ç ã o q u a n t i t a t i v a e/ou q u a l i t a t i v a da superfície, sejam deduzidos (C o n trole da superfície_csai) . N e s t a área as p e s q u i s a s sobre superfície c h e g a r a m nos ú l timos anòs b e m próximas da solução. C e r t a m e n t e existe u m a limitação a se notar, que é a c o m p l e x i d a d e dos novos parâme t r o s propostos. C o m p l e x i d a d e esta na obtenção e ainda na sua p o s s i b i l i d a d e de a p l i cação p a r a o uso prático do d i a a dia, o que torna estes parâmetros impróprios. Isto acontece devido aos princ í p i o s e s t a t í s t i c o s / m a t e m á t i c o s e c orrel a c i o n á r i o s empregados.

2.2.1 E s t a b e l e c i m e n t o d a superfície ideal

A p e s q u i s a tentá já há algum tempo relacionar as p r o p r i e d a d e s geométricas da superfície com a qualidade funcional. E s t a r e l a ç ã o até agora ainda não é c lara e na m a i o r i a das vêzes não c o m p l e t a ­ mente formulada.

As p r o p r i e d a d e s t e c n o l ó g i c a s e sua influência sobre o c o m p o r t a ­ mento funcional da superfície estão sendo da mesma forma e x a m i n a ­ das /10, 40, 41, 42/. A t r a v é s da u s i n a g e m com ferramentas de corte com geometrias d e f i n i d a s foram fabricadas superfícies, as quais a p r e s e n t a m na sua m i c r o - e s t r u t u r a caract e r í s t i c a s típicas. Estas

c a r a c t e r í s t i c a s se m a n i f e s t a m difere n t e m e n t e s e gundo as condi ç õ e s de corte e o m a t erial usados /42/.

N e n h u m a super f í c i e tem p r o p r i e d a d e s (mecânicas, metalúrgicas, elétricas, ó t i c a s ou químicas) comple t a m e n t e homogêneas. Pode-se, porém, sob o ponto de v i s t a funcional, t ratar as p r o p r i e d a d e s exigidas, c o m o por exemplo a capaci d a d e de deslizar, a r e s i s t ê n c i a ao d e s gaste e a retenção do l u brificante como fatores g e o m é t r i c o s / 3 7 / .

As e x i g ê n c i a s m i c r o - g e o m é t r i c a s , as quais têm que ser a t e n d i ­ das, p a r a que u m a dada função seja preenchida, foram a p r e s e n t a d a s por H albig /2/. P o r é m estas exigências d e v e m ser e x c l a r e c i d a s através da p o s s í v e l q u antização de expres s õ e s do tipo: desvio geomét r i c o grande, pequeno e muito p e queno ou i nclinação do perfil grande e pequena.

As p r o p r i e d a d e s exigidas para a garan t i a funcional da s u p e r f í ­ cie foram a p r e s e n t a d a s por N o p p e n e S i gala /3/. A e x p e r i ê n c i a m o s ­ tra que as a f i r m a ç õ e s da enorme quanti d a d e de p a r â m e t r o s u t i l i z a d a não são s u f i c i e n t e s p a r a indicar a ligação entre as p r o p r i e d a d e s g e o - m é t r i c a s , as funções e a fabricação d a s u p e r f í c i e / 4 3 ,44,45,46, 47/. Por isto, fatores de a v a l iação das p r o p r i e d a d e s geomé t r i c a s t ê m que ser deduzidos a p artir das exigê n c i a s do f u n ­ cionamento d a superfície.

2.2.2 F a b r i c a ç ã o d a superfície real

A s u p e r f í c i e de uma peça é a parte da p e ç a que é mais f o r t e m e n ­ te s o l i c i t a d a no e x e r cício de sua função. Solici t a ç õ e s como t o r ­ ção, flexão, atrito e corrosão i n fluenciam a p e ç a mais i n t e n s a m e n ­ te em sua t o p o g r a f i a do que em seu núcleo.

D u rante a fabricação de uma peça surgem em sua t o p o g r a f i a e em sua c amada l imite difere n t e s tipos de d e svios de forma. Os d e s v i o s de forma são na sua m a i o r i a mudanças indesejáveis.

Em d i f e r e n t e s processos de fabricação aprese n t a m - s e d i f e r e n t e s m u d anças indesejáveis, as quais são c o m p ostas de fatores m e c â n i ­ cos, t é r m i c o s e químicos. Estas mudan ç a s indesejáveis e importunas são r e c o n h e n c i d a s com freqüência somente d e pois de um certo tempo

de f u n c i o n a m e n t o da peça montada, c u j a r e s i s t ê n c i a ou d e s e m p e n h o diminui p e r a n t e u m a certa solicitação.

A p e s a r do e s forço dos p e s q u i s a d o r e s p a r a tornar clara a in­ fluência do p r o c e s s o sobre a s u p e r f í c i e / 7 ,80,82,83,84,85,86,87, 91/, vale a i n d a hoje o que Balint d i s s e em 1966: "ainda se deve pesquisar, de que m a n e i r a a f abricação d a p e ç a deve ser conduzida, p a r a que as m o d i f i c a ç õ e s i n d esejáveis na sua superfície sejam evitadas. A i n d a m e l h o r seria, se fosse possível, a t i ngir i m e d i a t a ­ mente as p r o p r i e d a d e s e estado que e l e v e m a resis t ê n c i a p e r a n t e a solicitação existente".

2.2.3 C o n t r o l e d a superfíe real

A c o m p l e x i d a d e do p r o b l e m a "superfície" e os d i f e r e n t e s tipos de o b j e tivos dos engenheiros e c i e n t i s t a s em diferentes áreas são a razão p a r a que tenha sido d e d u z i d a uma grande q u a n t i d a d e de parâme t r o s p a r a a deter m i n a ç ã o da superf í c i e (hoje c e r c a de 50 parâmetros). U m a parte destes p a r â m e t r o s é s u p é rflua ou sem s ignificado ou ambos. Como e x emplo p o d e - s e citar a d i f e r e n ç a do valor entre R a (desvio médio a r i t m é t i c o de rugosidade, ver defin i ç ã o t a b e l a II nos anexos) e R q (desvio médio q u a d r á t i c o da rugosidade, v e r definição na t abela II dos anexos) por exemplo, é na p r á t i c a m e n o r que o erro de m e d i ç ã o /22/. Hoje em dia e x i s t e m m i c r o p r o c e s s a d o r e s que t r a b a l h a m c o m até 25 parâmetros. Mas f u n d a m e n t a l m e n t e existe o seguinte problema: "Que superf í c i e com qual p a r â m e t r o e para que função?"

É pouco import a n t e se fazer uma grande a p resentação de s u p e r f í ­ cies a t ravés de uma infinidade de medidas, quando estas medidas não têm n e n h u m a relação com a função d a p e ç a /24/.

F o r a m p r o p o s t o s em diversos t r a b a l h o s diferentes m é t o d o s para descrição ou caracterização das s u perfícies / 2 5 ,26,27,28,29,30,31, 32,33/. Os p a r â m e t r o s como p r o f u n d i d a d e média da r u g o s i d a d e (Rz )» d e ^ i o iíiédio aritmético (Ra ) ou p r o f u n d i d a d e m á x i m a da rugosidade

(Ríh'a x ) sozinhos, não são s u f i c i e n t e s p a r a descrição da e s t r u t u r a

da superf í c i e que garanta a sua funcionalidade. A n e c e s s i d a d e de u m m étodo u n i v e r s a l para m e dição da textura da superf í c i e já foi e x p r e s s a por muitos. Falta p o r é m por um lado o c o n h e n c i m e n t o da p r e p a r a ç ã o d a superfície que seja e x i g i d a e ideal para u m a d e t e r ­

m i n a d a f u nção e p o r outro lado a c a p a c i d a d e de se medir e r e p r e ­ sentar c l a r a m e n t e as propriedades da superfície.

A f igura 2-4 m o s t r a uma superf í c i e t o r n e a d a que foi m e d i d a tri- d i m e n s i o n a l m e n t e . A apresentação e s p a c i a l da superfície p e r m i t e fazer a f i r m a ç õ e s sobre o processo de f a b r i c a ç ã o que foi u t i l i z a d o p a r a obtê-la, b e m como sobre a s u p e r f í c i e propri a m e n t e d i t a /64,

136,139/.

F i g u r a 2-4: A p r e s e n t a ç ã o espacial de u m a superfície torneada.

P a r a a d e s c r i ç ã o de uma s u p e r f í c i e t é c n i c a existe uma série de pa r â m e t r o s e s t a b e l e c i d o s que em p a r t e f oram adotados nas normas. Estes p a r â m e t r o s p o r é m não s a t i s f a z e m em todos os casos. Por isto p e s q u i s a d o r e s desta área p r o p u s e r a m p a r â m e t r o s e funções e s t a ­ tísti c o s e de correlação / 2 4 , 2 5 , 2 7 ,28,32,33,48,49,50, 51,52,53/.

S e gundo S t a ufert e Mathias, p a r a u m a c l a r a descrição de um p e r ­ fil são n e c e s s á r i o s 6 parâmetros. Estes são o desvio médio quadrá t i c o d a rugosidade Rq, a p r o f u n d i d a d e m é d i a da rugosidade R z , o c o e f i c i e n t e de simetria da curva de d i stribuição de am p l itude Sj^. (ver definição na t a b e l a V dos anexos), a curtose Ku (ver t a b e l a V dos anexos) na d i reção vertical e a d i s t ância média das i r r e g u l a r i d a d e s do perfil Sm (tabela III dos a n e x o s ) e desvio das d i s t â n c i a s das irregularidades do perfil Srms para a descrição das p r o p r i e d a d e s na direção horizontal. C o m estes seis parâmetros são d e s c r i t o s com suficiente p r e c i s ã o c a d a sinal aleatório, indepe n d e n t e do tipo de sua distribuição.

P e k l e n i k constatou em sua pesquisa, que p a r a uma completa d e s ­ crição de u m a superfície, é e x igido que se a b r a n j a m as p r o p r i e d a ­ des m i c r o - g e o m é t r i c a s em todas as três coordenadas. Neste sentido foram p r o p o s t o s dois métodos /54,55/:

1. Método de m e d i ç ã o p a r a determinação de u m a superfície através do cálculo da função de correlação t r a n s v e r s a e

2. Método de m e d i ç ã o p a r a determinar a i s o t r o p i a m i c r o - g e o m é t r i c a de uma s u p e r f í c i e através do cálculo da função de auto-correla- ç ã o .

At r a v é s de t é c n i c a s e s tatísticas podem ser retir a d a s mais i n f o r m a ­ ções do perfil de m e d i ç ã o / 2 0 ,32,56,57,58,61, 80/.

U m sistema de superfície, que sob c o n d i ç õ e s regulares de f u n ­ cionam e n t o deve ser examinado quanto ao seu comportamento, a p r e ­ senta uma r egião no espaço, a qual t ambém tem que ser d e s c r i t a na sua n a t u r e z a c o m m é t o d o s analíticos apropriados. Devido ao fato que neste caso se t r a t a de um campo e s t o c á s t i c o t r i d i m e n s i o a n a l , o tratamento n u m é r i c o do p r o blema é e x t r a o r d i n á r i a m e n t e difícil. A l é m disso, t em-se que a caracterização da superfície deve ser compre e n s í v e l p a r a o uso prático. Ambas as exigências são d i a m e ­ tralmente o p o s t a s e. por esta razão d i f í c e i s de serem cumpridas / 2 5 / .

Para d i v e r s a s m e d ições de rugosidade executadas em s uperfícies u s i nadas com d i f e r e n t e s processos de fabricação r e s ultam v a lores m é d i o s que têm diferentes desvios. A imprecisão da m e d i d a pode d a r - s e não só através do aparelho de medição, como t ambém através da irreg u l a r i d a d e da superfície a ser testada. Neste c o n texto se faz freque n t e m e n t e a pergu n t a /53,59,60/:

"Quantas vezes se deve medir, para se atingir um resultado r e p r e ­ sentativo?"

Para se d e t e r m i n a r as propri e d a d e s da superfície d i s p o o e - s e hoje de u m a grande quantidade de processos de medição e ensaio. O p r o cesso de m e d i ç ã o com apalpamento contínuo é no m o m e n t o ainda o processo usado com mais freqüência p a r a a averiguação dos desvios de forma das superf í c i e s /62,63/.

Como foi intensivamente examinado, o apalpamento m e c â n i c o (com agulháè de aço ou diamante), influencia a medição da superfície de m a n eiras diferentes, por exemplo através do desgaste do corpo de prova, da v a r i a ç ã o da força de medição e da velocidade de a p a l p a ­ mento dos d i f e r e n t e s tipos de sistemas / 1 8 ,64,65,66,67/.

T anto o c r e s c i m e n t o da a u t o m a t i z a ç ã o como t a m b é m a e x i g ê n c i a de do m í n i o do p r o c e s s o requerem da t é c n i c a de m e d i ç ã o sensores, que t e s t e m a superfície, de forma rápida, livre de p e r t u b a ç õ e s e em pr o c e s s o (on line). Isto apenas pode ser p r e e n c h i d o restr i t a m e n t e pelos s i s temas mecânicos. Por esta razão foram d e s e n v o l v i d o s nos ú l t i m o s anos sensores que não t o c a m a superfície. Estes sensores t r a b a l h a m na sua m a i o r i a segundo o p r i n c í p i o de medição óptico / 6 8 , 6 9 , 7 0 , 7 1 , 7 2 , 7 3 , 7 4 , 7 5 , 7 6 , 7 7 , 7 8 , 7 9 , 1 3 4 , 1 3 5 / .

2.2.4 T r i b o l o g i a

N a f i g u r a 2-1 foi a p r e s e n t a d a a i n t e r l i g a ç ã o entre função, ex i g ê n c i a s ao p r e e n c h i m e n t o da função e f a b r i c a ç ã o de superfícies técnicas. As funções das superfícies foram divididas, segundo o tipo de solic i t a ç ã o que aparece com mais freqüência, em três grupos. O p r o b l e m a essenc i a l m e n t e complexo se e n c o n t r a no terceiro grupo, que é o grupo das superfície solici t a d a s por atrito e que têm u m m o v i m e n t o relativo com suas c o n t r a - s u p e r f í c i e s . Neste t r a balho será e x a m inada mais de p e r t o a função de uma Superfície de D e s l i z a m e n t o L u b r i f i c a d a (SDL), que é u m a função tribológica.

H á muito tempo atrás, já se t e ntava m e l h o r a r a p o t ê n c i a m e c â n i ­ ca das m á q u i n a s simples, lubrif i c a n d o - s e c o m óleo ou gordura, os e l e m entos d e s t a máquina, os quais t inham u m m o v i m e n t o relativo entre si. P o r é m só há pouco tempo é que os p r o b l e m a s de atrito, d e s g a s t e e lubrificação têm sido c o n s i d e r a d o s como uma d i s c i p l i n a c i e n t í f i c a (Tribologia).

Devido aos d iferentes tipos de interesses e objetivos, existe uma série de d i sciplinas c ientíficas que se o c u p a m dos problemas t r i b o l ó g i c o s /88/. Por exemplo:

- a c i ê n c i a dos materiais (desenvolvimento e m o d i f i c a ç õ e s de m a t e ­ riais de atrito);

- a q u í m i c a (desenvolvimento de materiais lubrificantes, problemas da c a m a d a limite);

- a f í s i c a (estudo de novos materiais para revestimento);

- o p r o j e t o (configuração g e o m é t r i c a para e l e v a ç ã o da rigidez, a m o r t e c i m e n t o de vibração);

- a f a b r i c a ç ã o (fabricação cujas superfícies com u m a função t r ibologica) e

- a m e t r o l o g i a (automatização do sistema t r i b o l ó g i c o ).

16

Os novos conceitos, os quais s u r g e m juntos a estas disciplinas, estao sendo reestudados, avaliados e estrut u r a d o s dentro da TRIBO- L OGIA / 8 8 / .

Mais de 90% das superfícies t é c nicas que e x igem certo grau de acabam e n t o são utiliz a d a s em p r o c e s s o s t r i b o l ó g i c o s . A p e r d a de e n e r g i a d e c o r r e n t e do atrito e desgaste, repres e n t a uma a l t a perda e c o n ô m i c a /90,91/.

P a r a que os aspectos tribol ó g i c o s sejam e s truturados da m e l h o r forma possível, é preciso que sejam tomadas medidas de o t i m i z a ç ã o de projeto, de lubrificação e dos m a t e r i a i s técnicos, A e s c o l h a do p r o c e s s o de fabricação mais a p r o p r i a d o para realizar as e x i g ê n c i a s de p r o j e t o a i n d a é um tema que p r e c i s a c o n t inuar sendo e s t udado / 5 7 , 8 8 , 8 9 , 9 0 , 93,94/.

3. E TAPAS P A R A A T I N G I R OS O B J E T I V O S D O T R A BALHO

A f abricação correta e r e p e t i t i v a de uma superfície t é c n i c a p a r a uma d e t e r m i n a d a aplicação d e p e n d i a da experi ê n c i a do o p e r a ­ dor. A fim de que se possa f a b ricar u m componente para u m a a p l i c a ­ ção e s p e c í f i c a e m p regando-se o p r o c e s s o de fabricação ou a s e q ü ê n ­ c i a de p r o c e s s o s de fabricação corretos, o p r o j e t i s t a deve d e f i n i r c o m c l a r e z a .quais os valores c a r a c t e r í s t i c o s que a s u p e r f í c i e do c ompon e n t e deve preencher. Como não existe ainda uma m e t o d o l o g i a c l a r a de m e d i ç ã o e correlação dos v a l o r e s c a r a c t erísticos de m e d i ­ ção da s uperfície com o processo de fabricação se propoe o d e s e n ­ v o l v i m e n t o de um método c i e n t í f i c o que efetue este c o r r e l a c i o n a - m e n t o .

Para que o objetivo deste t r a b a l h o seja atingido é p r e c i s o que fatores de avaliação, que p o s s a m c a r a c t e r i z a r uma superfície, s e ­ jam d e d u z i d o s e definidos. Os v a l o r e s ideais dos fatores de a v a ­ liação, os quais serão definidos c o m base nas exigências ao c u m ­ p r i m e n t o d a função, têm que ser comparados, para vários p r o c e s s o s de fabricação, com os valores m e d i d o s destes fatores, de m o d o que se torne p o s s í v e l a escolha do p r o c e s s o de fabricação mais a d e q u a ­ do, figura 3-1.

O o b j e t i v o deste trabalho será ating i d o com o d e s e n v o l v i m e n t o das seguintes etapas:

- d e s c rição das exigências a uma superfície técnica para o p r e e n - <

chimento da sua função;

- c a r a c t e r i z a ç ã o de uma superfície t é c n i c a ideal com base nas e x i - * gências ao p r e e n c h i m e n t o d a função (um exemplo t r i b o l ó g i c o );

- d e s c r i ç ã o do complexo de influências da u s i nagem sob u m a super- ’ fície técnica;

- d e t e r m i n a ç ã o do tamanho de a m o s t r a p a r a as medições de m o d o a se 1 a t ingir u m resultado representativo;

- dedução e d e f i nição dos fatores de avaliação para c a r a c t e r i z a r a superfície t é cnica e

- caracterização, de superf í c i e s usinadas, através de fatores de a v a l i a ç ã o com ajuda de um software.

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4. A V A L I A Ç A O DE U M A S U P E R F Í C I E COM B A S E NAS E X I G E N C I A S A O P R E E N ­ C H I M E N T O DA SUA F UNÇÃO

As funções das s u p e r f í c i e s t é c n i c a s foram divididas no c a p í t u l o 2 segundo o tipo de s o l i c i t a ç ã o mais freqüente. 0 p r i m e i r o grupo

neste grupo não está p r e s e n t e ou não é e x i g i d a u m a "contra s u p e r ­ fície". S u perfícies de c a r c a ç a de máquinas, de calibres e para contactos elétricos são e x e mplos de s uperfícies deste p r i m e i r o grupo. No segundo grupo têm-se as superfícies \^olic i t a d a s sob t e n ­ sões (tração, compressão, etc.)/^ no qual a superfície p r i n c i p a l e s t á p arada em relação a c o n t r a - s u p e r f í c i e . São exemplos de s u p e r ­ fícies do segundo grupo: s u p e r f í c i e s de elememtos de f i x a ç ã o como p arafusos e rebites; s u p e r f í c i e s de encaixe como chavetas. O t e r ­ ceiro grupo c ompreende as \ s u p e r f ícies s o licitadas por atrito/^ no qual está presente u m m o v i m e n t o relativo entre a super f í c i e p r i n ­ cipal e a c o n t r a - s u p e r f í c i e . Por exemplo: s u perfícies de d e s l i z a ­ mento como guias de m á q u i n a s ferramentas; superf í c i e de r o l a mento como nos m a ncais de r o l a m e n t o ou ainda s uperfícies de f r e nagem como em tambores de freio.

LJm p r o b l e m a e s s e n c i a l m e n t e difícil está nõ terceiro grupo. S u ­ perfícies solicitadas por a t rito p o d e m facilmente sofrer danos e quando a solicitação e s p e c í f i c a torna-se alta demais pode condu z i r à falha da peça. A s u p e r f í c i e deve ter uma forma tal que a s o l i c i ­ tação especí f i c a se torne a m e n o r possível.

4.1 Exemplo de uma s u p e r f í c i e l u b r i f i c a d a de d e s l i z a m e n t o

Devido ao grande n ú m e r o de aplicações na indústria m e c â n i c a e p e l a partic u l a r d i f i c u l d a d e em definir no p r o j e t o o p r o c e s s o de fabricação e as c a r a c t e r í s t i c a s da superfície, aqui será mostrada, como exemplo, uma superf í c i e solici t a d a por atrito, que d e s l i z a e é l ubrificada (SDL). S e g u n d o N o p p e n /3/ as p r o p r i e d a d e s exigidas p a r a este tipo de superf í c i e são:

- precisão de forma;

- r e sistência ao desgaste; - capacidade de deslizar;

- amortecimento ao d e s g a s t e inicial;

- capacidade de suportar c a r g a (resistência à deformação) e

de funções trata não s olicitadas mecanicamenti

- c a p a c i d a d e de reter o l u brificante

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No p r o c e s s o de d e s l i z a m e n t o surge, d evido ao atrito, calor que deve fluir. A transmissão de calor tem que se dar na zona de c o n ­ tacto. T e m p e r a t u r a s e x c e s s i v a m e n t e e l e vadas nas áreas de a trito e

u m a m u d a n ç a na e s t r u t u r a c r i s t a l i n a dos picos de rugosidade. M u d a n ç a na estrutura c r i s t a l i n a pode levar a uma m u d a n ç a de

bas as p r o p r i e d a d e s r e p r e s e n t a m u m importante papel para o

preen-g e o m é t r i c a s e examinada a sua influência no comportamento da f u n ­ ção .

A superfície fabricada (superfície real) tem que ter u m a d e t e r ­ m i n a d a m i c r o - g e o m e t r i a para que c o m isto as propriedades exigidas

aqui c h a m a d a de "exigências micro- g e o m é t r i c a s " ao p r e e n c h i m e n t o da função.

C a d a propriedade e x i g i d a deve ser associada a uma t o p o g r a f i a t e ó r i c a da superfície, t o p o g r a f i a esta que p r e e n c h a da m elhor f orma possível as n e c e s s i d a d e s d e s t a propriedade. A superfície t e ó r i c a ideal resulta da s u p e r p o s i ç ã o de todas as superfícies ideais p a r a cada propr i e d a d e exigida.

./

Já que para a função da SDL as propriedades exigidas estão fixadas, d e verá ser a v e r i g u a d a a forma do perfil que m e l h o r se a d e q u a a estas propriedades.

d e s l i z a m e n t o podem p r o v o c a r u m a d i l a t a ç ã o t é rmica indesejável e

dureza. C o m isto uma outra e x i g ê n c i a à SDL pode ser na d i s s i p a ç ã o de calor adequadí

As p r o p r i e d a d e s de uma super f í c i e t é c nica foram d i v i d i d a s em t e c n o l ó g i c a s e geométricas (veja fig. 2-1, sub-capítulo 2.1). A m - ®

c h i m e n t o da função. Aqui será dado mais ênfase às p r o p r i e d a d e s

21

4.2 P r o p r i e d a d e s e x i gidas

U m a s u p e r f í c i e ideal que g a r a n t a a função de uma SDL deverá p r e e ncher d i v e r s a s p r opriedades

4.2.1 P r e c i s ã o de forma

Devido ao fato do desvio de forma ser a v e r i g u a d o através dos ensaios de forma e não de superfície, aqui não será l evada em c o n ­ ta a p r e c i s ã o de forma para a determ i n a ç ã o da superfície ideal de uma S D L .

Do t r a b a l h o de Strohmaier /94/ que fez u m l e v antamento junto a algumas firmas, p o d e - s e concluir que as SDL na p r á t i c a são f a b r i ­ cadas com t o l e r â n c i a s entre IT6 e IT4. /

Segundo D r e y h a u p t é muito importante, p a r a uma s uperfície que desliza, em p r i m e i r o lugar se d e t e r m i n a r a p r e cisão de forma e só depois que e s t a tiver u m grau s a tisfatório deve-se d e t e r m i n a r fi­ n almente a q u a l i d a d e da superfície /95/.

Em geral o desvio de forma é influenciado na fabricação pela m á quina ferramenta. Os princi p a i s fatores de influência são os meios de fixação utilizados, a p r e c i s ã o de p o s i c i o n a m e n t o da m á ­ quina f e r r a m e n t a e a estabilidade da ferramenta. Com certeza, p o ­ dem ser o b s e r v a d o em máquinas ferramentas idênticas, d i f e r e n t e s desvios de forma. Isto pode ser atrib u i d o a diferentes formas, t a ­ manhos e e s t a b i l i d a d e s de peças brutas.

4.2.2 R e s i s t ê n c i a ao desgaste

Segundo a DIN 50 320, \ ^ d e s gaste é u m a p e r d a progr e s s i v a de m a ­ terial da s u p e r f í c i e de um corpo sólido, c a usada por efeitos m e c â ­ nicos, isto é, através de c o n tacto e /movimento relativo c o m um c ontra - c o r p o sólido, líquido ou gasosos

0 p r o c e s s o d e s t a perda p r o g r e s s i v a de material pode hoje ser de s crita a t r avés dos quatro\ p r i n c i p a i s m e c a n i s m o s de d e s g a s t e

/ 9 7 / : '

1. Adesão - f o r m a ç ã o e separação de l i g a ç õ e s atômicas (micro-des-gaste) entre corpo - b á s i c o e c o ntra corpo;

2. Abrasão - r i s c a m e n t o e m i c r o - u s i n a g e m do corpo básico através de e l e v a ç õ e s e n durecidas da rugosi d a d e do c o ntra-corpo ou a t r a ­ vés de p a r t í c u l a s de material e n d u r e c i d o entre os dois corpos;

3. R u ptura da Super f í c i e - formação e c r e s c i m e n t o de trincas até a separação de p artículas em c o n s e q ü ê n c i a da tensão m e c â n i c a alternante que age na região s u p e r f i c i a l do corpo básico e do c o n t r a - c o r p o e

4. Oxidação T r i b o l ó g i c a - reação q u í m i c a do c o r po-básico com

par-A adesão é a causa da e n g r i p a m e n t o que pode aprese n t a r - s e quando dois c orpos metálicos deslizantes, em d e c o r r ê n c i a de uma s olicitação m u i t o elevada ou em c o n s e q ü ê n c i a de uma c a m a d a de e s p e ssura não suficiente do fluido lubrificante, não estão sufientemente separados /97/.

Como m e didas p a r a se evitar o d e s g a s t e de adesão estão:

1. \lubrifa c a ç ã o y d o s corpos d e s l i z a n t e s com separação c o m p l e t a na ma n e i r a d o p o s s í vel a t r a y é s de u m a c a m a d a de lubrificante. S e ­ gundo Gee o efeito do l u brificante sólido pode ser muito efe- 1 tivo /97/, p o r exemplo:

camadas de óxido naturalmente ou intensionalmente presentes; - finas c a m a d a s de materiais moles com pequena afinidade em r e ­

lação ao ferro (por ex. chumbo ou índio); - camadas de fósforo;

- grafite ou

- b i s u l f e t o de molibi d ê n i o | / )

2, ;colha dos materiais com a f i n i d a d e atômica r e l ativamente

pe-face c e n t r a d a deve ser evitada, em lugar destes os c ú bicos de tes c o m p o n e n t e s do material l u b r i f i c a n t e ou do meio ambiente em c o n s e q ü ê n c i a da ativação pelo atrito