No aspecto da usinagem, um dos fatores mais importantes é o acabamento superficial. Os problemas que podem resultar de um acabamento superficial deficiente incluem; taxas mais altas de desgaste, eficiência reduzida e falha de peças em operações vitais. Não só reduz os ciclos de vida das peças, mas também causa perda de tempo e dinheiro devido a paragens e reparações. O conhecimento da escala de acabamento superficial é crucial para decidir os procedimentos de usinagem adequados e as escolhas de equipamentos para engenheiros e fabricantes. Se você superar essas preocupações, poderá melhorar a qualidade dos produtos e a satisfação dos clientes.
A superfície é outra área da usinagem que proporciona um grande impacto no funcionamento e na durabilidade dos produtos usinados. Refere-se à aparência, toque e suavidade do acabamento de uma superfície de trabalho após várias operações de usinagem. Os principais parâmetros que definem o acabamento superficial incluem:
Rugosidade: Este parâmetro define a densidade das pequenas irregularidades da superfície. Ele desempenha um papel fundamental na definição da interação entre duas superfícies, incluindo atrito, desgaste e fadiga. Os maiores valores de rugosidade podem estar associados a maiores rugosidades, o que pode ser indesejável para algumas aplicações que envolvem primeiro contato.
Ondulação: Este parâmetro definiu as variações cada vez maiores em intervalos maiores da superfície nominal. Pode ser devido a vibrações ou deflexões da ferramenta decorrentes do processo de usinagem. A ondulação é uma condição que pode afetar o acabamento superficial e a funcionalidade das peças, especialmente nas indústrias onde as tolerâncias são restritas.
Deitar: Lay descreve a orientação da textura da superfície principal, que pode ser produzida pela técnica de usinagem aplicada. O conhecimento da configuração é útil em aplicações onde a orientação da superfície é crítica para o fluxo de fluidos, lubrificantes ou montagem.
O acabamento superficial é quantificado usando várias unidades de medida, sendo as mais comuns:
Ra (Rugosidade Média Aritmética): Esta é a média dos desvios do perfil da superfície em relação à linha média de referência. É comumente usado para definir a rugosidade da superfície e também é bastante simples de determinar.
Rz (Altura Máxima Média do Perfil): Este parâmetro estima quantitativamente a quantidade total de relevo na área transversal definida com referência a um determinado valor de comprimento de amostragem. Eles fornecem uma melhor compreensão da textura da superfície em comparação com Ra.
Rt (Altura Total do Perfil): Esta é a altura total desde o topo da colina mais alta até ao fundo da ravina mais profunda durante o período de avaliação. Ele oferece informações sobre como a superfície pode flutuar e pode ser extremamente valioso em usos específicos.
A escala de acabamento superficial é usada para comparar a qualidade dos acabamentos superficiais com determinados graus, dependendo do padrão de fabricação necessário. Esta escala é importante porque auxilia os fabricantes na escolha dos processos de usinagem e materiais corretos para o acabamento superficial necessário. É somente com esse entendimento desta escala que os engenheiros estão em condições de verificar as diferentes peças e certificar-se de que elas são capazes de funcionar de acordo com as especificações exigidas, evitando assim falhas em usos críticos.
A escala de acabamento superficial normalmente possui várias classificações começando em rugoso e terminando em acabamento superficial polido. Por exemplo:
Acabamento áspero (Ra > 3,2 µm): Freqüentemente usado onde a aparência não é um problema, como em reforços.
Acabamento Médio (Ra entre 1,6 µm e 3,2 µm): Uso geral projetado para uso em aplicações gerais de engenharia quando tolerância estreita não é necessariamente necessária.
Acabamento Fino (Ra entre 0,4 µm e 1,6 µm): Empregado principalmente em válvulas ou peças hidráulicas que requerem dinâmica de fluidos.
Acabamento Super Fino (Ra < 0,4 µm): Necessário para aplicações de alto estresse normalmente encontradas na indústria aeroespacial ou para uso em dispositivos médicos onde a precisão e a interface são críticas.
Aqui está uma tabela com foco nos valores de rugosidade superficial (Ra) para diferentes processos de fabricação:
Processo de Fabricação | Rugosidade (Ra) |
Lapidação de Precisão | 0,0125 - 0,025 µm |
Superacabamento | 0,025 - 0,05 µm |
Polimento | 0,05 - 0,1 µm |
Moagem | 0,1 - 0,8 µm |
Afiar | 0,2 - 1,5 µm |
Alargamento | 0,4 - 3,2 µm |
Fresagem (Fina) | 0,8 - 3,2 µm |
Torneamento (fino) | 1,6 - 6,3 µm |
Fresagem (Áspero) | 3,2 - 12,5 µm |
Torneamento (áspero) | 6,3 - 25 µm |
Perfuração | 3,2 - 12,5 µm |
Brochamento | 1,6 - 6,3 µm |
Serrar | 12,5 - 50 µm |
Fundição em Areia | 12,5 - 50 µm |
Fundição sob pressão | 1,6 - 12,5 µm |
Fundição de investimento | 3,2 - 12,5 µm |
Forjamento | 12,5 - 50 µm |
Estampagem de chapa metálica | 0,8 - 6,3 µm |
Usinagem por feixe de elétrons | 0,8 - 3,2 µm |
Usinagem Eletroquímica | 0,8 - 3,2 µm |
Corte a Laser | 3,2 - 12,5 µm |
Corte Plasma | 6,3 - 25 µm |
Corte por jato de água | 3,2 - 12,5 µm |
As práticas comerciais, portanto, têm um papel vital para determinar e manter os padrões dos acabamentos superficiais. Os principais padrões incluem:
ISO (Organização Internacional de Padronização): Oferece diferentes padrões para medição de acabamento superficial, como ISO 4287 e ISO 4288 para medição de parâmetros de textura superficial.
ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos): Fornece referências como ASME B46.1 que definem e descrevem como a rugosidade e a textura da superfície devem ser medidas. Essas normas são essenciais para fins de padronização dos procedimentos nas unidades fabris.
É imperativo que o acabamento superficial dos componentes seja determinado com precisão para atender aos padrões de qualidade de fabricação. Duas técnicas principais são usadas:
● Métodos de contato: Essas técnicas incluem técnicas de contato em que a caneta é colocada em contato com a superfície. Os talisômetros são usados com frequência e no tipo mais recente, o perfil é desenhado por uma ponta de diamante. Os movimentos verticais são medidos para proporcionar um perfil de rugosidade superficial da tira que está sendo formada.
● Métodos sem contato: Esses métodos usam sistemas ópticos ou laser para medir o acabamento superficial sem a necessidade de contato físico com a superfície. Pode parecer óbvio, mas para peças frágeis ou caras, métodos como a interferometria de luz branca podem ser usados para medir com precisão a forma da superfície.
Várias ferramentas são empregadas para medir o acabamento superficial, incluindo:
Perfilômetros: Estes são os instrumentos mais comumente usados para medição de acabamento superficial. Pode apresentar perfil de rugosidade com maior nível de detalhamento e pode ser do tipo contato e sem contato.
Testadores de rugosidade de superfície: Instrumentos portáteis permitem medições rápidas de parâmetros de rugosidade superficial (Ra, Rz) e são úteis no ambiente de fabricação para avaliações imediatas.
Scanners a Laser: Eles não têm contato e podem fornecer perfis de superfície de alta densidade e são úteis em aplicações onde é necessária maior precisão, como engenharia reversa e inspeção.
O papel do acabamento superficial na indústria aeroespacial, automobilística, médica e eletrônica
É crítico, impactando a funcionalidade, a segurança e o apelo estético:
Aeroespacial: Nas aplicações aeroespaciais, é necessário um componente para fornecer desempenho e segurança ideais. As superfícies aerodinâmicas apresentam baixo arrasto e melhor economia de combustível, além de atuarem como uma cobertura protetora dos componentes.
Automotivo: Os componentes do motor das peças automotivas precisam ter acabamentos superficiais ideais para ajudar a reduzir o desgaste e para uma operação eficiente. A precisão dos acabamentos superficiais é fundamental para minimizar o atrito e melhorar o desempenho geral do sistema.
Médico: Na engenharia médica, o acabamento superficial é fundamental na interface do biomaterial entre os implantes e dispositivos e o tecido vivo. Superfícies bem polidas minimizam as chances de crescimento bacteriano e aumentam as chances dos implantes se misturarem ao corpo.
Eletrônica: No caso de componentes eletrônicos, o acabamento superficial determina o fluxo de corrente e a dissipação de calor. Superfícies bem acabadas proporcionam contato consistente e também melhoram o desempenho de aparelhos eletrônicos.
● Fabricação de componentes aeroespaciais: Uma grande empresa aeroespacial comercial decidiu aprimorar os controles de acabamento superficial das pás da turbina, o que resultou em melhor desempenho do aerofólio e diminuição das despesas de manutenção. Através do uso de retificação de alta tecnologia, a empresa conseguiu garantir acabamentos superficiais que estavam além dos padrões atuais da indústria.
● Peças de motores automotivos: Um estudo de caso foi realizado em uma importante empresa fornecedora automotiva; a empresa conseguiu melhorar a usinagem dos anéis de pistão, o que resultou em acabamentos superficiais muito melhores. A redução do atrito melhorou assim a economia de combustível e a durabilidade do motor, o que evidenciou o papel do acabamento superficial nos mercados automobilísticos competitivos.
● Produção de dispositivos médicos: Um fabricante de implantes ortopédicos queria melhorar o acabamento superficial de um dispositivo médico. Para alcançar a biocompatibilidade, a empresa aplicou métodos de polimento especializados, melhorando assim as taxas gerais de sucesso das cirurgias de implantes.
Alguns métodos eficazes incluem:
Polimento: O polimento é uma atividade erosiva que utiliza abrasivos para preparar uma superfície para um acabamento liso. Este procedimento pode ser feito manualmente ou em máquinas que contenham pastilhas de polimento. O processo é mais adequado para o tratamento de metais e plásticos; remove pequenos defeitos superficiais e aumenta a refletividade do material.
Revestimento: O uso de tinta, verniz ou imersão em qualquer um dos produtos químicos da superfície pode melhorar a aparência de um objeto além de melhorar seu desempenho. Os revestimentos oferecem uma camada que pode ajudar a minimizar ou eliminar o contato entre a superfície e outras superfícies, melhorando assim o acabamento superficial e a vida útil do componente.
Pós-processamento: As propriedades de uma superfície podem ser melhoradas por galvanoplastia, anodização ou tratamento químico após a fabricação. Esses procedimentos podem melhorar a proteção contra corrosão e a resistência geral, bem como proporcionar um melhor acabamento. Na galvanoplastia a superfície é revestida com uma camada de metal que pode cobrir pequenos defeitos e melhorar a aparência geral do produto final.
Para obter os melhores acabamentos superficiais, é necessário escolher os parâmetros de usinagem corretos. As principais práticas incluem:
Velocidade de corte: Também foi notado que aumentar a velocidade de corte nos permite obter um melhor acabamento, pois em altas velocidades a ferramenta gasta um tempo mínimo indentando o material. No entanto, estes devem ser avaliados em relação às taxas de desgaste da ferramenta e às propriedades do material da peça.
Taxa de alimentação: Geralmente se observa que quando o avanço é lento, o acabamento obtido também é melhor. A taxa na qual o material é alimentado à ferramenta de corte pode ser variada pelos fabricantes para determinar a extensão do material a ser removido em um determinado processo e, portanto, o acabamento superficial.
Profundidade de corte: Incisões leves são normalmente mais benéficas quando se trata de obter melhores acabamentos superficiais. A redução da profundidade de corte alivia a carga da ferramenta e a peça melhora o acabamento superficial e reduz a deflexão da ferramenta.
Condição e seleção da ferramenta: Observou-se que o tipo de ferramenta de corte e seu estado impactam diretamente no acabamento superficial. Ferramentas organizadas e com arestas vivas reduzem a formação de rebarbas e superfícies ásperas. O desempenho da ferramenta também pode ser melhorado selecionando ferramentas com revestimento adequado para a aplicação em questão e o acabamento superficial desejado.
A escala de acabamento superficial é um conceito importante nos processos de fabricação atuais porque influencia a qualidade e a função dos produtos acabados. O acabamento superficial necessário pode minimizar o desgaste, aumentar a funcionalidade e aumentar a beleza. É, portanto, possível obter melhor qualidade das peças através do uso adequado de processos de usinagem e procedimentos de fabricação.
Um papel importante na eficácia de um produto é atribuído à qualidade do acabamento superficial. Seja diminuindo a resistência nos rolamentos ou garantindo a não toxicidade nos implantes, o acabamento superficial impacta tanto o desempenho quanto a durabilidade. No projeto e na produção, dar prioridade ao acabamento superficial resulta em alta satisfação do cliente e maior competitividade no mercado.
Q1. O que é acabamento superficial e por que precisamos dele?
O acabamento superficial é a medida da rugosidade ou suavidade de uma superfície produzida em um material após a usinagem. É significativo porque determina a usabilidade, durabilidade e até mesmo a aparência de um componente. Um melhor acabamento superficial significa menos atrito e melhor lubrificação e o desempenho final dessa peça torna-se melhor.
Q2. Quais são os parâmetros usuais de acabamento superficial?
Outros parâmetros importantes do acabamento superficial são rugosidade, ondulação e assentamento. A rugosidade caracteriza as características dimensionalmente pequenas da superfície nominal, enquanto a ondulação define irregularidades maiores na superfície e a configuração define a direção do padrão de superfície principal.
Q3. De quantas maneiras o acabamento superficial é medido?
O parâmetro comum de acabamento superficial é medido usando instrumentos como perfilômetros, que vêm com contato e também sem contato. Outras referências de medição incluem Ra (rugosidade média), Rz (altura média máxima de pico a vale) e Rt (altura total do pico da superfície).
Q4. Como melhorar o acabamento superficial e quais estratégias devem ser empregadas?
Os métodos usados para melhorar o acabamento superficial incluem polimento, revestimento e pós-processamento. O polimento refina a superfície, o revestimento aplica camadas adicionais de proteção e o pós-processamento, como a anodização, aumenta a robustez e a aparência do produto.
Q5. Como os diversos processos de usinagem influenciam o acabamento superficial dos componentes.
É crescente que diferentes métodos de usinagem, incluindo torneamento, fresamento e retificação, resultam em diferentes níveis de acabamento superficial. Por exemplo, a retificação é geralmente usada para produzir melhores acabamentos superficiais do que operações de torneamento devido à consideração da ação de corte e da maneira como a ferramenta engata na peça de trabalho.
Q6. Até que ponto o acabamento superficial depende das propriedades do material?
Isto é determinado pela dureza e fragilidade do material que está sendo usinado; não se pode esperar que um material duro e quebradiço produza um acabamento fino na peça de trabalho. Materiais com maior resistência à tração podem necessitar de diferentes ferramentas e condições de corte, pois em alta velocidade podem desgastar a ferramenta e não garantir a qualidade do acabamento requerido.
P7. Quais documentos padrão regulam os requisitos para acabamento superficial?
As seguintes normas especificam e classificam acabamentos superficiais: norma ISO 1301 e norma ASME B46.1. Esses padrões fornecem requisitos para parâmetros de acabamento superficial, bem como métodos de medição para ajudar na uniformidade nas indústrias.
Tel : +86-592-6682467
WhatsApp : +86-18359729483
E-mail : info@cncyangsen.com
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