A rugosidade da superfície é um parâmetro especial do material. Este nome é muitas vezes abreviado para apenas rugosidade e é um componente da textura da superfície. É determinado quantitativamente pelos desvios da direção do vetor de superfície real de sua forma ideal. Se esses desvios forem grandes, a superfície é áspera; se forem pequenos, a superfície é lisa. Na metrologia de superfície, a rugosidade é geralmente considerada como sendo o componente de alta frequência e comprimento de onda curto da superfície que está sendo medida. No entanto, na prática, muitas vezes é necessário conhecer a amplitude e a frequência para garantir que uma superfície seja adequada para uma finalidade específica. A rugosidade da superfície é um parâmetro de projeto muito importante.
Papel e Significado
Rugosidade desempenha um papel importante na determinação de como um objeto real irá interagir com seu ambiente. Em tribologiaSuperfícies ásperas geralmente se desgastam mais rápido e têm coeficientes de atrito mais altos do que superfícies lisas. A rugosidade é frequentemente um bom preditor do desempenho de um componente mecânico, pois as irregularidades da superfície podem formar locais de nucleação para rachaduras ou corrosão. Por outro lado, a rugosidade pode promover a adesão. De um modo geral, em vez de descritores de escala, descritores de escala cruzada, como fractalidade de superfície, fornecem previsões mais significativas de interações mecânicas em superfícies, incluindo rigidez de contato e atrito estático. A rugosidade da superfície é um parâmetro bastante complexo, cujos detalhes podem ser encontrados abaixo.
Valores altos e baixos
Embora um alto valor de rugosidade seja muitas vezes indesejável, pode ser difícil e caro controlá-lo durante a fabricação. Por exemplo, é difícil e caro controlar a rugosidade da superfície das peças FDM. Reduzir essas taxas geralmente aumenta o custo de fabricação. Isso geralmente resulta em um trade-off entre o custo de produção de um componente e sua eficiência na aplicação.
Métodos de medição
O índice pode ser medido por comparação manual com um "comparador de rugosidade" (uma amostra de rugosidade de superfície conhecida), mas mais geralmente a medição de um perfil de superfície é feita com perfilômetros. Eles podem ser do tipo de contato (geralmente uma caneta de diamante) ou óptico (por exemplo,interferômetro de luz branca ou microscópio confocal de varredura a laser).
No entanto, a rugosidade controlada muitas vezes pode ser desejável. Por exemplo, uma superfície brilhante pode ser muito brilhante para os olhos e muito escorregadia para o dedo (um bom exemplo é o touchpad), então é necessário um desempenho controlado. A rugosidade da superfície é onde a amplitude e a frequência são muito importantes.
Seu valor pode ser calculado a partir do perfil (linha) ou da superfície (área). O parâmetro de rugosidade do perfil (Ra, Rq, …) é mais comum. Os parâmetros de rugosidade da área (Sa, Sq, …) fornecem definições mais significativas.
Parâmetros
Cada um dos parâmetros de rugosidade é calculado pela fórmula de descrição da superfície. As referências padrão que descrevem cada um deles em detalhes são as superfícies e suas medidas. A rugosidade da superfície é uma característica.
Os parâmetros de rugosidade do perfil estão incluídos no padrão britânico (e mundial) BS EN ISO 4287: 2000, que é idêntico ao ISO 4287: 1997. O padrão é baseado no sistema ″M″ (Midline).
Existem muitos parâmetros de rugosidade diferentes, mas os acima são os mais comuns, embora a padronização geralmente ocorra por razões históricas e não por mérito. A rugosidade da superfície é um conjunto de irregularidades.
Alguns parâmetros são usados apenas em determinadas indústrias ou em determinados países. Por exemplo, os parâmetros MOTIF são usados principalmente na indústria automotiva francesa. Método MOTIFfornece uma avaliação gráfica do perfil da superfície sem filtrar a ondulação da rugosidade. O MOTIF consiste na porção do perfil entre dois picos, e as combinações finais eliminam os picos "menores" e retêm os "significativos". A rugosidade da superfície em um desenho é a presença de saliências impressas e cuidadosamente medidas nele.
Como esses parâmetros reduzem todas as informações do perfil a um único número, deve-se ter cuidado ao aplicá-los e interpretá-los. Pequenas mudanças na forma como os dados brutos do perfil são filtrados, como a linha média é calculada e a física da medição podem afetar muito o parâmetro calculado. Em equipamentos digitais modernos, as varreduras podem ser avaliadas para garantir que não haja falhas óbvias que distorçam os valores.
Recursos de parâmetros e medidas
Como pode não ser óbvio para muitos usuários o que cada medição realmente significa, a ferramenta de modelagem permite que o usuário ajuste os principais parâmetros, renderizando superfícies que são distintamente diferentes do olho humano, com medições diferentes. Por exemplo, alguns parâmetros não podem distinguir entre duas superfícies, onde uma consiste em picos e a outra consiste em vales com a mesma amplitude.
Por convenção, cada parâmetro de rugosidade 2D é um R maiúsculo seguido por caracteres adicionais em um subscrito. O subscrito especifica a fórmula que foi usada eR significa que a fórmula foi aplicada a um perfil de rugosidade 2D.
Capitalização diferente significa que a fórmula foi aplicada a um perfil diferente. Por exemplo, Ra é a média aritmética do perfil de rugosidade, Pa é a média aritmética do perfil bruto não filtrado e Sa é a média aritmética da rugosidade 3D.
Configurações de amplitude
Os parâmetros de amplitude caracterizam a superfície com base nos desvios verticais do perfil de rugosidade a partir da linha média. Por exemplo, a média aritmética do perfil de rugosidade filtrada, determinada a partir dos desvios da linha central dentro do comprimento de avaliação, pode ser relacionada ao intervalo de pontos coletados para aquela rugosidade. Este valor é frequentemente usado como referência à rugosidade da superfície.
A rugosidade média aritmética é o parâmetro unidimensional mais utilizado.
Pesquisa e observação
O matemático Benoit Mandelbrot apontou a relação entre a rugosidade da superfície e a dimensão fractal. A descrição representada por um fractal no nível de microrugosidade pode possibilitar o controle das propriedades do material e do tipo de formação do cavaco. Mas os fractais não podem fornecer uma representação em escala completa de uma superfície usinada típica afetada por marcas de avanço da ferramenta, eles ignoram a geometria da aresta de corte.
Um pouco mais sobre medição
Os parâmetros de rugosidade da superfície são definidos na série ISO 25178.valores: Sa, Sq, Sz… Muitos instrumentos ópticos de medição são capazes de medir a rugosidade da superfície por área. As medições de área também são possíveis com sistemas de contato. Múltiplas varreduras 2D espaçadas são feitas da área de destino. Eles são então costurados digitalmente usando o software apropriado, resultando em uma imagem 3D e parâmetros de rugosidade correspondentes.
Superfície do solo
Rugosidade da superfície do solo (SSR) refere-se às mudanças verticais presentes na micro e macrotopografia da superfície do solo, bem como sua distribuição estocástica. Existem quatro classes SSR diferentes, cada uma representando uma escala de comprimento vertical característica:
- primeira classe inclui mudanças no microrrelevo de grãos de solo individuais para agregados da ordem de 0,053–2,0 mm;
- segunda classe consiste em variações de torrões de solo de 2 a 100 mm;
- a terceira classe de rugosidade da superfície do solo é a mudança sistemática de elevação devido ao preparo do solo, chamada de rugosidade orientada (OS), variando de 100 a 300 mm;
- quarta classe inclui curvatura planar ou recursos topográficos de macroescala.
As duas primeiras classes explicam a chamada microrugosidade, que demonstrou influenciar muito o evento e a escala sazonal dependendo da precipitação e do preparo do solo, respectivamente. A microrugosidade é mais frequentemente determinadaquantificado pela rugosidade aleatória, que é essencialmente o desvio padrão dos dados de elevação da superfície da camada em torno da altura média após a correção do declive, usando um plano de melhor ajuste e removendo os efeitos de lavoura em leituras de altura individuais. A exposição à precipitação pode levar à deterioração ou aumento da microrugosidade, dependendo das condições iniciais e das propriedades do solo.
Em superfícies irregulares do solo, a ação de separação do spray de chuva tende a suavizar as bordas da rugosidade da superfície do solo, resultando em uma redução geral do RR. No entanto, um estudo recente que examinou a resposta de superfícies lisas do solo à chuva mostrou que a RR pode aumentar significativamente em pequenas escalas iniciais de microrugosidade da ordem de 0-5 mm. Também foi demonstrado que o aumento ou diminuição é consistente em diferentes pontuações de SSR.
Mecânica
A estrutura da superfície desempenha um papel fundamental no controle da mecânica de contato, ou seja, o comportamento mecânico que ocorre na interface entre dois objetos sólidos à medida que eles se aproximam e passam de sem contato para contato total. Em particular, a rigidez de contato normal é determinada predominantemente por estruturas de rugosidade (inclinação da superfície e fractalidade) e propriedades do material.
De uma perspectiva de superfície de engenharia, a rugosidade é considerada prejudicial ao desempenho da peça. Como consequência, a maioria das impressões de produção estabelece um limite superiorrugosidade, mas não inferior. A exceção são os furos do cilindro onde o óleo é retido no perfil da superfície e é necessária rugosidade mínima da superfície (Rz).
Estrutura e fractalidade
A estrutura de uma superfície geralmente está intimamente relacionada às suas propriedades de atrito e resistência ao desgaste. Uma superfície com uma dimensão fractal mais alta, um valor grande ou um valor positivo geralmente terá um atrito ligeiramente maior e se desgastará rapidamente. Os picos no perfil de rugosidade nem sempre são pontos de contato. A forma e a ondulação (ou seja, amplitude e frequência) também devem ser consideradas, especialmente ao processar a rugosidade da superfície.
