Tolerâncias e Qualidades de Fabrico – Parte 1

5
2 anos atrás

Introdução

Os processos de fabrico, sobretudo os de arranque de apara, estão sujeitos a imprecisões o que impossibilita o fabrico de qualquer peça de forma rigorosa de acordo com as cotas nominais estabelecidas. Estas imprecisões, maiores ou menores consoante os processos de fabrico escolhidos, leva a que as dimensões finais de fabrico para serem validadas necessitem somente de ficar dentro de um intervalo, definido por uma dimensão máxima e mínima ou por desvios máximo e mínimo em relação à dimensão nominal. Qualquer dimensão de uma peça não precisa de corresponder a um único valor mas sim estar dentro de um intervalo de valores que não compromete a funcionalidade da peça. Estes intervalos são criteriosamente definidos pelo Desenhador/Projetista para que peças semelhantes possam ser substituídas entre si, sem que haja necessidade de ajustes. A prática demonstra que as medidas das peças podem variar, dentro de certos limites, para mais ou para menos, sem que isto prejudique a qualidade ou a sua funcionalidade. Esses desvios aceitáveis nas medidas das peças caracterizam o que chamamos de tolerância dimensional. As tolerâncias vêm indicadas, nos desenhos de fabrico, por valores e símbolos apropriados. As peças, em geral, não funcionam isoladamente, trabalham associadas a outras peças, formando conjuntos mecânicos que desempenham funções específicas. Num conjunto, as peças ajustam-se, isto é, encaixam-se umas nas outras de diferentes maneiras, por isso, devemos compreender e reconhecer os tipos de ajustamentos possíveis entre peças de conjuntos mecânicos.

Para que o processo de fabrico seja eficaz é fundamental que sejamos capazes de identificar normas e simbologia que determinam os desvios permitidos. Não é possível garantir o fabrico correto de uma peça se desconhecemos parte da simbologia ou outro tipo de informação técnica presente num desenho. Caímos e muitas vezes no erro comum que é Símbolo desconhecido ser igual a símbolo ignorado. A nossa baixa produtividade deve-se também ao não domínio total de toda informação relativa ao fabrico de uma peça, temos que saber interpretar toda informação lá descrita e aos desenhadores exige-se que sejam capazes de colocar toda a informação indispensável ao fabrico. Não cair no erro comum que é empurrar para a cabeça do operador da máquina a responsabilidade de completar a informação em falta. Isso até pode funcionar com o operador que temos hoje, mas amanhã com outro operador já não será possível.

As tolerâncias permitidas para qualquer cota podem ser expressas de forma individual ou geral, mas obrigatoriamente todas as dimensões terão uma tolerância associada para o seu fabrico.

No caso das dimensões controladas pelo toleranciamento geral ou funcional é indispensável a consulta de tabelas específicas para o conhecimento dos desvios máximos e mínimos permitidos. Todas as cotas, sem excepção, têm que ter tolerância, individual ou geral.

 

Tolerância Dimensional

As cotas indicadas no desenho de fabrico são chamadas de dimensões nominais. É impossível executar as peças com os valores exactos indicados nessas dimensões porque vários factores interferem no processo de produção, tais como imperfeições dos instrumentos de medida e das máquinas, deformações do material e falhas do operador. Então, procura-se determinar desvios, dentro dos quais a peça possa funcionar correctamente.

 

Desvios

Os desvios são afastamentos aceitáveis em relação às dimensões nominais, para mais ou para menos, que permitem a execução da peça sem prejuízo para seu funcionamento e intermutabilidade. Os desvios podem ser indicados no desenho de fabrico como mostra a figura a seguir:

Neste exemplo acima, a dimensão nominal do diâmetro do pino é 20 mm. Os desvios são: + 0.28 mm (vinte e oito centésimas de milímetro) e + 0.18 mm (dezoito centésimas de milímetro). O sinal + (mais) indica que os desvios são positivos, isto é, que as variações da dimensão nominal são para valores maiores que a cota nominal.

O Desvio de maior valor (0.28 mm, no exemplo) é designado por Desvio superior; o de menor valor (0.18 mm) é designado por Desvio inferior. Tanto um como o outro indicam os limites máximos e mínimo da dimensão real da peça. Somando o Desvio superior à dimensão nominal obtemos a dimensão máxima, isto é, a maior medida aceitável da cota depois de executada a peça. Então, no exemplo dado, a dimensão máxima do diâmetro corresponde a: 20 mm + 0.28 mm = 20.28 mm. Somando o Desvio inferior à dimensão nominal obtemos a dimensão mínima, isto é, a menor medida que a cota pode ter depois de fabricada.

No mesmo exemplo, a dimensão mínima é igual a 20 mm + 0.18 mm, ou seja, 20.18 mm. Assim, os valores: 20.28 mm e 20.18 mm correspondem aos limites máximos e mínimo da dimensão do diâmetro da peça. Depois de executado, o diâmetro da peça pode ter qualquer valor dentro desses dois limites. A dimensão encontrada, depois de executada a peça, é a dimensão efectiva ou real; ela deve estar dentro dos limites da dimensão máxima e da dimensão mínima.

Quando os dois afastamentos são positivos, a dimensão efectiva da peça é sempre maior que a dimensão nominal. Entretanto, há casos em que a cota apresenta dois afastamentos negativos, ou seja, as duas variações em relação à dimensão nominal é para menos, como no próximo exemplo.

A cota Ø20 mm apresenta dois desvios com sinal – (menos), o que indica que os desvios são negativos: – 0.18 mm e – 0.28 mm. Quando isso acontece, o desvio superior corresponde ao de menor valor numérico absoluto. No exemplo, o valor 0.18 é menor que 0.28; logo, o desvio de – 0.18 corresponde ao desvio superior e – 0.28 corresponde ao desvio inferior. Para saber qual a dimensão máxima que a cota pode ter basta somar o desvio superior da dimensão nominal. No exemplo: 16.00 + (– 0.18) = 15.82. Não se esqueça que estamos a somar valores de sinais contrários. Para obter a dimensão mínima deve somar o desvio inferior à dimensão nominal. Então: 16.00 + (– 0.28) = 15.72. A dimensão efectiva deste diâmetro pode, portanto, variar dentro desses dois limites, ou seja, entre 15.82 mm e 15.72 mm. Neste caso, de dois afastamentos negativos, a dimensão efectiva da cota será sempre menor que a dimensão nominal.

Há casos em que os dois desvios têm sentidos diferentes, isto é, um é positivo e o outro é negativo.

Quando isso acontece, o afastamento positivo corresponde sempre ao desvio superior e o desvio negativo corresponde ao afastamento inferior. Numa mesma peça, as cotas podem vir acompanhadas de diferentes afastamentos, de acordo com as necessidades funcionais de cada parte. Analise o desenho de fabrico seguinte e depois, interprete as cotas indicadas.

Tolerância

Tolerância é a variação entre a dimensão máxima e a dimensão mínima. Para obtê-la, calculamos a diferença entre uma e outra dimensão. Verifique o cálculo da tolerância no exemplo seguinte:

Na cota a tolerância é 0.13 mm (treze centésimos de milímetro). No exemplo abaixo, os dois afastamentos são negativos. Assim, tanto a dimensão máxima como a dimensão mínima são menores que a dimensão nominal e devem ser encontradas por subtracção. Para a cota Ø16 mm, a tolerância é de 0.21 mm (vinte e um centésimos de milímetro).

 

 

A tolerância pode ser representada graficamente da forma seguinte:

 

Nesta representação, os valores dos desvios estão exagerados. O exagero tem por finalidade facilitar a visualização do campo de tolerância, que é o conjunto dos valores compreendidos entre o desvio superior e o desvio inferior; corresponde ao intervalo que vai desde dimensão mínima até à dimensão máxima.

Qualquer dimensão efetiva entre os desvios superior e inferior, inclusive a dimensão máxima e a dimensão mínima, estão dentro do campo de tolerância.

 

Campo de tolerância de uma dimensão

Durante o fabrico de uma peça devemos analisar cada uma das dimensões inscritas no desenho para verificar qual a tolerância associada a cada uma delas. É importante reter que todas as dimensões têm tolerância, todas sem excepção, descritas de forma individual ou geral. Um desenho deve conter toda a informação indispensável ao fabrico. Não podemos continuar apresentar desenhos incompletos à espera que o operador da máquina complemente as instruções de fabrico com a sua experiência. Não é definitivamente um método usado numa industria que se quer tecnicamente desenvolvida.

As cotas com tolerância individual ou funcional, nos casos de zonas de acoplamentos com outras peças, têm os desvios inscritos nas cotas ou poderemos aceder a eles consultando tabelas específicas. As cotas sem tolerância individual inscrita remetem-nos para a leitura da norma que controla o toleranciamento geral do nosso desenho. Todos os desenhos devem ter indicado a norma e a classe que controla o toleranciamento geral.

Para avaliarmos melhor este conhecimento vamos usar um desenho com um conjunto de cotas e fazer a leitura da tolerância associada a cada uma das cotas. A norma usada é a ISO 2768-mk cujos valores dos desvios estão descritos na tabela abaixo. O m é relativo à classe média do toleranciamento dimensional e o K é relativo à classe média do toleranciamento geométrico.

 

 

Ajustamentos

Para entender o que são ajustamentos precisamos de saber o que são veios e furos de peças. Quando falamos em ajustamentos, veio é o nome genérico dado a qualquer peça, ou parte de peça, que funciona alojada noutra. Em geral, a superfície externa de um veio trabalha acoplada, isto é, unida à superfície interna de um furo. Veja, a seguir, o exemplo de um veio e uma bucha. Observe que a bucha está em corte para mostrar que o seu interior é um furo.

 

Veios e furos de formas variadas podem funcionar ajustados entre si. Dependendo da função do veio, existem várias classes de ajustamentos. Se o veio se encaixa no furo de modo a deslizar ou girar livremente, temos um ajustamento com folga.

Exemplo de ajustamento com folga: Deslizamento das colunas nos casquilhos H7/g6

Quando o veio se encaixa no furo com certo esforço, de modo a ficar fixo, temos um ajustamento com aperto.

Exemplo de ajustamento com aperto: Aperto dos casquilhos na base superior H7/p6

Existem situações intermédias em que o veio se pode encaixar no furo com folga ou com interferência, dependendo das suas dimensões efectivas. É o que chamamos ajustamento incerto.

Exemplo de ajustamento incerto: Ajustamento entre um rolamento e um veio H7/m6

Em geral, veios e furos que se encaixam têm a mesma dimensão nominal. O que varia é o campo de tolerância dessas peças. O tipo de ajustamento entre um furo e um veio depende dos afastamentos determinados.

 

Ajustamento com folga

Quando o afastamento superior do veio é menor ou igual ao afastamento inferior do furo, temos um ajustamento com folga. Veja o exemplo:

Os diâmetros do furo e do veio têm a mesma dimensão nominal: 25 mm. O afastamento superior do veio é de – 0.20 mm; a dimensão máxima do veio é: 25 mm 0.20 mm = 24.80 mm; a dimensão mínima do furo é: 25.00 mm0,00 mm = 25.00 mm.

Portanto, a dimensão máxima do veio (24.80 mm) é menor que a dimensão mínima do furo (25.00 mm) o que caracteriza um ajustamento com folga. Para obter a folga, basta subtrair a dimensão do veio da dimensão do furo. Neste exemplo, a folga é 25.00 mm 24.80 mm = 0.20 mm.

 

Ajustamento com aperto

Neste tipo de ajustamento o afastamento superior do furo é menor ou igual ao afastamento inferior do veio.

Na cota do furo , o afastamento superior é + 0.21 mm; na cota do eixo: , o afastamento inferior é + 0.28 mm. Portanto, o primeiro é menor que o segundo, confirmando que se trata de um ajustamento com aperto. Para obter o valor da interferência, basta calcular a diferença entre a dimensão efectiva do veio e a dimensão efectiva do furo. Imagine que a peça pronta ficou com as seguintes medidas efectivas: diâmetro do veio igual a 25.28 mm e diâmetro do furo igual a 25.21 mm. A interferência corresponde a: 25.28 mm 25.21 mm = 0.07 mm. Como o diâmetro do veio é maior que o diâmetro do furo, estas duas peças serão acopladas sob pressão.

 

Ajustamento incerto

É o ajustamento intermédio entre o ajustamento com folga e o ajustamento com aperto. Neste caso, o afastamento superior do veio é maior que o afastamento inferior do furo, e o afastamento superior do furo é maior que o afastamento inferior do veio.

Compare: o afastamento superior do veio (+ 0.18 mm) é maior que o afastamento inferior do furo (0.00 mm) e o afastamento superior do furo (+ 0.25 mm) é maior que o afastamento inferior do veio (+ 0.02 mm). Logo, estamos a tratar de um ajustamento incerto. Este nome está ligado ao facto de que não sabermos, de antemão, se as peças acopladas vão ser ajustadas com folga ou com aperto. Isso vai depender das dimensões efectivas finais do veio e do furo.

5 comentários

  1. António Cruz

    Deixo o reparo que nos software 3D, SolidWorks, Inventor, é muito frequente as cotas nos desenhos aparecer com casas decimais, do tipo 2000,00 mm.
    como facilmente vemos se a cota nominal é 2000 mm, quando é aplicado o tolerânciamento geral, DIN 7168, e em função destas as tolerâncias colidem com a cota 2000,00 mm, já que vamos trabalhar com os desvios na terceira casa decimal, microns.
    Pode parecer pouco importante mas é um erro de Desenho Técnico!!!
    Em casos de cotas com tolerância para ajustamentos, por exemplo, cota nominal 50,00 H7/g6, aqui o erro de representação é claro.
    Também tenho notado que as cotas com tolerâncias são designadas, por exemplo, 50 H7 nos desenhos para fabrico.
    Se temos software que permite definir os desvios assim deve executado e não obrigar na fase de preparação a definir no programa de CNC ou não, máquinas ferramenta convencionais, que haja necessidade de consultar tabelas de tolerâncias e ajustamentos.
    Para o exemplo considerado, 50 H7, temos o desvio superior -0,009 mm e o desvio inferior -0,025 mm, se compararem, teríamos se indicassem 50,00 H7 uma “tolerância errada” de 4 microns, (estamos sempre a trabalhar em microns) e não 16 microns, que é o correto, aqui trabalhamos com centésimas e microns.

    • Américo Costa

      Eng. António Cruz concordo sobretudo com a seguinte questão “TUDO O QUE PRECISAMOS PARA O FABRICO DEVE SER ESPECIFICADO NO DESENHO”. Não concordo com aquele argumento, muito comum na industria, que não se coloca algo porque o operador da máquina já sabe.. DEVEMOS COLOCAR SEMPRE NO DESENHO DE FABRICO TUDO O QUE É IMPRESCINDÍVEL PARA A FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE OU MONTAGEM..

      • António Cruz

        Eng. Américo Costa efectivamente estamos plenamente de acordo.
        Fica uma curiosidade, conheço uma empresa com um procedimento interno em que as cotas finais de fabrico deve apontar para o valor médio da tolerância, isto é, na cota nominal aparece três desvios, o superior, o médio e o inferior.
        Embora este procedimento esteja fora das normas, a ideia base é que em ajustamentos deslizantes se consiga montagens de mais fácil execução.
        Sabemos que no caso de um furo a tendência do operador é deixar a cota para o desvio inferior, e no caso do veio o contrário, deixar a cota próxima do desvio superior.

  2. António Cruz

    Eng. Américo Costa estamos plenamente de acordo.
    Vou reportar uma curiosidade, conheço uma empresa em que tem um Procedimento Interno para maquinação de peças.
    Concretamente para situações de ajustamentos, por exemplo, ajustamento deslizante, aparece três desvios, o superior, o médio e o inferior. Claro que as normas e os software não prevê um desvio médio.
    Existe uma boa razão para tal, sabemos que o operador de uma máquina no caso de um furo tem tendência a deixar a cota de fabrico próxima do desvio inferior, e no caso de veios o contrário, deixar a cota de fabrico próxima do desvio superior.
    Logo para montagens com ajustamentos deslizantes pode surgir mais dificuldade na montagem. Se as cotas de fabrico ficarem próximas dos desvios médios tanto para o furo como para o veio, temos montagens mais suaves.

    • Américo Costa

      Concordo, em termos de fabrico, atingir uma dimensão real dentro de um determinado campo de tolerância não pode ser algo de tentativa e erro.. Abrir a porta de uma máquina de CNC, medir, corrigir, maquinar, voltar abrir, corrigi, não é um processo que se possa considerar maquinagem CNC, mas sim maquinagem convencional com uma máquina CNC. As máquinas e as ferramentas que hoje usamos são demasiado precisas para que não consigamos obter a cota pretendida à primeira tentativa.

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