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PRINCÍPIOS DE METROLOGIA INDUSTRIAL Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Jaime Duduch PROGRAMA DA DISCIPLINA • Ajustes e Tolerâncias (NBR 6158, ISO286) • Montagem Seletiva • Cadeias de tolerâncias • Controle Estatístico de Processo (NB-1326) • Desvios Geométricos: Forma, posição, orientação e batida (NBR 6409) • Princípio de Máximo e Princípio de Mínimo Material (NBR14646) • Rugosidade: Parâmetros de rugosidade (NBR ISO 4287) • Instrumentos de Metrologia convencional* *Aulas práticas no Laboratório Agostinho, O.L.; Rodrigues, A.C.S.; Lirani, J. Princípios de Engenharia de Fabricação Mecânica: Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de dimensões. Editora Edgard Blücher, 1977. Novaski, O. Introdução à Engenharia de Fabricação Mecânica. Editora Edgard Blücher, 1994. Armando Albertazzi G. Jr. e André R. de Sousa. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. Manole, 2008. Mark Curtis e Francis Farago. Handbook of Dimensional Measurement. Industrial Press, 2014. Donald H. Nelson e George Schneider, Jr. Applied Manufacturing Process Planning. Prentice Hall, 2001. ABNT – Coletânea de Normas (NBR 6158, NBR 4287 etc.) NORMAS ISO: 286-1, 4287, etc. BIBLIOGRAFIA Tolerância Dimensional Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Vocabulário Internacional de termos de Metrologia legal - VIM www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002256.pdf 18 de maio de 2015 - Portaria Inmetro nº, 242 de 18 de maio de 2015. Intercambiabilidade Introdução ◼ É a possibilidade de, quando se monta um conjunto mecânico, tomar-se, ao acaso, de um lote de peças semelhantes, prontas e verificadas, uma peça qualquer que, montada ao conjunto, sem nenhum ajuste ou usinagem posterior, dará condições para que o sistema mecânico cumpra as funções para os quais foi projetado. ◼ Peças fabricadas em série podem, então, ser montadas, sem a necessidade de ajustes, em outra peça, qualquer que seja o lote, data ou local de fabricação. Exatidão ◼ Dimensão nominal ◼ Dimensão efetiva ◼ Correspondência entre as dimensões reais (efetivas) da peça e aquelas indicadas no desenho (nominais). Dimensão indicada no desenho (projeto). Elas são determinadas através do projeto mecânico, em função dos objetivos que deverão atingir. Dimensão real da peça pronta, afetada da precisão do instrumento de medida. Pode ser maior, menor ou igual à dimensão nominal. https://youtu.be/bpc76Jg9FRY https://youtu.be/Ajtgd3jf9TI?list=PLiLi0iBi4Dwxt -UAJaEiWTBEWvK69c6Na https://www.youtube.com/watch?v=WEuedVJJgIA https://www.youtube.com/watch?v=ZTsqt2zKz-8 Bielas e mancais: Bomba – folga nos mancais: Rolamento: Bomba Parte 1, 2, 3 e 4: https://tarkka.co/2019/02/20/fits-and-tolerances- how-to-design-stuff-that-fits-together/ https://youtu.be/wvVMs2BZdeU Sistema americano: Sistema ISO: ISO 286-2 VÍDEOS: https://tarkka.co/2019/02/20/fits-and-tolerances-how-to-design-stuff-that-fits-together/ https://tarkka.co/2019/02/20/fits-and-tolerances-how-to-design-stuff-that-fits-together/ Exemplo de cadeia dimensional: https://youtu.be/wvVMs2BZdeU Assista ao vídeo para entender as operações de torneamento Exemplo de processo de fabricação: Tolerância Dimensional O que é tolerância dimensional? É o intervalo dentro do qual a peça pode funcionar corretamente e a intercambiabilidade seja garantida. O que são afastamentos? São desvios aceitáveis com relação às dimensões nominais, para mais ou menos, que permitem a execução da peça sem prejuízo para seu funcionamento e intercambiabilidade. Tolerância Dimensional Qual é o afastamento superior e o inferior? 0,28 mm = afastamento superior 0,18 mm = afastamento inferior Dimensão máxima = 20mm + 0,28mm = 20,28mm Dimensão mínima = 20mm + 0,18mm = 20,18mm A peça deve estar dentro dos limites da dimensão máxima e da dimensão mínima. Qual é a dimensão máxima e mínima? + 0 ,2 8 + 0 ,1 8 Tolerância Dimensional Verificando o entendimento 20 +0,05 +0,03 Tolerância Dimensional Qual é o afastamento superior e o inferior? -0,20 mm = afastamento superior -0,41 mm = afastamento inferior Dimensão máxima = 16,00mm - 0,20mm = 15,80mm Dimensão mínima = 16,00mm - 0,41mm = 15,59mm A peça deve estar dentro dos limites da dimensão máxima e da dimensão mínima (15,80 mm e 15,59 mm). 16 - 0 ,4 1 - 0 ,2 0 Tolerância Dimensional Qual é o afastamento superior e o inferior? 0,5 mm = afastamento superior -0,5 mm = afastamento inferior Dimensão máxima = 12,00mm + 0,5mm = 12,5mm Dimensão mínima = 12,00mm - 0,5mm = 11,5mm A peça deve estar dentro dos limites da dimensão mínima e da dimensão máxima (11,5 mm e 12,5 mm). 12 ± 0 ,5 Tolerância Dimensional Verificando o entendimento 1) Qual a dimensão nominal do comprimento da peça? R. 40mm 2) Qual é o afastamento superior e inferior do comprimento? R. + 0,25mm e - 0,25mm 3) Qual é o afastamento superior e inferior do diâmetro da parte rebaixada? R. + 0,23mm e + 0,12mm 4) Qual é a dimensão efetiva do diâmetro referente ao diâmetro da questão 3? R. Entre 12,23 mm e 12,12 mm para ser uma peça aprovada no controle de qualidade 5) Qual é a dimensão máxima e mínima do comprimento da parte rebaixada? R. 20,2 mm e 19,9 mm 6) O diâmetro maior da peça tem 2 afastamentos negativos, logo a dimensão efetiva desta cota é ............. que a dimensão nominal.menor Ø 16 - 0 ,4 1 - 0 ,2 0 40 ±0,25 20 +0,12 +0,23 21X45° Tolerância Dimensional Tolerância (t) É a variação entre a dimensão máxima e a dimensão mínima + 0 ,2 8 Ø 2 0 + 0 ,1 5 Tolerância Dimensional Verificando o entendimento Qual a tolerância da cota indicada no desenho? R. 0,21mm 17,00 0,5 0,32 - 0 ,2 0 18 - 0 ,4 1 Uma peça foi verificada através de um micrômetro. A leitura é mostrada abaixo. A peça é conforme? R. NÃO Terminologia dos ajustes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo ◼ SUPERFÍCIE DE AJUSTE: Toda superfície de contato entre peças acopladas, sejam fixas ou móveis. ◼ AJUSTE CILÍNDRICO: Ajuste entre superfícies de ajuste cilíndricas. Ex. Anel interno do rolamento e seu eixo. ◼ AJUSTE PLANO: Ajuste entre pares de superfícies de ajuste planas. Ex. Chaveta no seu rasgo ◼ AJUSTE CÔNICO: Ajuste entre superfícies de ajuste cônicas circulares. Ex. Pinos cônicos ◼ Componente exterior: superfície que cobre a peça ajustada, genericamente chamada de FURO. ◼ Componente interior: superfície que é coberta pela peça acoplada, genericamente chamada de EIXO. ◼ COMPONENTES DO AJUSTE: Tolerância Dimensional Ajustes ✓Eixos e furos de formas variadas podem funcionar ajustados entre si. ✓Dependendo da função do eixo, existem várias classes de ajustes Tolerância Dimensional Ajustes 1) Se o eixo se encaixa no furo de modo a deslizar ou girar livremente, temos um 2) Se encaixa no furo com certo esforço, de modo a ficar fixo, temos 3) Em situações em que o eixo pode se encaixar no furo com folga ou com interferência, temos folga interferência incerto Eixos e furos que se encaixam têm a mesma dimensão nominal, o que varia é o campo de tolerância dessas peças. Tolerância Dimensional Ajuste com folga Quando o afastamento superior do eixo é menor ou igual ao afastamento inferior do furo, temos um ajuste com folga Dimensão nominal (eixo e furo): 25 mm. A dimensão máxima do eixo é: 25 mm - 0,20 mm = 24,80 mm; A dimensão mínima do furo é: 25 mm - 0,00 mm = 25,00 mm. A dimensão mínima do eixo é: 25 mm - 0,41 mm = 24,59 mm. A dimensão máxima do furo é: 25 mm + 0,21 mm = 25,21 mm. A folga mínima é 25,00 mm - 24,80 mm = 0,20 mm. A folga máxima é 25,21 mm – 24,59 mm = 0,62 mm. + 0 ,2 1 Ø 2 5 0 - 0 ,2 0 Ø 2 5 - 0 ,4 1 Tolerância Dimensional Ajuste com interferência O afastamento superior do furo é menor ou igual ao afastamento inferior do eixo. O afastamento superior do furo é : + 0,21 mm O afastamento inferior do eixoé: + 0,28 mm. O afastamento inferior do furo é : 0 O afastamento superior do eixo é: +0,41 A interferência mínima corresponde a: 25,21 - 25,28 = -0,07 mm. A interferência máxima corresponde a: 25,00 - 25,41 = -0,41 mm. + 0 ,2 1 Ø 2 5 0 + 0 ,4 1 Ø 2 5 + 0 ,2 8 Tolerância Dimensional Ajuste incerto É o ajuste intermediário. O afastamento superior do eixo é maior que o afastamento inferior do furo, e o afastamento superior do furo é maior que o afastamento inferior do eixo. Não sabemos, de antemão, se as peças acopladas vão ser ajustadas com folga ou com interferência. Isso vai depender das dimensões efetivas do eixo e do furo. https://www.youtube.com/watch?v=wvVMs2BZ deU Assista ao vídeo novamente para fixar a ideia de tolerância e ajuste + 0 ,2 5 Ø 3 0 0 + 0 ,1 8 Ø 3 0 + 0 ,0 2 Tolerância Dimensional Tolerância do ajuste: É a variação possível da folga ou da interferência entre peças que se acoplam. Ajuste com folga: Ajuste com interferência: Ajuste incerto: 𝑡𝑎𝑗 = 𝐹𝑚á𝑥 − 𝐹𝑚í𝑛 𝑡𝑎𝑗 = 𝐼𝑚á𝑥 − 𝐼𝑚í𝑛 𝑡𝑎𝑗 = 𝐹𝑚á𝑥 + 𝐼𝑚á𝑥 𝑡𝑎𝑗 = 𝑡𝐹 + 𝑡𝑒 Essa especificação no desenho: Permite isso: EXIGÊNCIA DE ENVOLTURA (ISO 8015) Esse desenho Pode significar isso: +0,2 22 +0,1 Envelope de forma perfeita na condição de máximo material Cada seção transversal deve estar dentro dos limites de tamanho Conicidade não crítica O ângulo pode ser dado como referência Conicidade crítica Cone padrão americano Tolerância Dimensional Sistema de tolerância e ajustes ABNT/ISO As tolerâncias não são escolhidas ao acaso. Em 1926, entidades internacionais organizaram um sistema normalizado que acabou sendo adotado no Brasil pela ABNT: o sistema de tolerâncias e ajustes ABNT/ISO (NBR 6158). O sistema ISO consiste num conjunto de princípios, regras e tabelas que possibilita a escolha racional de tolerâncias e ajustes de modo a tornar mais econômica a produção de peças mecânicas intercambiáveis. Este sistema foi estudado, inicialmente, para a produção de peças mecânicas com até 500 mm de diâmetro; depois, foi ampliado para peças com até 3150 mm de diâmetro. Ele estabelece uma série de tolerâncias fundamentais que determinam a precisão da peça, ou seja, a qualidade de trabalho, uma exigência que varia de peça para peça, de uma máquina para outra. Tolerância Dimensional Sistema de tolerância e ajustes ABNT/ISO ✓A norma brasileira prevê 18 qualidades de trabalho. ✓As qualidades são identificadas pelas letras: IT seguidas de numerais. ✓A cada uma delas corresponde um valor de tolerância. Peças que funcionam acopladas a outras. Se forem eixos -> entre IT 4 e IT 11 Se forem eixos -> entre IT 5 e IT 11. É o caso dos calibradores, que são instrumentos de alta precisão. peças isoladas, que não requerem grande precisão Tolerância Dimensional Sistema de tolerância e ajustes ABNT/ISO Nos desenhos técnicos, a qualidade de trabalho vem indicada apenas pelo numeral, sem o IT. Antes do numeral vem uma ou duas letras, que representam o campo de tolerância no sistema ISO. Veja um exemplo. A dimensão nominal da cota é 20 mm. A tolerância é indicada por H7. Tolerância Dimensional Campos de tolerância ISO Os campos de tolerâncias das duas peças são diferentes! Os campos de tolerância para eixo são representados por letras minúsculas, e os furos por letra MAIÚSCULA conforme a ilustração. 0 Ø 2 8 - 0 ,0 2 1 + 0 ,0 2 1 Ø 2 8 0 Tolerância Dimensional Campos de tolerância ISO O sistema ISO estabelece 28 campos de tolerâncias, identificados por letras do alfabeto latino. Cada letra está associada a um determinado campo de tolerância. Eixos Furos Tolerância Dimensional Campos de tolerância ISO Sistema furo-base Sistema eixo-base Entre os dois sistemas, o furo-base é o que tem maior aceitação. 2 8 2 8 2 8 2 82 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 Tolerância Dimensional Interpretação de tolerâncias no sistema ABNT/ISO A letra H representa tolerância de furo padrão; o número 7 indica a qualidade de trabalho, que no caso corresponde a uma mecânica de precisão. Lembre-se de que, nesta tabela, as medidas estão expressas em mícrons. 4 04 0 Tolerância Dimensional Interpretação de tolerâncias no sistema ABNT/ISO Superior = – 9µm = - 0,009mm. Inferior = - 25µm = - 0,025mm. Tolerância Dimensional Interpretação de tolerâncias no sistema ABNT/ISO A tolerância do furo é J7 e a tolerância do eixo é h6. O h indica que se trata de um ajuste no sistema eixo-base. O afastamento superior do eixo é 0µm e o inferior é - 19µm. Para o furo de tolerância J7, o afastamento superior é + 18µm e o afastamento inferior é -12µm. 7 0 7 0 Tolerância Dimensional Exercícios 1) Tomando como base o desenho anterior, do eixo e do furo, consulte a tabela e calcule: a) dimensão máxima do eixo;b) dimensão mínima do eixo; c) dimensão máxima do furo; d) dimensão mínima do furo. 2) Tomando como base o desenho anterior, do eixo e do furo, consulte a tabela e calcule: +0,18 3)Faça um traço embaixo das medidas que se encontram no campo de tolerância da cota 16 -0,05 a) 16 mm b) 15,5 mm c) 16,05 mm d) 15,82 mm e) 15,95 mm -0,13 4) Calcule a tolerância da cota 20 -0,20 5) Analise o desenho técnico cotado, observe os afastamentos e assinale com um X o tipo de ajuste correspondente. a) dimensão nominal: ............; b) afastamento superior do eixo:..............; c) afastamento inferior do eixo :.............; d) afastamento superior do furo:................; e) afastamento inferior do furo:................... a) ( ) ajuste com interferência; b) ( ) ajuste com folga; c) ( ) ajuste incerto. + 0 ,0 2 1 Ø 2 8 0 + 0 ,0 3 5 Ø 2 8 + 0 ,0 2 2 EXEMPLOS: DIN6885 A BUCHA ESTRIADA DIN 5463 EIXO ESTRIADO DIN 5463 TOLERÂNCIAS GERAIS: TOLERÂNCIAS PARA DIMENSÕES LINEARES E ANGULARES SEM INDICAÇÃO DE TOLERÂNCIA INDIVIDUAL NBR ISO 2768-1:2001 Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Exemplo: Ø 12 NBR ISO 2768-1 Exemplos de aplicação Virabrequim Cabeça da biela e bronzina: H7/r6 – Ajuste com interferência para evitar que a bucha se movimente em relação ao furo da biela Assento do virabrequim nos mancais: F7/h6 – Ajuste deslizante, devido à folga necessária entre a bucha e o colo do virabrequim. Sistema furo-base para facilitar a fabricação e diminuir o custo de ferramental. Assento da bucha nos mancais: H7/j6 – ajuste indeterminado tendendo a folga devido à grande precisão de posicionamento. H Cabeça da biela e coxim: H7/j6 – Ajuste indeterminado tendendo à folga devido à grande precisão de localização Pistão e haste H6/k5 – ajuste indeterminado tendendo a folga de grande precisão para evitar excentricidade. Slide 1 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39 Slide 40 Slide 41 Slide 42 Slide 43 Slide 44 Slide 45 Slide 46 Slide 47 Slide 48 Slide 49 Slide 50 Slide 51 Slide 52 Slide 53 Slide 54 Slide 55 Slide 56: Exemplo: Slide 57 Slide 58 Slide 59