Metrologia - Aula 12 - Estados da superfície - Rugosidade e acabamento

Quando temos a percepção de que algo é áspero ou liso, estamos lidando com sensações detectadas pelo nosso tato.

Na mecânica, essas sensações se referem ao estado de superfície, que é definido pela rugosidade e muito importante na manufatura de produtos industrializados. Quanto mais lisa uma superfície, menos rugosa ela é. E quanto mais áspera, mais rugosa.

Por isso, os desenhos técnicos de peças ou conjuntos mecânicos devem prever o acabamento, rugosidade ou estado de superfície, necessário para o funcionamento ou aplicação determinada.

É importante, através de simbologia específica e valores padronizados, indicar o estado de superfície no desenho técnico. Mas, para começar, vamos entender um pouco mais de rugosidade.

RUGOSIDADE

A palavra rugosidade remete à característica de algo que possui rugas, ou aspecto rugoso. Na mecânica, no entanto, a rugosidade é observada em escala micrométrica e pode ser definida como um conjunto de irregularidade, picos e vales, em uma determinada superfície.

Podemos sentir, por meio do tato, quando se trata de uma rugosidade maior, mas uma superfície lisa também tem sua rugosidade. Então, para medição dessa característica, é necessário um aparelho eletrônico nomeado rugosímetro.

As características de acabamento podem fornecer vários aspectos a uma superfície. Se apoiarmos um objeto em uma superfície lisa, por exemplo, esse objeto poderá facilmente deslizar.

Mas se colocarmos em uma superfície mais áspera, com maior rugosidade, o deslizamento se torna mais difícil. Este é um aspecto muito importante a ser considerado no desenvolvimento de produtos e peças que trabalham em conjunto.

Assista ao vídeo e veja alguns efeitos que envolvem a rugosidade:

No passado, quando ainda não havia os instrumentos eletrônicos, a verificação da rugosidade era feita através do Rugotest. 

Rugotest é um padrão confeccionado em metal com vários tipos de acabamentos feitos por processos de usinagem diferentes, como torneamento, fresamento ou retificação, cada um com graus de rugosidade diferentes. 

A verificação era realizada por meio do tato. Ou seja, inicialmente, era preciso observar quais tipos se aproximavam mais visualmente para, em seguida, passar o dedo na peça e comparar a sensação tátil entre esses tipos, sendo possível identificar nesta comparação o grau de rugosidade da peça.

Atualmente, existem rugosímetros portáteis que possibilitam uma ampla aplicação nas situações mais críticas, desde a verificação da rugosidade durante a usinagem na própria máquina, até em peças de grandes dimensões. No entanto, o padrão Rugotest ainda pode ser encontrado e utilizado.

PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 

É possível aplicar parâmetros diferentes para medir a rugosidade. Os mais comuns são:

O Ra: é o valor obtido a partir da média aritmética das ordenadas do perfil obtido na medição. Esse parâmetro é o mais utilizado no Brasil;

O Rz: é o valor obtido da soma do pico mais alto e o vale ou depressão mais profunda, no perfil obtido na medição. 

A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. Ela influi na: qualidade de deslizamento; resistência ao desgaste; transferência de calor; qualidade de superfícies ópticas; possibilidade de ajuste do acoplamento forçado; resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras; resistência à corrosão e à fadiga; vedação; aparência.

Para dar acabamento adequado à superfície da peça necessita-se, portanto, determinar o nível em que ela deve ser usinada, isto é, deve-se adotar um parâmetro que permita avaliar a rugosidade. O parâmetro de medição aplicável à maioria dos processos de fabricação baseia-se nas medidas de profundida de da rugosidade: Ra (roughness average).

SIMBOLOGIA DE INDICAÇÃO

É muito importante que os desenhos técnicos mecânicos tragam informações sobre o acabamento das superfícies. A simbologia mostra onde é aplicada determinada rugosidade, como ela deve ser obtida, qual processo deve ser utilizado e qual valor da rugosidade, entre outras informações que podem ser acrescentadas ou omitidas.

Além da variação dos símbolos, também existem as indicações que podem ser feitas para passar mais informações da superfície desejada.

Vamos ver alguns exemplos na figura ao lado.

A simbologia é de extrema importância para o acabamento das superfícies.

A qualidade da rugosidade que deve ser aplicada para que seja possível obter as características listadas abaixo:

• Superfícies que possuem maior rugosidade são mais aderentes, por exemplo, as lixas coladas nos degraus das escadas.
• Superfícies ásperas têm maior capacidade de reter líquidos, por exemplo, as paredes de concreto ao serem pintadas.
• Superfícies com menores rugosidades possuem maior resistência à corrosão, por exemplo, as cubas de pias.
• Superfícies mais lisas possuem maior capacidade de vedação, por exemplo, as superfícies de selos mecânicos.
• Superfícies lisas apresentam maior resistência ao desgaste, por exemplo, os trilhos de trens.

Agora, vamos conhecer alguns tipos de acabamento.

TIPOS DE ACABAMENTO

A simbologia permite indicar o tipo de acabamento ou sentido de entalhe na superfície. Para isso, existem alguns símbolos que abrangem as possibilidades de entalhes mais comuns.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2020

Metrologia - Aula 11 - Máquinas de medição por coordenadas

A medição de uma peça de forma manual requer habilidade do operador dos instrumentos e tempo. Vários instrumentos de medição podem ser usados em uma mesma peça, dependendo de sua complexidade. Veja o bloco de motor, que é uma peça complexa e fabricada em grandes quantidades.

Para medir o bloco de motor manualmente seriam necessários diversos instrumentos diferentes.

Para solucionar isso, foram criadas máquinas que conseguem medir com facilidade dimensões tipo: diâmetro do furo ou diâmetro do eixo; dimensão entre furos, dimensões externas ou internas da peça, entre outras, com muita facilidade. Portanto, a medição do bloco de motor pode ser realizada em uma máquina de medir coordenadas.

A Máquina de Medir por Coordenadas (MMC), também chamada de máquina tridimensional possui, características e aplicações específicas e são empregadas no controle e verificação dimensional de peças e conjuntos mecânicos.

As MMCs são máquinas em que os movimentos do apalpador são totalmente guiados manualmente pelo operador. As coordenadas obtidas, entretanto, são enviadas ao computador da máquina que processa todas as informações.

Normalmente, a máquina tem um dispositivo de contato, ou apalpador, que toca na peça e envia as coordenadas do ponto de contato para o computador da máquina, que calcula as coordenadas exatas daquele ponto.

O apalpador é montado em um cabeçote que pode se mover nas três direções, em planos perpendiculares entre si, formando os eixos X, Y e Z, para poder medir peças tridimensionais. Para reconhecer a sua localização, cada eixo tem um guia com sensor ótico que, através de uma escala de vidro com graduações, reconhece a posição de cada eixo.

A máquina tem uma base, que normalmente é uma mesa de granito, que serve de referência para todas as medições, pois é onde se colocam e apoiam as peças ou conjuntos mecânicos que serão medidos. 

Os eixos se deslocam através de um fino colchão de ar gerado por um sistema pneumático, nas sapatas ou mancais aerostáticos de cada eixo, eliminando assim o contato entre as partes da máquina que se movem, dando maior precisão às medições.

As MMCs manuais são máquinas em que os movimentos do apalpador são totalmente guiados manualmente pelo operador. As coordenadas obtidas, entretanto, são enviadas ao computador da máquina, que processa todas as informações.

Existe um tipo de máquina de medir coordenadas que utiliza os princípios de movimento de um braço, dando maior flexibilidade à medição. É o braço de medir coordenadas: os movimentos do braço de medição são controlados pelo operador, que toca os pontos da peça a ser medida com o apalpador do braço de medição. As coordenadas obtidas são enviadas ao computador da máquina, que processa todas as informações. 

A MMC automatizada é uma máquina operada por Comando Numérico Computadorizado (CNC), em que o operador apenas faz um programa para a movimentação do apalpador. Durante a operação, todos os movimentos ocorrem automaticamente, sem intervenção do operador. É uma máquina ótima para peças complexas produzidas em série. 

Existem outras classificações de máquinas MMC que levam em conta a estrutura da máquina e os componentes que se movimentam. Nessas imagens vemos que as setas representam o sentido do movimento dos componentes.

Existem vários métodos de se realizar medições precisas. Em diversas situações e necessidades existem ferramentas que se adaptam ao cotidiano conforme a demanda do que se quer medir. Pensando nisto, podemos citar dois tipos de máquinas de medir coordenadas, são elas: as Cantiléver e a Duplo Braço Horizontal, ambas também categorizadas de tridimensionais. Além destas, podemos citar também a ponte móvel, ponte fixa, coluna braço horizontal e pórtico.

Existe um tipo de máquina de medir coordenadas que utiliza os princípios de movimento de um braço, dando maior flexibilidade à medição. É conhecida como Braço de medir coordenadas.

Contudo as máquinas de medir automatizadas levam em conta a estrutura da máquina e os componentes que se movimentam para classificá-las, conhecendo essas classificações aponte as classificações das máquinas automatizadas: MMC de braço horizontal e MMC de coluna. São assim classificadas de máquinas MMC que levam em conta a estrutura da máquina e os componentes que se movimentam. 

Após ter estudado sobre os métodos de medições, conhecemos também o funcionamento das máquinas que nos auxiliam nas medições. Normalmente, elas possuem um dispositivo de contato, ou apalpador, que toca na peça e envia as coordenadas do ponto de contato para o computador da máquina, que calcula as coordenadas exatas daquele ponto. O apalpador é montado em um cabeçote que pode se mover nas três direções, em planos perpendiculares entre si, formando os eixos X, Y e Z, para poder medir peças tridimensionais. Para reconhecer a sua localização, cada eixo tem um guia com sensor ótico que, através de uma escala de vidro com graduações, reconhece a posição de cada eixo.

As máquinas possuem uma base, que normalmente é uma mesa de granito, que serve de referência para todas as medições, pois é onde se colocam e apoiam as peças ou conjuntos mecânicos que serão medidos.

Pelo que foi dito até agora, talvez você acredite que a MMC deva ser utilizada sempre, pois ela tem muitas vantagens. Mas não é bem assim. Afinal, uma máquina dessas tem um custo muito elevado. Veja alguns fatores que devem ser considerados na decisão quanto ao uso dessas máquinas:

• A MMC é viável somente em casos de grande quantidade de medições iguais. Ou em situações de medições complexas, difíceis de serem realizadas pelos instrumentos comuns. Para poucas medições é mais econômico usar pessoas com os instrumentos adequados, de acordo com a necessidade.
• A viabilidade de uma MMC deve ser estudada com cuidado, levando-se em conta custos de aquisição, manutenção e treinamento de pessoal, tempos de medição, espaço ocupado pela máquina, precisão necessária, medição em locais de difícil acesso, quantidade de peças a serem medidas e outros.

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Metrologia - Aula 10 - Tolerâncias geométricas

Geometrias Toleradas

Assim como para controlar dimensões é necessário especificar as tolerâncias dimensionais em desenhos técnicos, para controlar geometrias, também é necessário especificar tolerâncias. A norma ABNT NBR ISO 2768-2 estabelece as tolerâncias gerais para geometrias.

Porém, no caso de peças que vão trabalhar em conjunto, ou de necessidade de maior rigor em alguma característica específica, o controle da geometria pode ser feito por indicação através de simbologia adequada. Nesse caso, a norma aplicável é a NBR 6409. 

Vamos conhecer algumas dessas simbologias: 

PLANEZA 

Também conhecida como planicidade de uma superfície, tem como símbolo um paralelogramo. Indica a necessidade de uma superfície ser plana. Como é referente à própria forma, não há necessidade de elemento de referência associado.
Esta imagem define a planicidade de uma superfície, tem como símbolo um paralelogramo. Indica a necessidade de uma superfície ser plana. Como é referente à própria forma, não há necessidade de elemento de referência associado.

O controle visual dessa característica, normalmente, é feito com régua de luz, porém, quando se necessita maior precisão, ou um valor definido, a medição pode ser realizada através de relógio comparador, relógio apalpador, máquina de medir por coordenadas, ou ainda máquina de medir perfil.

As medições de planicidade devem ser realizadas apoiando a peça em três pontos ajustáveis, por exemplo em calços reguláveis (macaquinhos), e ajustar as alturas na mesma referência para todos, ou seja, colocar os três pontos em zero. Depois, deslocar o relógio ao longo de toda a superfície para a verificação da planicidade.

• A planeza é uma propriedade de um plano e caracteriza uma superfície.
• O desvio de planeza é a distância mínima entre dois planos paralelos que contém o conjunto dos pontos da superfície medida. 
• Esta tolerância é utilizada para controlar superfícies planas e, frequentemente, para qualificar uma superfície como uma referência primária.
• Quando a superfície considerada está associada com uma cota de tamanho, a tolerância de planeza deve ser menor do que a tolerância dimensional.

PARALELISMO

Essa característica tem como símbolo duas linhas retas inclinadas e paralelas. Indica a necessidade de uma linha ou superfície ser paralela em relação a outra linha ou superfície. Nesse caso, há necessidade de uma das superfícies ser o elemento de referência.

A medição pode ser feita através de instrumentos como paquímetro, micrômetro, relógios comparador ou apalpador, medindo pontos diferentes nas linhas ou superfícies que serão toleradas.
Na tolerância de de paralelismo de um eixo, as medidas do eixo deve estar compreendido dentro de uma zona cilíndrica de diâmetro conhecido.

PERPENDICULARIDADE

O símbolo é formado por duas linhas a 90° uma da outra, formando um T ao contrário. Indica a necessidade de uma característica estar a 90° de outra, ou seja, perpendicular.

Para essa característica, também pode ser usado o controle visual, através do esquadro de luz. Mas, quando se necessita maior precisão, ou um valor definido, a medição pode ser realizada através de relógio comparador, relógio apalpador, máquina de medir por coordenadas, ou ainda, máquina de medir perfil.

Casos de perpendicularidade:

• Tolerância de perpendicularidade entre duas retas: O campo de tolerância é limitado por dois planos paralelos, distantes no valor especificado “t”, e perpendiculares à reta de referência.
• Tolerância de perpendicularidade entre um plano e uma reta: O campo de tolerância é limitado por dois planos paralelos, distantes no valor especificado e perpendiculares à reta de referência.
• Tolerância de perpendicularidade entre dois planos: A tolerância de perpendicularidade entre uma superfície e um plano tomado como referência é determinada por dois planos paralelos, distanciados da tolerância especificada e respectivamente perpendiculares ao plano referencial.

CIRCULARIDADE

Uma circunferência é o símbolo que representa essa característica. É aplicável em peças que sejam circular, quando se deseja indicar o quanto uma linha deve ser circular. Por se tratar da própria forma de uma linha, também não há necessidade de um elemento de referência.

Portanto, a medição pode ser feita com apoio em dispositivos, utilizando blocos prismáticos, ou outro suporte que tenha precisão e permita que a peça gire, através do relógio comparador ou apalpador.

Também é possível ser realizada em máquinas de medir coordenadas ou específicas de medição de erro de forma.

Tolerância de Circularidade: corresponde à distância entre duas circunferências de mesmo centro, dentro do qual deve estar compreendido o contorno em uma dada seção da peça. O desvio de circularidade é a distância radial mínima entre duas circunferências concêntricas e complanares que contêm o conjunto dos pontos do perfil analisado.
Circularidade é a condição pela qual qualquer círculo deve estar dentro de uma faixa definida por dois círculos concêntricos, distantes no valor da tolerância especificada.
A tolerância corresponde ao desvio da forma geométrica circular, que pode ser aceito sem comprometer a funcionalidade da peça. As peças passíveis de serem toleradas em circularidade são Cônicas ou Cilíndricas.

CONCENTRICIDADE

Essa característica é representada por uma circunferência menor, dentro de uma maior, de maneira centralizada. Indica exatamente a necessidade de uma circunferência estar concêntrica com outra, por isso, é necessário que uma delas seja o elemento de referência.

O apoio para medição dessa característica pode ser feito da mesma forma que na circularidade, porém, nesse caso, temos que usar uma das circunferências como referência para medir a outra.

A medição pode usar relógio comparador ou apalpador. Também é possível ser realizada em máquinas de medir coordenadas ou específicas de medição de erro de forma.
Define-se concentricidade como a condição segundo a qual os eixos de duas ou mais figuras geométricas, tais como cilindros, cones etc., são coincidentes.
Há sempre uma variação do eixo de simetria de uma das figuras em relação a um outro eixo tomado como referência, caracterizando uma excentricidade. Pode-se definir como tolerância de concentricidade a
excentricidade te considerada em um plano perpendicular ao eixo tomado como referência.

CILINDRICIDADE

Para essa característica, o símbolo utilizado parece a mistura de dois outros símbolos já vistos, os do paralelismo e da circularidade. Pois bem, para obtenção do valor da cilindricidade, é necessário o giro da peça em simultâneo com o deslocamento do relógio, ou sistema apalpador utilizado, lembrando bem a forma de medir paralelismo e circularidade.

A medição pode usar relógio comparador ou apalpador. Também é possível ser realizada em máquinas de medir coordenadas ou específicas de medição de erro de forma.

Assim como na circularidade, a medição pode ser feita com apoio em dispositivos, utilizando blocos prismáticos, ou outro suporte que tenha precisão e permita que a peça gire.
Tolerância de Cilindricidade: corresponde à distância entre dois cilindros ideais de mesmo centro e raios diferentes. Os desvios de cilindricidade podem ser considerados como uma combinação de elementos simples, cada um dos quais tendo um significado que pode ser correlacionado com defeitos ou erros do processo de maquinar.

INCLINAÇÃO

O símbolo que representa essa característica é formado por duas retas interligadas por um ponto, formando exatamente um ângulo entre elas. Indica a necessidade de uma linha ou superfície estar inclinada em relação a uma outra linha ou superfície, por isso, há necessidade de indicar uma referência e também da tolerância estar relacionada ao valor de um ângulo.

A medição pode ser feita através de instrumentos como goniômetro, relógios comparador ou apalpador, utilizando a mesa de seno, medindo pontos diferentes nas linhas ou superfícies que serão toleradas.

BATIMENTO E BATIMENTO TOTAL

Parece caso genérico de circularidade, concentricidade e cilindricidade, porém, sempre haverá a necessidade de referência. Há o batimento radial, batimento axial e batimento total. Uma seta inclinada representa o batimento simples que pode ser radial, por exemplo, no diâmetro de um cilindro, ou axial, como na face de um cilindro. Duas setas inclinadas e interligadas representa o batimento total.
O batimento representa a variação máxima admissível da posição de um elemento, considerado ao girar a peça de uma rotação em torno de um eixo de referência, sem que haja deslocamento axial. A tolerância de batimento é aplicada separadamente para cada posição medida.
O batimento pode delimitar erros de circularidade, coaxialidade, excentricidade, perpendicularidade e planicidade, desde que seu valor, que representa a soma de todos os erros acumulados, esteja contido na tolerância especificada. O eixo de referência deverá ser
assumido sem erros de retilineidade ou de angularidade.
A tolerância de batimento circular axial refere-se ao deslocamento máximo admissível do elemento tolerado ao longo do eixo de simetria quando a peça sofre uma rotação completa.

No caso, de você dispor no ato da medição apenas de um relógio comparador, um relógio apalpador, uma régua de luz, suas medições serão coerentes e precisas nas somente nas geometrias toleradas de: Perpendicularidade, Paralelismo, Planeza e Perpendicularidade.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2020

Metrologia - Aula 09 - Tolerâncias dimensionais

Dimensões  Toleradas

No dia a dia da mecânica é necessária a realização de medições ou inspeções para controle das dimensões em peças que estão passando, ou passaram pelo processo de fabricação, ou ainda, peças que já estão em uso, como o caso de alguma peça que deve ter o nível de desgaste verificado para possível substituição em um processo de manutenção.

Além de medir, outras informações são necessárias, pois a medição vai dar o valor de uma determinada característica de uma peça. Mas, se você não souber o quanto esta característica poderá variar, não vai poder dizer se a medida está boa ou não. Portanto, é necessário existir uma tolerância. 

A norma ABNT NBR ISO 2768-1 estabelece valores para tolerâncias gerais para dimensões. Ou seja, são tolerâncias aplicáveis, por exemplo, em um desenho onde as cotas informam apenas os valores nominais de cada medida.

Dessa forma, é possível simplificar um desenho, não sendo necessária a indicação individual da tolerância para cada cota. 

Outra situação em que pode ser aplicada as tolerâncias gerais nas dimensões são em casos onde uma peça é produzida com base nas medições de uma outra peça já existente. Nesse caso, pode-se aplicar a norma de tolerâncias gerais, escolhendo a classe mais adequada à aplicação da peça.

Na mecânica, as tolerâncias e os símbolos nos ajudam a identificar e interpretar muitas necessidades, ou requisitos de um produto ou peça em um projeto. Podemos dizer que existem as cotas nominais, que são as cotas dos desenhos técnicos; e as cotas efetivas, que correspondem às medidas das peças já fabricadas, dentro das tolerâncias permissíveis.

Imagine que uma peça a ser fabricada tem a informação no desenho que as tolerâncias devem ser de acordo com a ISO 2768-1, ou que um cliente envia uma peça para fabricação de outra igual e solicita que seja respeitada essa norma. 

Nos dois casos, primeiramente é preciso ter acesso à norma e identificar a classe de tolerância específica. Depois disso, verificar de acordo com cada dimensão qual o valor da tolerância aplicável para fabricação da peça. 

Existem quatro classes de tolerância que estão relacionadas com o grau de precisão dos processos de fabricação. São elas: fino, médio, grosso e muito grosso, sendo o fino adequado aos processos mais precisos e o muito grosso aos menos precisos. 

Sendo assim, se há uma cota com 10 mm, a tolerância será mais ou menos dois décimos, ou seja, poderá variar um total de quatro décimos. Mas, para uma cota com valor 100 mm, a tolerância já estará em mais ou menos três décimos, nesse caso, a amplitude será de seis décimos.

Para evitar a consulta na norma em cada desenho, muitas empresas colocam uma tabela com as faixas de medidas e as tolerâncias correspondentes, no próprio desenho, junto à legenda.

Quando se trata de peças que trabalham em conjunto, onde é necessária alguma precisão, o ajuste é indicado através das tolerâncias dimensionais, nas cotas das características que vão trabalhar em conjunto, de acordo com a precisão necessária para o ajuste funcionar. 

Agora que já conhecemos as formas de tolerâncias para as dimensões, vamos conhecer as tolerâncias para geometrias, seus símbolos, como aplicá-las e realizar as medições.

Em peças que trabalham em conjunto, onde é necessária alguma precisão, o ajuste é indicado através das tolerâncias dimensionais, nas cotas das características que vão trabalhar em conjunto, de acordo com a precisão necessária para o ajuste funcionar. Neste contexto, é correto afirmar que para controlar dimensões é necessário especificar as tolerâncias dimensionais em desenhos técnicos, para controlar geometrias, também é necessário especificar tolerâncias. A norma ABNT NBR ISO 2768-2 estabelece as tolerâncias gerais para geometrias. Porém, no caso de peças que vão trabalhar em conjunto, ou de necessidade de maior rigor em alguma característica específica, o controle da geometria pode ser feito por indicação através de simbologia adequada. Nesse caso, a norma aplicável é a NBR 6409.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2020