TOLERÂNCIA GEOMÉTRICA e RUGOSIDADE.

Campinas-SP

28-09-2009

Trabalho referente a disciplina Metrologia de Tolerância Geométrica e Rugosidade, do Curso de Fabricação Mecânica, turma FMN1 da Escola Senai “Roberto Mange” .Orientado pelo professor(a) Luciano Menezes.

Realizado pelo(s) aluno(s):AdejairAruan Bruno Daniel DiegoLadair

2

Campinas, 28 de setembro de 2009.

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO DE TOLERANCIA GEOMETRICA........................................................... 03

DESVIOSTOLERANCIAGEOMETRICA.......................................................... .......................................04

SIMBOLOGIA....................................................................................................................................................................06

TOLERANCIA E DESVIOS DE FORMAS ..............................................................................................07

TOLERANCIA DE PLANICIDADE .............................................................................................................................................08

TOLERANCIA DE CILINDRICIDADE........................................................................................................................................09

TOLERANCIA DE RETILINEIDADE..........................................................................................................................................09

TOLERANCIA DE CIRCULARIDADE........................................................................................................................................10

TOLERANCIA DE SUPERFICIE QUALQUER............................................................................................................................10

TOLERANCIA DE UM PERFIL QUALQUER.............................................................................................................................10

TOLERANCIA DE ORIENTAÇÃO.........................................................................................................11

TOLERANCIA DE PARALELISMO.............................................................................................................................................11

TOLERANCIA DE PERPENDICULARIDADE...........................................................................................................................13

TOLERANCIA DE INCLINAÇÃO (OU ANGULARIDADE) ...................................................................................................14

TOLERANCIA DE POSIÇÃO..............................................................................................................................15

TOLERANCIA DE LOCALIZAÇÃO............................................................................................................................................16

TOLERANCIA DE CONCENTRICIDADE OU COAXILIDADE...............................................................................................16

TOLERANCIA DE SIMETRIA.................................................................................................................................................... 17

TOLERANCIA DE BATIMENTO................................................................................................................... 18

RUGOSIDADE......................................................................................................... 19

3

Introdução

Em muitas aplicações as tolerâncias dimensionais são insuficientes para se determinar exatamente como deve estar a peça depois de pronta para evitar trabalhos posteriores. Uma comparação entre a peça real fabricada e a peça ideal especificada pelo projeto e mostrada no desenho mostra que existem diferenças. Ou seja, durante a fabricação de peças pelas máquinas-ferramenta, surgem desvios (ou erros) provocando alterações na peça real.

Causas dos desvios geométricos:• Tensões residuais internas;• Falta de rigidez do equipamento e/ou de um dispositivo de usinagem;• Perda de gume cortante de uma ferramenta;• Forças excessivas provocadas pelo processo de fabricação (Ex.: Entre pontas de um torno).• Velocidade de corte não adequada para remoção de material;• Variação de dureza da peça ao longo do plano de usinagem e• Suportes não adequados para ferramentas.

Tais desvios devem ser limitados e enquadrados em tolerâncias, de tal forma a não prejudicar o funcionamento do conjunto.

Portanto, o projeto de uma peça deve prever, além das tolerâncias dimensionais, as chamadas tolerâncias geométricas, a fim de se obter a melhor qualidade funcional possível.

Desvio Geométricos: São desvios de forma e posição: É um erro do processo de fabricação;Tolerâncias Geométricas: São as variações permissíveis do erro, ou seja, são os limites dentro

do qual os desvio (ou erro) de forma e posição devem estar compreendidos.

4

Desvios e Tolerâncias Geométricas

Classificação dos desvios geométricos: Desvios macrogeométricos e desvios microgeométricos (Rugosidades de superfícies).

Os desvios macrogeométricos são definidos pela norma ABNT NBR 6409. A norma DIN 7184 e ISO R-1101 também apresentam os conceitos relativos a desvios e tolerâncias geométricas.

Necessidades e Consequências das Tolerâncias GeométricasNa maioria dos casos as peças são compostas de corpos geométricos ligados entre si por

superfícies de formato simples, tais como planos, superfícies planas, cilíndricas ou cônicas.Desvios de Forma: É o grau de variação das superfícies reais com relação aos sólidos

geométricos que os definem.Microgeométricos: Rugosidade superficial;Macrogeométricos: Retilineidade, circularidade, cilindricidade, planicidade.Desvios de Posição: É o grau de variação dentre as diversas superfícies reais entre si, com

relação ao seu posicionamento teórico.Orientação para dois elementos associados: Desvios angulares, paralelismos e

perpendicularidade.Posição para dois elementos associados: Desvios de localização, simetria, concentricidade e

coaxilidade.São definidos para elementos associados.Desvios Compostos: São os devios compostos de forma e posição.Desvios de batida radial e axial;Desvios de verdadeira posição.Condições onde será necessário indicar as tolerâncias de forma e posição:• Em peças para as quais a exatidão de forma requerida não seja garantida com os meios

normais de fabricação;Desvios e Tolerâncias Geométricas

• Em peças onde deve haver coincidência bastante aproximada entre as superfícies. As tolerâncias de forma devem ser menores ou iguais às tolerâncias dimensionais;

• Em peças onde além do controle dimensional, seja tambem necessário o controle de forma para garantir a montagem sem interferências. Exemplo: Montagem seriada de caixas de engrenagens onde o erro de excentricidade e paralelismo podem influir no desempenho do conjunto.

As tolerâncias geométricas não devem ser indicadas a menos que sejam indispensáveis para assegurar a funcionabilidade do conjunto.

5

Simbologia

A tabela a baixo nos mostra os erros geométricos e respectivos símbolos a serem usados no desenho das peças.

Simbologia de desvios geométricos:

6

Tolerâncias e Desvios (ou Diferenças) de Forma

Desvios de forma: É a diferença entre a superfície real da peça e a forma geométrica teórica. São definidos para superfícies isoladas.

Tolerância de forma: É distância entre duas superfícies paralelas (ou entre duas linhas paralelas) entre as quais deve-se encontrar o perfil ou superfície real da peça. Ou seja, é o desvio de forma admissível.

A forma de um elemento isolado será considerada correta quando a distância de cada um de seus pontos a uma superfície de forma geométrica ideal, em contato com ele, for igual ou inferior ao valor da tolerância dada.

As tolerâncias de forma são os desvios que um elemento pode apresentar em relação à sua forma geométrica ideal. As tolerâncias de forma vêm indicadas no desenho técnico para elementos isolados, como por exemplo, uma superfície ou uma linha. Acompanhe um exemplo, para entender melhor.

Analise as vistas: frontal e lateral esquerda do modelo prismático abaixo.Note que a superfície S, projetada no desenho, é uma superfície geométrica ideal plana.

Após a execução, a superfície real da peça S’ pode não ficar tão plana como a superfície ideal S. Entre os desvios de planeza, os tipos mais comuns são a concavidade e a convexidade.

Forma real côncava

Forma real convexa

7

A tolerância de planeza corresponde à distância t entre dois planos ideais imaginários, entre os quais deve encontrar-se a superfície real da peça.

No desenho anterior, o espaço situado entre os dois planos paralelos é o campo de tolerância.

Tolerância de planicidade (ou planeza)É o espaço limitado por dois planos entre si .A superfície real deve estar situada dentro

dessa distância . ( fig. Abaixo)

Ex: Superfícies que devem garantir vedação.

z

Após a execução, a superfície real da peça pode não ficar tão plana como a superfície ideal. Entre os desvios de planeza, os tipos mais comuns são a concavidade e a convexidade.

Forma real côncava:

T 0,03

8

Forma real convexa:

Tolerância de cilindricidade É a diferença entre os diâmetros de dois cilindros concêntricos. O perfil real deve situar-

se entre os dois cilindros. O desvio de circularidade é um caso particular de desvio de cilindricidade.

Ex: coluna guia com ajuste deslizante.  

Tolerância de RetilineidadeA tolerância de Retilineidade de uma linha ou eixo depende da forma da peça à qual a linha pertence.

Ex: eixos que devem trabalhar com guias precisas.  

T 0,03

T

0,03

9

Tolerância de circularidade É a diferença entre os diâmetros de dois círculos concêntricos. O perfil real deve situar

entre os dois círculos.

Ex: assento de mancal de rolamento.  

  

Após a execução, a superfície real da peça pode não ficar tão plana como a superfície ideal . Entre os desvios de planeza, os tipos mais comuns são a concavidade e a convexidade.

Forma real côncava:

Forma real convexa:

T 0,03

10

Tolerâncias de orientaçãoQuando dois ou mais elementos são associados pode ser necessário determinar a

orientação precisa de um em relação ao outro para assegurar o bom funcionamento do conjunto. Veja um exemplo.

O desenho técnico da esquerda mostra que o eixo deve ser perpendicular ao furo. Observe, no desenho da direita, como um erro de perpendicularidade na execução do furo afeta de modo inaceitável a funcionalidade do conjunto. Daí a necessidade de se determinarem, em alguns casos, as tolerâncias de orientação. Na determinação das tolerâncias de orientação geralmente um elemento é escolhido como referência para indicação das tolerâncias dos demais elementos.

O elemento tomado como referência pode ser uma linha, como por exemplo, o eixo de uma peça. Pode ser, ainda, um plano, como por exemplo, uma determinada face da peça. E pode ser até mesmo um ponto de referência, como por exemplo, o centro de um furo. O elemento tolerado também pode ser uma linha, uma superfície ou um ponto.

As tolerâncias de orientação podem ser de: paralelismo, perpendicularidade e inclinação. A seguir, você vai aprender a identificar cada um desses tipos de tolerâncias.

Tolerância de Paralelismo

Tolerância de paralelismo entre retas e planos A tolerância de paralelismo entre duas retas é o espaço contido em um cilindro de diâmetro TPL

cujo eixo é paralelo a uma das retas. Pode-se distinguir: i) Tolerância de paralelismo entre duas retas em um mesmo plano: É a diferença entre a

máxima e a mínima distância entre duas linhas num determinado comprimento L , como mostra a Fig. 3.15. TPL = A-B. A especificação da tolerância de paralelismo entre duas retas no mesmo plano está mostrada na Fig. 3.15B. Nas figuras 3.16 e 3.17 estão mostrados alguns casos possíveis de erros de paralelismo.

11

Tolerancia de paralelismo entre duas retas no mesmo plano

Simbologia de Tolerancia de paralelismo entre duas retas do mesmo plano.

Observe o desenho técnico ao lado.

Nesta peça, o eixo do furo superior deve ficar paralelo ao eixo do furo inferior, tomado como referência. O eixo do furo superior deve estar compreendido dentro de uma zona cilíndrica de diâmetro t, paralela ao eixo do furo inferior, que constitui a reta de referência.

Na peça do exemplo anterior, o elemento tolerado foi uma linha reta: o eixo do furo superior. O elemento tomado como referência também foi uma linha: o eixo do furo inferior. Mas, há casos em que a tolerância de paralelismo de um eixo é determinada tomando-se como referência uma superfície plana.

Qualquer que seja o elemento tolerado e o elemento de referência, a indicação de tolerância de paralelismo, nos desenhos técnicos, vem sempre precedida do símbolo:

12

t A

Tolerância de perpendicularidade

Desvio de perpendicularidade é o desvio angular tomando-se como referência o ângulo reto, tendo-se como elemento de referência uma superfície ou uma reta. Tolerância de perpendicularidade entre duas retas: É a distância entre dois planos paralelos entre si e perpendiculares à reta de referência.Tolerância de perpendicularidade entre uma reta e um plano: É o diâmetro de um cilindro ou a distância entre duas retas paralelas entre si e perpendiculares ao plano de referência.

Tolerância de perpendicularidade entre uma reta e um plano.

Observe o desenho abaixo.

13

Nesta peça, o eixo do furo vertical B deve ficar perpendicular ao eixo do furo horizontal C. Portanto, é necessário determinar a tolerância de perpendiculandade de um eixo em relação ao outro.

Tomando como reta de referência o eixo do furo C, o campo de tolerância do eixo do furo B fica limitado por dois planos paralelos, distantes entre si uma distância t e perpendiculares à reta de referência.

Dependendo da forma da peça, pode ser mais conveniente indicar a tolerância de perpendicularidade de uma linha em relação a um plano de referência.

Nos desenhos técnicos, a indicação das tolerâncias de perpendicularidade vem precedida do seguinte símbolo:

t AEx: superfícies para apoios laterais de rolamentos.

Tolerância de Inclinação (ou Angularidade) A tolerância de angularidade pode ser definida de duas maneiras: • É a diferença entre o ângulo máximo e o ângulo mínimo, entre os quais pode-se localizar as duas superfícies. A tolerância admissível Tα é a diferença entre os ângulos.• É a distância entre dois planos paralelos entre si. A superfície real deve estar situada entre os dois planos paralelos

14

Tolerância de Inclinação

Simbologia de Tolerância de inclinação

O furo da peça representada a seguir, deve ficar inclinado em relação à base.

Para que o furo apresente a inclinação correta é necessário determinar a tolerância de inclinação do eixo do furo. O elemento de referência para determinação da tolerância, neste caso, é o plano da base da peça. O campo de tolerância é limitado por duas retas paralelas, distantes entre si uma distância t, que formam com a base o ângulo de inclinação especificado α

15

Em vez de uma linha, como no exemplo anterior, o elemento tolerado pode ser uma superfície.

Nos desenhos técnicos, a indicação de tolerância de inclinação vem precedida do símbolo:

Tolerância de posiçãoQuando tomamos como referência a posição, três tipos de tolerância devem ser

considerados: de localização; de concentricidade e de simetria.Saiba como identificar cada um desses tipos de tolerância acompanhando com atenção as

próximas explicações.

Tolerância de localizaçãoQuando a localização exata de um elemento, como por exemplo: uma linha, um eixo ou

uma superfície, é essencial para o funcionamento da peça, sua tolerância de localização deve ser determinada. Observe a placa com furo, a seguir.

Como a localização do furo é importante, o eixo do furo deve ser tolerado. O campo de tolerância do eixo do furo é limitado por um cilindro de diâmetro t. O centro deste cilindro coincide com a localização ideal do eixo do elemento tolerado.

A indicação da tolerância de localização, nos desenhos técnicos, é antecedida pelo símbolo:

16

t A

Ex: posição de furos nos de fixação de estampos.

Tolerância de concentricidade ou coaxialidadeQuando duas ou mais figuras geométricas planas regulares têm o mesmo centro, dizemos

que elas são concêntricas. Quando dois ou mais sólidos de revolução têm o eixo comum, dizemos que eles são coaxiais. Em diversas peças, a concentricidade ou a coaxialidade de partes ou de elementos, é condição necessária para seu funcionamento adequado. Mas, determinados desvios, dentro de limites estabelecidos, não chegam a prejudicar a funcionalidade da peça. Daí a necessidade de serem indicadas as tolerâncias de concentricidade ou de coaxialidade. Veja a peça abaixo, por exemplo:

Essa peça é composta por duas partes de diâmetros diferentes. Mas, os dois cilindros que formam a peça são coaxiais, pois têm o mesmo eixo. O campo de tolerância de coaxialidade dos eixos da peça fica determinado por um cilindro de diâmetro t cujo eixo coincide com o eixo ideal da peça projetada.

A tolerância de concentricidade é identificada, nos desenhos técnicos, pelo símbolo: ⊚.

Tolerância de simetriaEm peças simétricas é necessário especificar a tolerância de simetria. Observe a peça a

seguir, representada em perspectiva e em vista única:

Preste atenção ao plano que divide a peça em duas partes simétricas. Na vista frontal, a simetria vem indicada pela linha de simetria que coincide com o eixo da peça. Para determinar a tolerância de simetria, tomamos como elemento de referência o plano médio ou eixo da peça. O

17

campo de tolerância é limitado por dois planos paralelos, equidistantes do plano médio de referência, e que guardam entre si uma distância t. É o que mostra o próximo desenho.

Nos desenhos técnicos, a indicação de tolerância de simetria vem precedida pelo símbolo:

t A

Tolerância de batimento

Quando um elemento dá uma volta completa em torno de seu eixo de rotação, ele pode sofrer oscilação, isto é, deslocamentos em relação ao eixo. Dependendo da função do elemento, esta oscilação tem de ser controlada para não comprometer a funcionalidade da peça. Por isso, é necessário que sejam determinadas as tolerâncias de batimento, que delimitam a oscilação aceitável do elemento. As tolerâncias de batimento podem ser de dois tipos: axial e radial.

Axial, você já sabe, refere-se a eixo. Batimento axial quer dizer balanço no sentido do eixo. O campo de tolerância, no batimento axial, fica delimitado por dois planos paralelos entre si, a uma distância te que são perpendiculares ao eixo de rotação.

O batimento radial, por outro lado, é verificado em relação ao raio do elemento, quando o eixo der uma volta completa. O campo de tolerância, no batimento radial é delimitado por um plano perpendicular ao eixo de giro que define dois círculos concêntricos, de raios diferentes. A diferença t dos raios corresponde à tolerância radial.

18

As tolerâncias de balanço são indicadas, nos desenhos técnicos, precedidas do símbolo: ↗A execução de peças com indicação de tolerâncias geométricas é tarefa que requer grande

experiência e habilidade.

RUGOSIDADE DAS SUPERFÍCIES

As superfícies dos componentes mecânicos devem ser adequadas ao tipo de função que

exercem. A rugosidade (erros microgeométricos) é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas

saliências (picos) e reentrâncias (vales) que caracterizam uma superfície. Essas irregularidades

podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos, a exemplo do rugosímetro. A rugosidade

desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. Ela influi na:

Qualidade de deslizamento;

Resistência ao desgaste;

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.

A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas que,

entre outras, são:

19

Imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;

Vibrações no sistema peça-ferramenta;

Desgaste das ferramentas;

O próprio método de conformação da peça.

Composição da superfície

Tomando-se uma pequena porção de uma superfície real, observamos que ela é

composta de rugosidade (textura primária), ondulação (textura secundária) e erro de forma (erros

macrogeométricos).

Rugosidade ou textura primária é o conjunto das irregularidades causadas pelo processo de

produção, que são as impressões deixadas pela ferramenta (fresa, pastilha, rolo laminador etc.).

Ondulação ou textura secundária é o conjunto das irregularidades causadas por vibrações ou

deflexões do sistema de produção ou do tratamento térmico.

Perfil efetivo de uma superfície

Perfil de rugosidade de uma superfície

20

Critérios para avaliar a rugosidade

Comprimento de amostragem, le, (Cut-off)

Chama-se o comprimento le de comprimento de amostragem (NBR 6405/1988). Como o

perfil efetivo apresenta rugosidade e ondulação, o le filtra a ondulação. É recomendado pela

norma ISO que os rugosímetros devam medir 5 comprimentos de amostragem (lm: comprimento

de medição) e devem indicar o valor médio.

lm: comprimento do percurso de medição; lt: comprimento total de medição

lv: comprimento para atingir a velocidade de medição;

ln: comprimento para parada do apalpador.

Na medição da rugosidade, são recomendados valores para o comprimento da amostragem,

conforme tabela abaixo.

Sistemas de medição da rugosidade superficial

São usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média M e o da envolvente. O

sistema da linha média é o mais utilizado. Alguns países adotam ambos os sistemas. No Brasil,

pelas Normas ABNT NBR 6405/1988 e NBR 8404/1984, é adotado o sistema M. Linha média é

a linha paralela à direção geral do perfil, no comprimento da amostragem, de tal modo que a

soma das áreas superiores, compreendidas entre ela e o perfil efetivo, seja igual à soma das áreas

inferiores, no comprimento da amostragem (le).

21

A1 + A2 = A3

Métodos para medição de Rugosidade

a) Comparação visual e táctil

(Euitiz, 2003)

22

(Taylor Robson, 2003)

b) Rugosímetro mecânico

c) Rugosímetros digitais

23

Fabricante Taylor Robson

Parâmetros de Rugosidade

a) Rugosidade média (Ra)

É o parâmentro mais utilizado. Matematicamente é a média aritmética dos valores absolutos

das ordenadas de afastamento (yi), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média,

dentro do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo,

cuja área é igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha

média, tendo por comprimento o percurso de medição (lm).

Somente o parâmetro Ra não é capaz de descrever totalmente uma superfície. A figura a

seguir mostra superfícies diferentes que possuem o mesmo Ra

24

Fabricante Mututoyo

Indicação da rugosidade Ra pelos números de classe

A norma NBR 8404/1984 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos

esclarece que a característica principal (o valor) da rugosidade Ra pode ser indicada pelos

números da classe de rugosidade correspondente, conforme tabela a seguir.

25

Ra (m)

Simbologia, equivalência e processos de usinagem

A tabela que se segue, classifica os acabamentos superficiais, geralmente encontrados na

indústria mecânica, em 12 grupos, e as organiza de acordo com o grau de rugosidade e o processo

de usinagem que pode ser usado em sua obtenção. Permite, também, visualizar uma relação

aproximada entre a simbologia de triângulos, as classes e os valores de Ra (m).

26

SIMBOLO BÁSICO

QUANDO A REMOÇÃO DO MATERIAL É EXIGIDA

QUANDO A REMOÇÃO DO MATERIAL NÃO É PERMITIDA

QUANDO É NECESSÁRIO A INDICAÇÃO DE CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS

DE ACABAMENTO (Pintado, Cromado, Niquelado, Oxidado, Amentado, Fresado etc...)

INDICAÇÃO DE UM ESTADO DE FABRICAÇÃO QUALQUER.

INDICAÇÃO DE UM ESTADO DE FABRICAÇÃO, OBTIDA POR REMOÇÃO DE MATERIAL.

QUANDO É NECESSÁRIO ESTABELECER LIMITES MÁXIMOS E MÍNIMOS a1 = MAXIMO a2 = MINIMO

VALOR DA RUGOSIDADE

CARACTERÍSTICA PRINCIPAL DA RUGOSIDADE

27

a

a

a1

a2

a

Ra

b) Rugosidade máxima (Ry)

Está definido como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no

percurso de medição (lm). Por exemplo: na figura a seguir, o maior valor parcial é o Z3, que está

localizado no 3º cut off, e que corresponde à rugosidade Ry.

Individualmente o Ry, não apresenta informação suficiente a respeito da superfície, isto é,

não informa o formato da superfície. A figura a seguir ilustra esta idéia: diversas formas de

rugosidade podem ter o mesmo valor para Ry.

b) Rugosidade total (Rt)

Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no

comprimento de avaliação (lm), independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi).

28

d) Rugosidade média (Rz)

Corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial (Z i). Rugosidade

parcial (Zi) é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima

e abaixo da linha média, existentes no comprimento de amostragem (cut-off). Na representação

gráfica do perfil, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximo e mínimo do perfil, no

comprimento de amostragem (le). Ver figura a seguir.

29