blocospadrão

BLOCOS-PADRÃO:

CARACTERÍSTICAS E NORMALIZAÇÃO

FEATURE AND STANDARDIZATION

SÉRGIO EDUARDO CRISTOFOLETTI Laboratório de Metrologia Dimensional – LaroyLab

Starrett Ind. e Com. Ltda. Av. Laroy S. Starrett, 1880 – Itu – S.P. Email: starrett.laroylab@starrett.com.br ALVARO JOSÉ ABACKERLI Universidade Metodista de Piracicaba – UNIMEP

Santa Bárbara d’Oeste – S.P E-mail: abackerli@unimep.br

ABSTRACT

This paper describes a comparison between gage blocks standards in use around the world trying to make clear some concepts related to it (size definition, methods of calibrations, metrological features, material, hardness, dimensional stability, expanded thermal coefficients, linear accuracy, variation in length, flatness, wringability, roughness, traceability, uncertainty of measurement and calibration report). Doing so, the importance of gauge blocks and its calibration are ported out, allowing users the best choice for their manufacturing context.

Keywords: gage block, standardization, calibration, length

RESUMO

Este artigo descreve de uma forma simplificada uma comparação de normas de blocos-padrão atualmente em uso no mundo e tenta elucidar alguns conceitos como a definição de comprimento, métodos empregados para calibração de blocos padrão, características construtivas e metrológicas como: material, dureza, estabilidade dimensional, coeficientes de expansão térmica, exatidão linear, variação do comprimento, planeza, aderências entre superfícies, rugosidade, rastreabilidade, incerteza de medição e certificado de calibração. Deste modo, a importância dos blocos-padrão é destacada, permitindo aos usuários a melhor escolha para seu contexto de manufatura.

Palavras-chave: bloco-padrão, normalização, calibração, comprimento

1. INTRODUÇÃO

Com a permanente corrida pela excelência de seus produtos, a indústria manufatureira, principalmente as metais mecânicas, tem exigido dos processos produtivos níveis crescentes de exatidão. Esta corrida foi intensificada ainda no final do século XIX, quando a necessidade de intercambiabilidade de peças foi crucial e latente, principalmente na indústria bélica.

Em cenários mais recentes, a intercambiabilidade pode ser facilmente percebida em produtos comercializados a nível mundial, a exemplo disto podemos citar um veículo automotor que tem parte das suas peças produzidas em diferentes unidades fabris dispersas pelo mundo. Na linha de montagem, elas se encaixam perfeitamente, compondo o produto final, e a qualquer instante ou circunstância permitem ser trocadas por outras novas.

Porém, para a indústria atingir completamente o objetivo da intercambiabilidade, é necessário que ela estreite os

limites de controle (tolerâncias) do que se está produzindo, e necessariamente possuir meios que garantam o êxito no processo produtivo, ou seja, máquinas eficientes e capazes para a fabricação e principalmente, instrumentos de medição que sejam compatíveis com a exatidão requerida pelo produto.

Para que este instrumento de medição seja compatível metrologicamente, é necessário que se faça uma avaliação minuciosa das características que o define, ou seja, erros e incertezas intrínsecos ao seu uso, obtidos através de uma calibração.

Esta calibração é executada utilizando-se padrões que garantam a qualidade metrológica necessária ao instrumento que será utilizado no processo produtivo. Entretanto para que haja homogeneidade das informações são criadas normas técnicas com o objetivo de padronizar suas formas construtivas e possibilitar um melhor entendimento entre fabricante e consumidor.

Dada a diversidade de normas técnicas sobre um único assunto e devido à complexidade relativa aos padrões de comprimento, bloco-padrão, este artigo técnico traz de forma simplificada um comparativo dos critérios técnicos especificados nas normas com maior representatividade no mercado brasileiro.

2. DEFINIÇÃO E PADRONIZAÇÃO Poderíamos definir o bloco-padrão como:

"Uma medida de comprimento materializada. Isto é, corpo rígido em aço, metal sinterizado ou cerâmico resistente ao desgaste, com comprimento definido por duas superfícies planas e paralelas entre si. Estas superfícies são lapidadas com grau de acabamento espelhado, permitindo que ele seja aderido ao outros blocos com acabamento similar. Os blocos possuem comprimentos na ordem de fração de uma unidade de medida padrão, por exemplo o metro (Sistema Internacional de Unidades (SI)), Por convenção, o comprimento do bloco é definido como sendo um ponto particular da superfície de medição perpendicularmente a uma superfície plana rígida de mesmo material e acabamento onde ele foi aderido." (ISO 3.650, 1998; NBR NM 215, 2000).

O bloco-padrão pode ser fornecido com secção transversal retangular ou quadrada e em várias classes de exatidão para satisfazer os mais variados tipos de aplicação, conforme a qualidade dos resultados requeridos. O conhecimento de seu comprimento através da calibração, com uma incerteza na medição estimada associada ao seu valor verdadeiro convencional é a base para a aplicação de blocos-padrão como referência de comprimento.

Com o intuito de facilitar o entendimento entre fabricantes e usuários, foram elaboradas normas técnicas que regulamentam e normalizam os parâmetros de fabricação e avaliação de conformidade, como secção transversal, material, dureza, acabamento, tolerâncias para o comprimento e paralelismo entre as superfícies lapidadas. A normalização de blocos-padrão teve início em meados do século XX, em julho de 1.927 na Alemanha. O documento, DIN 861, já definia o comprimento de um bloco-padrão como a distância de um ponto particular, perpendicular a uma superfície auxiliar. Para que houvesse esta definição, a metodologia sugerida para medição deveria ser através de laser. Desta forma, pode-se concluir que nesta época já havia uma corrente de pensamento em padronizar a medição de comprimento com base no comprimento de onda da luz, o que somente foi reconhecido pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas no ano de 1.960 (INMETRO, 2000).

Tem-se indícios da medição de blocos-padrão com interferência de onda da luz por volta de 1.919 pelo Sr. C.G. Peters da divisão de óptica do Bureau of Standards dos Estados Unidos. (KEUREN, 1919)

Por volta do final da década de 30, foi desenvolvida uma técnica para minimização de erros na medição de

comprimentos de blocos-padrão com laser interferométrico no Case School of Applied Science in Cleveland. Estes ensaios foram desenvolvidos por George D. Webber com um interferômetro desenvolvido por Albert A. Michelson em 1.881 (WEBBER, 1984)

Em 1.940 foi publicada a primeira norma Britânica, BS 888 e em 1.950 foi revisada. Nesta revisão, foi incluída, uma classe de referência juntamente das três classes originais: de calibração, inspeção e de trabalho. Ambas tratavam dos dois sistemas de medidas, o imperial e o métrico, além da padronização de acessórios.

Em 1.959, a norma DIN 861 passou por revisões e alterações significativas, pelas quais foram incluídos dados referentes aos materiais utilizados e sobre as superfícies laterais.

Em 1.964, o Bureau Nacional de Padronização (NBS) juntamente com as Forças Armadas publicou uma norma técnica (GGG-G-15) com conceitos sobre a incerteza de medição na calibração dependendo da classe de exatidão dos blocos, sobre blocos de proteção para prevenção de desgaste, preocupações quanto à temperatura de calibração, coeficientes de expansão térmica dos diferentes materiais utilizados para a fabricação dos blocos, e acessórios para medições.

Em 1.968, a norma britânica, BS 888 que tratava de diferentes unidades, imperial e métrico, passou por uma revisão geral, e cada uma das unidades ganhou numerações distintas. O Sistema Imperial permaneceu com o nº BS 888 e o Sistema Métrico recebeu o nº BS 4.311 Part1, que não era necessariamente idêntica às demais normas publicadas nos países europeus. Desde então, elas identificam e quantificam os efeitos de incerteza de medição e os definem sem ambigüidade.

Em 1.978, a ISO publica a norma ISO 3.650 com uma série de acréscimos técnicos tais como: propriedades físicas dos materiais (constantes elásticas), desvios máximos para o comprimento central, variação de comprimento, tolerâncias simétricas (forma e posição) entre outras, contrariando as colocações prévias propostas pela Alemanha.

Devido a estes pontos de discordância entre o órgão alemão de padronização (DIN) com relação à norma ISO 3.650-1978, em 1.980 a norma DIN 861 foi revisada e reeditada.

Em 1.993, a norma britânica foi revisada sobre o pretexto de que os blocos em uso não poderiam ser classificados sob as mesmas condições de blocos novos, pois com o uso eles deveriam ser reclassificados nas classes de exatidão inferior, a partir de então a norma para blocos usados recebeu o nº BS 4.311 Part. 3

Já no Brasil, em função de um acordo comercial dos países do Cone Sul, que recebeu o nome de Mercosul, foi editada em 2.000, a norma NBR NM 215: 2.000 para blocos-padrão no âmbito do comitê mercosul de padronização. A Tabela 2.1. mostra algumas normas técnicas para blocos-padrão com reconhecimento internacional e a data da última revisão.

Tabela 2.1. - Normas internacionais atualmente recuperadas e avaliadas.

Órgão País de origem Nº da Norma Ano revisão

Mercosul / ABNT Brasil NBR NM 215 2.000

International Organization for Standardization (ISO) Suíça ISO 3650 1.998

Japanese Industrial Standard (JIS) Japão JIS B 7.506 1.997

British Standard Institution (BSI) Reino Unido BS 4.311 Part. 1 e 3 1.993 Deutsches Institut für Normung (DIN) Alemanha DIN 861 Part. 1 1980

Federal Agency EUA GGG-G-15c 1.976

3. CARACTERÍSTICAS DA PADRONIZAÇÃO Apesar da grande variedade de normas técnicas encontradas no mercado, todas, sem exceção, enfatizam 3 pontos básicos quanto às propriedades mecânicas dos materiais empregados na fabricação de blocos-padrão, que são: dureza, estabilidade dimensional ao longo do tempo e coeficiente de expansão térmica favorável. Além destes fatores, um outro tem sido busca constante dos fabricantes, a resistência ao desgaste e uso.

Quanto à parte metrológica pode ser observado que todas as normas buscam uma padronização quanto às características geométricas, que são: comprimento central, variação de comprimento, planeza das superfícies de medição, perpendicularidade entre as superfícies, dimensões típicas da secção transversal, aderência, rugosidade das superfícies lapidadas, rastreabilidade a padrões nacionais, certificado de calibração e uma incerteza de medição associada ao seu comprimento. A seguir, as propriedades mecânicas e metrológicas, serão discutidas em detalhes. Pretende-se contextualizar cada uma das normas mencionadas na Tabela 2.1.

3.1. Propriedades mecânicas:

Nos primeiros anos do desenvolvimento do bloco-padrão, por volta de 1.896, seu idealizador, Johanson, com seus conhecimentos metalúrgicos da época, manufaturava os blocos em aços com as mesmas características daqueles utilizados em rolamentos de esferas. Porém, este material era um tanto vulnerável ao uso ou a corrosão e causava uma instabilidade dimensional em pouco tempo. (WEBBER, 1984). Anos mais tarde, nos Estados Unidos, tentou-se utilizar para sua confecção materiais como: a ágata, o quartzo, stellite, invar, aço e aço ferramenta, porém os quatros primeiros foram desconsiderados pois seus coeficientes de expansão térmica diferenciavam muito dos coeficientes do aço, o que dificultava a sua utilização uma vez que todas as partes produzidas eram medidas em temperatura ambiente e as dilatações não se assemelhavam a estes materiais (KEUREN, 1919).

Tendo em vista o problema térmico, as pesquisas de matérias-prima inclinaram-se para os materiais que tivessem seus coeficientes de expansão térmica mais próximos do que se produzia na indústria de

transformação. Como resultados deste desenvolvimento, materiais como a liga de Aço SAE 52100, sinterizados de carboneto de tungstênio e carboneto de cromo, além de materiais com técnicas de tratamento superficial avançado, como Aço Inoxidável Nitretado, era uma realidade entre os fabricantes de blocos-padrão na década de 60 (WEBBER, 1965) (QUALITY ASSURANCE, 1963).

Com a evolução das técnicas metalúrgicas e com o surgimento do tratamento térmico no século passado, foi possível controlar melhor as composições das ligas metálicas partindo de um aço base, e melhorar consideravelmente as condições de produção e as características de resistência ao desgaste, estabilidade dimensional e homogeneidade do material.

Atualmente podemos contar também com materiais cerâmicos, que tem como base o Óxido de Zircônio para a produção de blocos-padrão, tendo o coeficiente de expansão térmica próximo ao do aço. Desde então o desenvolvimento da matéria-prima foi o fator de primeira ordem para atingir a qualidade satisfatória, uma vez que ela é responsável diretamente pela condição ótima de operacionalidade dos blocos-padrão.

Como diretriz de conduta para os fabricantes nortearem seus processos produtivos, atendendo aos requisitos das propriedades físicas-mecânicas dos materiais, os comitês de normalização padronizaram no formato de uma norma técnica os parâmetros como segue:

a) Dureza

Através de uma têmpera homogênea, controlada e de alta tecnologia é desejado que se tenham garantias na dureza que conferirão aos blocos-padrão maior resistência ao desgaste por atrito com outras partes, sejam através de montagens (composição de medidas) ou em qualquer outra forma onde os blocos entrarão em contato com partes rígidas.

Pode-se observar de uma maneira genérica que as normas ditam parâmetros de controle para a dureza e são baseadas nas escalas Vickers e Rockwell. Tem-se, como regra geral, que a dureza não deve ser menor que 62HRC (62 pontos Rockwell na escala C) para aços ligados, 68HRC para aço ao cromo e 70HRC para metal duro (sinterizados) (GGG-G-15c, 1976) enquanto que se pode observar 800HV0,5 (800 pontos Vickers com massa de 0,5kg), aproximadamente 64HRC, para qualquer material utilizado

na fabricação de blocos-padrão (ISO 3650, 1.998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7506, 1997)(NBR NM 215, 2000).

Apesar de não ser previsto inicialmente e mencionado na literatura normatizada, os materiais cerâmicos ganham espaço dia a dia devido às qualidades mecânicas e a dureza deste material é estimada em torno de 74 a 76 HRC (WEBBER GAGE, 2000).

b) Estabilidade

Os blocos idealmente deveriam conservar seus comprimentos originais eternamente, enquanto não submetidos a esforços mecânicos. Todavia muitos fatores contribuem para que o comprimento não permaneça o mesmo durante a vida útil do bloco, mesmo que ele não tenha sido utilizado. A estabilidade é diretamente influenciada por acomodações microestruturais e pela dureza do bloco-padrão (MEYERSON et. al., 1968).

A estabilidade pode ser vista sob dois aspectos distintos. A primeira, e a causa mais provável, é a decomposição de uma fase instável como a martensita para uma mais estável como a ferrita e a cementita. A outra causa considerada é uma redistribuição gradual das tensões internas e da superfície (MEYERSON et. al., 1968).

Devido a estes fatores, a estabilidade (também conhecida como deriva) é um parâmetro estabelecido pelas normas e buscado pelos fabricantes com o intuito de minimizar as mutações metrológicas de planeza e exatidão no comprimento.

Todavia, a estabilidade dimensional é dada em função da classe de exatidão com os valores expressos em unidades de comprimento por tempo (como regra geral em µm/ano) e levando em consideração o comprimento nominal do bloco-padrão.

Para exemplificar o enunciado acima, na Tabela 3.1. são mencionados os dados observados em cada uma das normas, quanto a estabilidade dimensional ao longo do tempo.

Tabela 3.1. Estabilidade dimensional Norma Classe de Exatidão Variação permissível

no comprimento / ano Unidade Planeza

K e 0 ± (0,02 + 0,25 x 10-6 l) - ISO 3650: 1.998 NBR NM 215: 2.000 1 e 2 ± (0,05 + 0,5 x 10-6 l) - 00, 0 e K ± (0,02 + 0,0005 x l) - DIN 861: 1.980 1 e 2 ± (0,05 + 0,001x l) - BS 4311 Part. 1 Todas* ± (0,02 + 0,0005 x l)* - K e 0 ± (0,02 + 0,000 25 x l) - JIS B 7506: 1.997 1 e 2 ± (0,05 + 0,000 5 x l) µm/ano - 0.5 0,02 µm/25mm/ano 0,03 1 e 2 0,03 µm/25mm/ano 0,05 GGG-G-15c 3 0,05 µm/25mm/ano 0,07

* se mantido a uma temperatura entre 10° a 30°C Onde l é o comprimento nominal em mm. Os dados da Tabela 3.1. somente são aplicáveis nos casos em que os blocos não tenham sofrido nenhuma influência externa e condições anormais de temperatura, vibração, choques mecânicos, campos magnéticos ou forças mecânicas.

c) Coeficiente de expansão térmica favorável

Como mencionado, em função de grande parte do que se produz na indústria manufatureira ser composto basicamente de ligas de aço, intensificou-se o desenvolvimento de matérias primas para confecção dos blocos que possuíssem coeficientes de expansão térmica muito próximos aos do aço.

Após intenso desenvolvimento de pesquisa e aperfeiçoamento dos materiais, o aço recebe destaque em todas as normas analisadas, sendo que seu coeficiente de expansão térmica estimado em 11,5 x 10-6µm/m/°C para uma temperatura controlada entre 10° e 30°C. Todavia,

não se garante durante o processo produtivo da matéria prima este valor constante e com o intuito em dar uma diretriz este coeficiente possui uma tolerância de ± 1,0 x 10-6 µm/m/°C (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000).

Outros materiais, como: carboneto de cromo (8,5 x 10-6

µm/m/°C) e o carboneto de tungstênio (6,5 x 10-6

µm/m/°C) também são contemplados como materiais plausíveis de serem utilizados (GGG-G-15c: 1976). Uma outra categoria de material que vem ganhando destaque na produção blocos-padrão é o sinterizado cerâmico, em particular o óxido de zircônio, que possui características de expansão térmica (9,9 x 10-6µm/m/°C) próximas à do aço (STARRETT, 1996).

Recomenda-se que o fornecedor informe ao usuário o coeficiente de expansão térmica do bloco-padrão, uma vez que se pretenda compensar as dilatações ou contrações quando este bloco for utilizado em ambiente com temperatura diferente de 20ºC

3.2. Propriedades metrológicas:

Como definido, os blocos-padrão possuem características físico-geométricas e propriedades metrológicas que o torna um padrão de referência para medição de comprimentos. Além de atenderem todas as características físico-geométricas e propriedades metrológicas, outras variáveis devem ser alvo de análise para garantir a reprodutibilidade do seu comprimento, como por exemplo: temperatura de 20ºC e pressão atmosférica padrão de 101325Pa = 1,01325bar (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000), além de um controle na pressão padrão de vapor d'água de 1333Pa e 0,03% de dióxido de carbono no ambiente (JIS B 7.506, 1997). Todavia o tratamento dado pelas normas em distribuir os blocos-padrão em classes de exatidão, deixa a evidência de que a aplicação destas condições ambientais seja aplicável somente às classes que requerem maior controle para atingir exatidão nas medições ou calibrações. a Tabela 3.2. dá um exemplo baseado na norma BS 4.311.

Tabela 3.2. - Tolerâncias admissíveis para medição central Tolerância para medição central

[µm] a 20ºC Classe de exatidão Comprimento Nominal [mm] K e 0 1 2 De 0 a 10 ± 0,12 ± 0,25 ± 0,50 De 10 a 25 ± 0,15 ± 0,30 ± 0,60 De 25 a 50 ± 0,20 ± 0,40 ± 0,80 De 50 a 75 ± 0,25 ± 0,50 ± 1,00 De 75 a 100 ± 0,30 ± 0,60 ± 1,20 Como recomendação, os blocos da classe K de todas as demais normas ou 0.5 da norma GGG- G-15c devem ser calibrados com laser interferométrico e as demais classes sejam calibradas pelo processo mecânico de apalpação (os processos de calibração serão tratados a seguir), utilizando aqueles blocos de classe K ou 0.5, originalmente calibrados com laser, como padrão de transferência (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000) (GGG-G-15c, 1976) (BS 4.311 Part. 1; 1993).

Enquanto as classes K e 0.5 têm uma aplicação mais nobre, as demais classes são destinadas a trabalhos mais genéricos como calibração de outros instrumento ou padrões de comparação para a indústria.

Entretanto, para que haja melhor entendimento na discussão que seguirá, é imprescindível uma apresentação da nomenclatura padronizada para cada parte de um bloco padrão. A Figura 3.1. foi referenciada na norma NBR NM 215: 2000.

Figura 3.1. - Nomenclatura das superfícies (NBR NM 215: 2000)

Para que sejam satisfeitas todas as condições metrológicas de um bloco-padrão, torna-se necessário observar os critérios segundo os tópicos normatizados abaixo:

a) Comprimento central

O comprimento central tem como definição a distância perpendicular do ponto localizado no centro da superfície plana livre, até um plano de referência onde a superfície oposta está aderida. Tal definição é dada considerando que esta medição tenha sido efetuada com o auxílio de um laser interferométrico em blocos com classe K ou 0.5. Para as demais classes, é definido como a distância perpendicular de um ponto particular na superfície de medição e o ponto correspondente na superfície oposta medida pelo processo mecânico de comparação contra um bloco da classe K ou 0.5 a uma temperatura de 20ºC. (BS 4.311 Part. 1; 1993). Enquanto na norma britânica a definição do comprimento central está intimamente concatenada com o sistema de medição (laser ou mecânico) na japonesa (JIS B 7506; 1997) é definido que um mesmo bloco-padrão possui dois comprimentos centrais se as superfícies de medição não forem paralelas entre si, como pode ser visto na Figura 3.2.

Figura 3.2. Comprimento do centro (JIS B 7.506; 1997). Desta forma, concluí-se que os comprimentos Lc e Lc1 são diferentes, enquanto que as demais normas analisadas mencionam simplesmente que o comprimento central do bloco é a distância medida no ponto central da superfície de medição livre.

¹ Sr. David Friedal - Gerente da Qualidade da Webber Gage Div. Subsidiária da The L.S. Starrett Co. e membro do conselho de normalização dos Estados Unidos da América.

Na Tabela 3.3. estão todas as classes de exatidão das normas analisadas e as respectivas tolerâncias para o

comprimento central.

Tabela 3.3. - Comparativo de classes de exatidão (Erro do Meio[µm]) Comprimento

Classe de exatidão Até 10 mm Até 25 mm Até 50 mm Até 75 mm Até 100mm

0.5 (GGG-G-15c) ±0,03 ±0,04 ±0,05 ±0,06 ±0,08 1 (GGG-G-15c) ±0,05 ±0,08 ±0,10 ±0,13 ±0,15 2 (GGG-G-15c) +0,10/-0,05 +0,15/-0,08 +0,20/-0,10 +0,25/-0,12 +0,30/-0,15 0 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) ±0,12 ±0,14 ±0,2 ±0,25 ±0,3 K e 0 (BS 4.311 Part. 1 e 3) ±0,12 ±0,15 ±0,2 ±0,25 ±0,3 3 (GGG-G-15c) +0,20/-0,10 +0,30/-0,15 +0,40/-0,20 +0,45/-0,22 +0,60/-0,30 K (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) ±0,2 ±0,3 ±0,4 ±0,5 ±0,6 1 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) ±0,2 ±0,3 ±0,4 ±0,5 ±0,6 1 (BS4311 Part. 1 e 3) ±0,25 ±0,3 ±0,4 ±0,5 ±0,6 2 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) ±0,45 ±0,6 ±0,8 ±0,1 ±1,2 2 (BS4311 Part. 1 e 3) ±0,5 ±0,6 ±0,8 ±0,1 ±1,2 3 (BS4311 Part. 3) +0,5/-1,0 +0,6/-1,2 +0,8/-1,6 +0,1/-2,0 +1,2/-2,4 4 (BS4311 Part. 3) +0,5/-2,0 +0,6/-2,4 +0,8/-3,2 +0,1/-4,0 +1,2/-4,8 b) Variação de comprimento

A variação de comprimento, popularmente conhecida como paralelismo, define-se como a diferença entre a medição máxima e a mínima do comprimento. Tal medição é feita medindo-se um ponto central e um em cada canto nas superfícies de medição a uma distância de 1,5mm das bordas. Caso sejam medidos pontos não coincidentes com os cantos, o usuário deve ser informado onde os pontos foram tomados (BS 4.311 Part. 1; 1993)(ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000).

A norma GGG-G-15c, especifica como variação de comprimento a medição em duas linhas ortogonais que passam pelo centro da superfície de medição, e a variação máxima de comprimento é dada pelo pior resultado obtido entre as duas linhas medidas (DOIRON & BEERS, 1995).

Segundo relato em entrevista concedida pelo Sr. David Friedal1

(1996): "Apesar da medição nos quatro cantos para quantificar a variação de comprimento máxima de um bloco, segundo as normas com reconhecimento internacional (ISO, DIN, JIS), ser mais abrangente e cobrir uma área maior que está sendo avaliado, as razões pelas quais medimos nas bordas através de linhas ortogonais, é o fato dos blocos serem utilizados, na maior parte das vezes, nesta condição. A exemplo disso, poderíamos dizer que quando calibramos um paquímetro, raramente ou nunca o faremos com o bloco-padrão apoiado entre os bicos de medição na posição diagonal".

A Tabela 3.4. resume os critérios de aceitação para a variação no comprimento com base nas normas analisadas

Tabela 3.4. - Tolerâncias admissíveis para variação no comprimento[µm] Comprimento

Classe / Norma Até 25mm Até 50mm Até 75mm Até 100mm

0.5 (GGG-G-15c) 0,03 0,03 0,03 0,03

1 (GGG-G-15c) 0,05 0,05 0,07 0,07

K (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 0,05 0,06 0,06 0,07

2 (GGG-G-15c) 0,10 0,10 0,10 0,10

0 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 0,10 0,10 0,12 0,12

3 (GGG-G-15c) 0,12 0,12 0,12 0,12

1 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 0,16 0,18 0,18 0,20 2 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 0,30 0,30 0,35 0,35

c) Planeza das superfícies de medição

Como pode-se observar na definição de comprimento de um bloco-padrão, usa-se uma superfície auxiliar para a

aderência deste bloco. Disso, não é difícil entender que a planeza seja de suma importância na medição do comprimento deste bloco.

A planeza da superfície de medição é definida por todas as normas analisadas como a menor distância entre dois planos paralelos, onde todos os pontos desta superfície de medição estão contidos. Nas Tabelas 3.5. e 3.6. estão as tolerâncias admissíveis para a planeza de superfícies de medição em função do comprimento e da classe de exatidão.

Tabela 3.5. - Tolerâncias para a planeza de blocos-padrão Tolerância para planeza [µm]

Classe de exatidão Comprimento Nominal [mm] K (00)1 0 1 2 0,5 ≤ ln≤ 150 2 0,05 0,10 0,15 0,25 150 < ln≤ 500 0,10 0,15 0,18 0,25 500 < ln ≤ 1.000 0,15 0,18 0,20 0,25 Observações:

1 _{A classe 00 somente é prevista na norma alemã (DIN 861}

Part. 1)

2

Comprimentos acima de 100 mm não são contemplados na Norma britânica (BS 4.311 Part. 1)

Tabela 3.6. - Tolerância para planeza segundo GGG-G-15c Tolerância para planeza [µm]

Classe de exatidão Comprimento Nominal [mm] 0.5 1 2 3 Até 50 0,03 0,05 0,10 0,12 50 < ln ≤ 100 0,03 0,07 0,10 0,12 100 < ln ≤ 200 - 0,07 0,10 0,12 200 < ln ≤ 500 - 0,10 0,12 0,15 O erro de planeza das superfícies de medição nos blocos com comprimento superior a 2,5mm não devem ser maiores que os valores admissíveis tabelados, estando ou não aderidos a um plano auxiliar, enquanto que os blocos com comprimento nominal até 2,5mm não devem exceder os valores especificados quando aderidos a um plano auxiliar com espessura não inferior a 11mm. Caso estes blocos não sejam aderidos, as superfícies de medição devem estar planas dentro de 4µm.

A partir dos dados mencionados nas tabelas, podemos concluir que os blocos de classe K e 0.5, por terem as suas faces mais planas que as demais classes de exatidão, tenha a aplicação mais nobre e sejam recomendados para empenharem o papel de padrão de referência no processo mecânico de calibração de outras classes.

d) Perpendicularidade entre as superfícies

O Erro de Perpendicularidade Ep, entre as superfícies de medição e as superfícies laterais, pode ser entendido como sendo o maior afastamento de um ponto particular na superfície lateral com relação a um plano ideal perpendicular a superfície de medição. A Figura 3.3. exemplifica este erro de perpendicularidade.

Figura 3.3. - Erro de Perpendicularidade (Ep). Este erro de perpendicularidade não afeta diretamente o comprimento do bloco-padrão, porém não devem exceder os valores estabelecidos nas normas. A Tabela 3.7. apresenta os valores máximos admissíveis para este erro.

Tabela 3.7. - Valores permissíveis para perpendicularidade entre as superfícies de medição e as superfícies laterais (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980) (BS 4.311 Part. 1; 1993)

Comprimento nominal [mm] Máximo admissível de Perpendicularidade [µmm] De 10 até 25 (de 0 a 25)1 50 Acima de 25 até 60 70 Acima de 60 até 150 2 100 Acima de 150 até 400 140 Acima de 400 até 1.000 180 Observações: 1

a BS 4.311 contempla comprimentos partindo do 0mm 2

os comprimentos na BS 4.311 vão até 100mm

Em complemento aos dados desta tabela a tolerância entre as superfícies laterais adjacentes não deve ser maior que 90°±10'. A norma GGG-G-15c (1.976) identifica como erro de perpendicularidade máximo entre qualquer superfície adjacente de 5', para qualquer comprimento de bloco-padrão.

e) Dimensões típicas da seção transversal

Os blocos possuem basicamente duas seções transversais e são divididas de acordo com o comprimento nominal como na Tabela 3.8 (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980) (BS 4.311 Part. 1; 1993) e na Tabela 3.9 (GGG-G-15c,1976).

Tabela 3.8. - Dimensões da secção transversal [mm] Comprimento nominal Largura nominal Erros máx. Admissíveis Altura nominal Erros máx. Admissíveis Até 10 30 De 10 a 1.000 35 0 -0,3 9 -0,05 -0,20 Tabela 3.9. - Dimensões da secção transversal [mm] Comprimento nominal Largura nominal Erros máx. Admissíveis Altura nominal Erros máx. Admissíveis Até 0,3 20 De 0,3 a 10 30 De 10 a 500 35 ±0,2 9 ±0,1 f) Aderência

Aderência de blocos-padrão é a propriedade que duas superfícies planas e polidas (com mesmo acabamento) possuem em associarem entre si, sem qualquer agente colante. Considerada uma das características mais importantes do bloco-padrão, a aderência possibilita montagens sucessivas de blocos, comumente conhecido como pilha de blocos, gerando "qualquer comprimento" que se deseja.

Virtualmente, pode se afirmar que o comprimento da pilha gerada pela associação de blocos tem o mesmo comprimento que a soma dos comprimentos individuais dos blocos que a compuseram. Porém, as normas mencionam que quando medido através do laser interferométrico, o comprimento do bloco-padrão inclui o comprimento desta camada que se encontra entre o bloco-padrão e a superfície plana auxiliar.

Desta forma, se o comprimento desta camada for quantificado pode-se corrigir o valor do comprimento da montagem, acrescentando o número de vezes ao valor da pilha.

O fenômeno da aderência pode ser abordado sob algumas teorias (WEBBER, 2000):

1ª) a tensão da superfície pelo óleo remanescente, atua sobre o bloco como um adesivo que os mantém aderidos. 2ª) a ação do deslizamento de um bloco em relação a outro com uma leve pressão faz com que a pequena película de óleo e o ar sejam expulsos do interstício existente entre eles, formando ali uma pressão negativa, vácuo. Com a pressão atmosférica agindo em torno dos blocos faz com que se mantenham "colados".

3ª) quando duas superfícies com acabamento especular e plano são sobrepostas, elas permitem a atração atômica entre si através da troca de elétrons criando assim uma forca molecular, isto somente é possível em vácuo absoluto ou na ausência completa de óleo entre as superfícies de medição.

g) Rugosidade das superfícies de medição

A rugosidade superficial está diretamente ligada ao nível de exatidão dos blocos-padrão e, como foi mencionado, à capacidade de aderência a outro bloco-padrão. Outro fator importante é que quando se fala em calibração com laser interferométrico, quanto menor a rugosidade superficial, melhor será o resultado da calibração (GGG-G-15c, 1976)(DOIRON & BEERS, 1995).

A rugosidade da superfície de medição do bloco-padrão deve ser determinada pela média aritmética da rugosidade ou o máximo predominante do pico-a-pico conforme a Tabela 3.10, extraída da norma americana (GGG-G-15c, 1976).

Tabela 3.10. - Rugosidade das Superfícies de Medição Rugosidade superficial [µm] Classe de

exatidão Pico-a-Pico Média Aritmética

0,5 0,07 0,02

1 0,07 0,02

2 0,10 0,03

3 0,10 0,03

h) Rastreabilidade a padrões nacionais

A rastreabilidade é a garantia de que o comprimento de um bloco tem reconhecimento científico-legal através de uma hierarquia consistente até o padrão nacional de comprimento, que por sua vez foi calibrado contra um padrão reconhecido mundialmente.

De forma genérica, as normas técnicas referenciam uma rastreabilidade obrigatória para blocos-padrão, com o objetivo de se ter credibilidade e confiabilidade sobre os resultados.

Porém, de forma mais clara e objetiva, as normas americana e britânica relatam que na impossibilidade do fabricante ou por qualquer motivo não seja aceita a calibração dos blocos por algum laboratório, que os blocos sejam calibrados em órgãos oficiais do governo ou nos laboratórios que tenham o reconhecimento formal pelo

governo. Em adição, a norma britânica cita o provedor de credenciamento de laboratórios (NAMAS).

i) Processos de calibração

Dois são os processo de calibração de blocos-padrão mencionados em todas as normas técnicas, um usando tecnologia laser e outro por comparação mecânica, ambos possuindo particularidades distintas.

Com laser interferométrico devem ser observados alguns parâmetros ambientais como temperatura de 20ºC, pressão atmosférica padrão de 101325Pa = 1,01325bar, controle na pressão padrão de vapor d'água de 1333Pa e 0,03% de dióxido de carbono no ambiente, fatores que influenciam nos resultados finais da calibração.

Por outro lado, pelo processo mecânico de medição, além da temperatura, outros fatores inerentes ao processo, como por exemplo as constantes físicas dos blocos de referência e do calibrado, são conhecimentos primordiais para a credibilidade do resultado final.

Quando se executa a calibração de blocos com comprimento superior a 100mm recomenda-se que seja feito na horizontal, bi-apoiada, a uma distância de 0,2115 x comprimento nominal das extremidades. Caso seja na vertical, deve ser compensado a compressão (encurtamento no comprimento) devida à massa do bloco (GGG-G-15c, 1976).

A calibração pelo processo mecânico de contemplar o erro do meio, tomado no centro da superfície de medição, e a variação do comprimento com a medição dos 4 cantos, a uma distância de 1,5mm das bordas, se diferente deve ser informado no certificado onde ocorreu a medição (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980)(BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993).

j) Certificado de calibração

Para o processo de calibração com laser interferométrico é recomendado informar no certificado qual face foi aderida

e qual o coeficiente de expansão térmica utilizado para as correções (DIN 861 Part. 1, 1980).

Já pelo processo mecânico o certificado deve conter todas informações necessárias de forma a não trazer duplas interpretações. É imprescindível informar o comprimento central, a incerteza estimada associada, rastreabilidade e o coeficiente de expansão térmica utilizado para as correções de dilatação e contração (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997). Além destas informações, outros dados complementares são desejáveis, tais como: informações do conjunto calibrado, rastreabilidade a padrões nacionais, data de emissão e assinatura autorizada (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993) além de informar qual foi a superfície de medição apoiada na mesa de medição. (DIN 861 Part. 1, 1980)(GGG-G-15c, 1976). Após a correção de todas as influências e erros inerentes à calibração, os blocos devem ser reclassificados e o conjunto de blocos deverá ser rotulado em uma classe de exatidão pelo pior resultado apresentado no certificado de calibração deste conjunto (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993).

k) Incerteza de medição associada ao comprimento As normas GGG-G-15c e a BS 4.311 Parte 1 possuem parâmetros sobre máxima incerteza de medição associada às classes de exatidão dos blocos. Nas Tabelas 3.11 e 3.12 estão os valores de incerteza de medição máxima. Enquanto que as demais normas analisadas, mencionam que a informação sobre incerteza de medição deve ser fornecida no certificado de calibração.

Tabela 3.11. - Incerteza de medição de comprimento dos blocos (BS 4.311 Parte 1)

Classe de Exatidão [µm] Comprimento Nominal [mm] K 0,1 e 2 Até 10 0,03 0,08 De 10 a 25 0,04 0,10 De 25 a 50 0,06 0,12 De 50 a 75 0,07 0,15 De 75 a 100 0,09 0,18

Tabela 3.12. - Incerteza de medição de comprimento planeza e paralelismo de blocos [µm] (GGG-G-15c, 1.976)

Classe de Exatidão 0.5 1 2 3 Comprimento Nominal [mm] Comprimento do meio Planeza e paralelismo Comprimento do meio Planeza e paralelismo Comprimento do meio Planeza e paralelismo Comprimento do meio Planeza e paralelismo Até 100 _{0,03 0,03 0,05 0,03 0,05 0,03 0,05 0,05} De 100 a 200 _{- 0,07 0,03 0,15 0,03 0,15 0,05} De 200 a 300 _{- 0,10 0,03 0,20 0,03 0,20 0,05} De 300 a 500 _{- 0,12 0,03 0,25 0,03 0,25 0,05}

3.1. Outras Características Normalizadas:

Em alguns casos, as normas não se limitam exclusivamente ao tratamento das questões técnicas (construção e requisitos de qualidade) do objeto em questão, fazendo menção sobre quantas peças devem ser fornecidas em jogos padronizados, sobre prevenção ao uso indevido, sobre a recuperação das superfícies de medição que sofram avarias pelo uso, sobre a forma e o tipo de embalagem, sobre a periodicidade de calibração em função da classe de exatidão e sobre a padronização de acessórios (GGG-G-15c, 1976) (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993).

Outras, entretanto, fornecem informações específicas como a radiação do laser estabilizado por absorção saturada e radiação de lâmpadas espectral (JIS B 7.506, 1997).

4. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES

Como evidenciado nas normas técnicas, a qualidade metrológica dos blocos sofre influência direta por dois principais parâmetros: valor central e variação no comprimento do bloco.

Tendo em vista que o bloco-padrão é o meio de transferência de comprimento mais usual no processo produtivo, devido à flexibilidade de geração de “qualquer comprimento” através da montagem, é de suma importância que o usuário busque o tipo ou a classe de exatidão que seja adequado à sua aplicação.

Outro fator importante para a tomada de decisão na compra é quanto às incertezas de medição que serão fornecidas juntamente com os blocos.

Entretanto, é necessário também que o usuário assuma seu papel na responsabilidade por mantê-los em bom estado de conservação, observando as recomendações dos fabricantes quanto às precauções ao uso indevido e manutenção dos blocos.

Apesar do pequeno número de normas avaliadas, se comparado ao universo da normalização de blocos-padrão, estima-se que entre estas normas analisadas, estão as principais, uma vez que o maior número de fabricantes destes padrões estão localizados nestes países. Ainda podemos deduzir que as demais normas produzidas em outros países também possuam o mesmo cunho representativo, se não muito próximo do que se publica pela ISO, uma vez que ela é internacional.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

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