CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CARLOS HENRIQUE CORADIN FELIPE PIETROVSKI
APLICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO GEOMÉTRICO E
TOLERANCIAMENTO (GD&T) NO PROJETO DE FERRAMENTAS
PARA MOLDAGEM POR INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA 2016
APLICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO GEOMÉTRICO E
TOLERANCIAMENTO (GD&T) NO PROJETO DE FERRAMENTAS
PARA MOLDAGEM POR INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
Projeto de Pesquisa apresentada à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2 do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como requisito parcial para aprovação na disciplina.
Orientador: Prof. Walter Luís Mikos, Dr. Eng. Mec.
CURITIBA 2016
Por meio deste termo, aprovamos a monografia do Projeto de Pesquisa "APLICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO GEOMÉTRICO E TOLERANCIAMENTO (GD&T) NO PROJETO DE FERRAMENTAS PARA MOLDAGEM POR INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS", realizado pelo aluno(s) CARLOS HENRIQUE CORADIN e FELIPE PIETROVSKI, como requisito para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Prof. Walter Luís Mikos
Departamento Acadêmico de Mecânica, UTFPR – Câmpus Curitiba. Orientador
Profª. Maria das Graças Contim Garcia Pelisson
Departamento Acadêmico de Mecânica, UTFPR – Câmpus Curitiba. Avaliador
Prof. João Vicente Falleiro Salgado
Departamento Acadêmico de Mecânica, UTFPR – Câmpus Curitiba Avaliador
Curitiba, 16 de Junho de 2016.
Dedicamos esse trabalho de conclusão de curso a todos aqueles que nos incentivaram e apoiaram, em especial a nossos pais que nos financiaram durante a graduação e nos ensinaram os princípios da vida.
dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T) de ferramentas para moldagem por injeção de termoplásticos. 2016. 119 p. Trabalho de Conclusão de Curso – Bacharelado em Engenharia Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Paraná, Curitiba, 2016.
Para manter-se competitiva no mercado atual uma empresa, imprescindivelmente, deve adotar métodos mais sofisticados para a produção de bens e serviços, visando custos menores e qualidade superior. Além disso, esses produtos precisam ser desenvolvidos em tempos cada vez menores. Neste sentido, este trabalho busca contribuir para aplicação sistemática do Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento (GD&T) em projetos de ferramentas para moldagem por injeção de termoplásticos. Dentro desta perspectiva, o trabalho apresenta um estudo de caso do projeto de ferramenta para moldagem por injeção de termoplástico desenvolvido por uma empresa do Paraná. O estudo envolve a aplicação do processo de dimensionamento geométrico e seu respectivo toleranciamento na fase de projeto detalhado da ferramenta de moldagem por injeção, bem como identificar a contribuição deste processo para a melhoria do projeto, considerando os problemas que ocorrem na montagem dos elementos da ferramenta. O trabalho simula o tempo de fabricação para o GD&T e o tempo de fabricação de para o CD&T, e todas as peças que foram aplicadas as tolerâncias geométricas tiveram o seu maior.
Palavras-chave: Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento; GD&T; Ferramentas para Moldagem por Injeção de Termoplásticos.
dimensioning and tolerancing tools (GD & T) for thermoplastics injection. 2016. 119 p. Final Year Research Project – Bachelor in Mechanical Engineering, Federal University of Technology – Paraná, Curitiba, 2016.
A company to remain competitive in the current market scenario, indispensably, should enhance its production methods of goods and services in order to reduce costs and increase quality. Moreover, these products require to be manufactured in shorter times. In this sense, the current study aims to contribute to systematic application of geometric dimensioning and tolerancing (GD&T) in project tools for injection molding of thermoplastics. Thus, the present study case adresses a tool for thermoplastic injection molding developed by a company of Paraná. The project comprises the application of geometric dimensioning process and its respective tolerancing in detailed design stage of the injection molding tool and to identify the contribution of this process to improve the project, considering the issues that occur in the assembly of the tool elements.
Key words: Geometric dimensioning and tolerancing; GD&T; Tools for molding Thermoplastic Injection.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Ferramenta de moldagem de injeção de termoplástico ... 15
Figura 2- - Exemplo de aplicação do sistema de cotagem CD&T peçailustrativa ... 25
Figura 3 - Exemplo de aplicação do sistema de cotagem GD&T peça ilustrativa ... 26
Figura 4 - Representação gráfica de rugosidade média Ra ... 34
Figura 5 - Representação gráfica de rugosidade média Rz ... 34
Figura 6 - Etapas do estudo ... 38
Figura 7 - Metodologia para desenvolver o molde ... 39
Figura 8 - Desenho de conjunto molde ... 45
Figura 9 - Imagem do reator injetado ... 46
Figura 10 - Coluna do molde montada ... 46
Figura 11 - Bucha do conjunto extrator ... 47
Figura 12 – Coluna conjunto extrator ... 48
Figura 13 - Bucha guia ... 49
Figura 14 - Coluna lisa ... 50
Figura 15 - Pino Extrator ... 51
Figura 16 - Desenho Placa Base Superior CD&T ... 54
Figura 17 - Desenho Placa Base Superior GD&T ... 55
Figura 18 - Desenho Placa Base Inferior CD&T ... 58
Figura 19 - Desenho Placa Base Inferior GD&T ... 59
Figura 20 - Desenho Espaçador CD&T ... 62
Figura 21 - Desenho Espaçador GD&T ... 63
Figura 22 - Desenho Placa Extratora Inferior CD&T ... 66
Figura 23 – Desenho Placa Extratora Inferior GD&T ... 67
Figura 25 - Desenho Contra Placa Extratora GD&T ... 72
Figura 26- Desenho Placa Suporte CD&T ... 76
Figura 27 - Desenho Placa Suporte GD&T ... 77
Figura 28 - Desenho Placa P1 CD&T ... 80
Figura 29 - Desenho Placa P1 GD&T ... 81
Figura 30 - Desenho Placa P2 CD&T ... 85
Figura 31 - Desenho Placa P2 GD&T ... 86
Figura 32 - Desenho CD&T Placa Macho ... 88
Figura 33 - Desenho Placa Macho GD&T ... 89
Figura 34 - Desenho Matriz CD&T ... 91
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Descrição dos componentes do molde ... 16
Tabela 2 - Tolerância Geométrica de Forma ... 26
Tabela 3 - Tolerância Geométrica de Orientação ... 28
Tabela 4 - Tolerância Geométrica de Batimento ... 29
Tabela 5 - Tolerância Geométrica de Posição ... 30
Tabela 6 - Tabela ISO 2768 Tolerâncias gerais para dimensões de comprimento e de ângulos ... 32
Tabela 7 - Associação recomendada entre valores de rugosidade e graus de tolerância ISO ... 35
Tabela 8 - Rugosidade de superfícies possíveis de obter em operações de usinagem ... 35
Tabela 9 - Tolerâncias e ajustes ISO 6158 ... 36
Tabela 10 - Tempos de usinagem pelo método CD&T ... 95
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÔNIMOS
2D Duas Dimensões
3D Três Dimensões
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ABIPLAST Associação Brasileira da Indústria do Plástico CD&T Classical Dimensioning and Tolerancing CNC Comando Numérico Computadorizado GD&T Geometrical Dimensioning and Tolerancing ISO International Organization for Standardization
Ra Roughness Average
SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 13 1.1 Contexto do Tema 14 1.2 Caracterização do Problema 14 1.3 Objetivos 18 1.3.1 Objetivo Geral 18 1.3.2 Objetivos Específicos 18 1.4 Justificativa 19 1.5 Plano da Monografia 201.6 Apresentação da empresa parceira de projeto 20
2 Fundamentação Teórica 21
2.1 Importâncias do Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento (GD&T) 21
2.2 Importância do Setor de Transformação de Plásticos 22
3 conceitos e definições 24
3.1 Sistema Clássico de Dimensionamento Cartesiano 24
3.2 Toleranciamento e Dimensionamento Geométrico GD&T 25
3.3 Datum 31 3.4 Máximo material 31 3.5 Mínimo material 32 3.6 Tolerâncias gerais 32 3.7 Parâmetros de rugosidade 33 3.7.1 Rugosidade média Ra 33 3.7.2 Rugosidade média Rz 34
3.8 Sistema de tolerâncias e ajustes NBR 6158 36
3.9 Norma DIN 912 37
3.10 Edgecam 37
4 METODOLOGIA 38
4.1 Descrição das etapas da metodologia 38
4.2 Metodologia para desenvolvimento do molde 39
4.2.1 Modelagem 3D adotada no projeto 39
4.2.2 Desenho 2D 40
4.2.3 Programação CNC 41
4.2.4 Fabricação dos componentes 41
4.2.5 Montagem dos componentes 42
4.3 Justificativa da Metodologia 42
4.4 Produtos do Projeto 43
5 resultados e discussões 44
5.1 Itens comerciais 47
5.1.1 Bucha do conjunto extrator. 47
5.1.2 Coluna do Conjunto extrator 48
5.1.3 Bucha Guia 49
5.1.4 Coluna lisa 50
5.1.5 Pino extrator 50
5.2 Placa Base Superior 51
5.3 Placa Base Inferior 56
5.5 Placa Extratora Inferior 64
5.6 Contra Placa Extratora 68
5.7 Placa Suporte 73
5.8 Placa P1 78
5.9 Placa P2 82
5.10 Placa Macho 87
5.11 Placa Matriz 90
5.12 Comparação dos resultados 93
6 Estimativa dos custos de usinagem 95
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS 98
1 INTRODUÇÃO
A crescente exigência do cliente em termos de custo, qualidade e tempo de entrega, força as organizações a desenvolver projetos com maiores níveis de qualidade das especificações dos seus produtos.
O principal desafio da engenharia é o desenvolvimento de projetos voltados para a fabricação de melhores produtos, com tempo de entrega reduzido, excelência de qualidade, mais acessíveis, mais robustos e com produtos personalizados, os quais se destacam na grande concorrência que o mercado se encontra.
Esse comportamento pode ser claramente constatado nas grandes mudanças aplicadas aos modelos de desenvolvimento de produto no ambiente de engenharia. Inicialmente eram seguidos modelos lineares, pouco confiáveis, com baixo nível de especificação, gerando informações suscetíveis a erros afirma Zilio et al. (2014).
Neste cenário, o principal direcionamento destas melhorias vem sendo a melhor integração dos recursos de desenvolvimento nos processos de desenvolvimento de produto mediante práticas como engenharia simultânea, projeto para manufatura e parceria com fornecedores afirma Hausch (2009).
A necessidade cada vez maior das empresas em se destacarem eleva o nível de qualidade dos produtos, obrigando a trabalhar folgas com dimensões nominais e tolerâncias cada vez mais “apertadas” e variações dimensionais de componentes sob controle.
Neste contexto o conceito de desenvolvimento sistêmico e disciplinar é inserido como ferramenta para auxiliar o desenvolvimento de novos produtos e processos, sob o foco da qualidade dimensional.
Na indústria de transformados plásticos no Brasil, o segundo processo mais utilizado é a moldagem por injeção, com participação de 32,4% dos processos produtivos utilizados na produção de transformados plásticos (Abiplast, 2014), dados fornecidos pela associação Brasileira da indústria do Plástico. Esse processo compreende detalhes muito específicos como furos, roscas e encaixes perfeitos os quais necessitam de tolerâncias muito bem definidas.
1.1 Contexto do Tema
Na indústria atual cada vez mais competitiva, reduzir custos é primordial para manter-se competitivo no mercado. Uma maneira de alcançar este objetivo é evitar falhas de produção, e no setor de ferramentaria, componentes com tolerâncias bem definidas e um sistema de cotagem correta ajuda a evitar falhas e podem implicar diretamente no custo final do produto.
Um estudo precedente ao projeto de ferramentas para moldagem por injeção de termoplástico é essencial para diminuição de custos, visto que 75% do custo total do produto são atribuídos a decisões feitas na fase conceitual e na fase preliminar, afirmam Dantal et al. (2008) Apud Abackerli e Camargo (2010), neste contexto, é de suma importância controlar a geometria e as dimensões dos diferentes elementos que compõem uma ferramenta de moldagem, para minimizar problemas em sua fabricação e, posteriormente, montagem desses elementos.
Dentro desta perspectiva, a utilização das práticas de Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing), visam,em essência, aumentar, significativamente, a montabilidade das peças em comparação com as práticas Dimensionamento Clássico ou cotação cartesiana (CD&T –Classical Dimensioning and Tolerancing). Afirmam Oliveira et al. (2012).
1.2 Caracterização do Problema
De acordo com dados da Abiplast (2014), 32,4% dos componentes de plásticos são fabricados mediante processos de moldagem por injeção. Para se realizar a injeção são necessários ferramentas ou moldes que são componentes mecânicos complexos compostos por bases, cavidades, pinos extratores e furos guias.
Um projeto mal executado por conter erros de dimensionamento e toleranciamento e esses erros podem comprometer as etapas de fabricação e montagem do molde. Assim, a fase de projeto detalhado demanda grande atenção, pois todas as etapas posteriores a elas podem ser prejudicadas. Neste sentido, Silva (2012) afirma que as indústrias japonesas são as que gastam mais tempo durante a etapa de projetos.
Durante a montagem de um molde de injeção é comum ocorrer erros entre a coluna e os furos da base do molde, esses erros são causados por furos fora de posição e com tolerâncias mal especificadas, logo ter furos com dimensionamento e uma tolerância adequada evita desperdícios.
O correto dimensionamento funcional pode evitar desperdícios significativos de recursos, por ter componentes que estão fora da tolerância especificada pelo método cartesiano, gerando o refugo dos mesmos, mas que poderiam ser montados, e não comprometendo a qualidade final do molde, além do dimensionamento cartesiano, percebe-se a necessidade de relacionar os componentes entre si, o que só é proporcionado com o uso correto do GD&T.
Na Figura 1apresenta-se uma ferramenta de moldagem para injeção e pode-se notar que a ferramenta é um componente complexo composto por diversas peças interdependentes.
Figura 1 - Ferramenta de moldagem de injeção de termoplástico Fonte: Autoria própria (2016)
Tabela 1 - Descrição dos componentes do molde Item Descrição 1 2 3 4 5
Placa Base superior Placa P1 Placa P2 Placa suporte Espaçadores 6 7 8
Placa base inferior Contra placa extratora Placa extratora
Fonte: Autoria própria (2016)
Na sequência será explicado todas as partes do molde.
Placa base superior é a placa que fica em contato direto com a placa da máquina injetora do seu lado fixo. Ou seja, do lado onde acontece à injeção na qual está o canhão de injeção, ela possui abas com objetivo de fixar o molde de injeção na máquina injetora.
Placa P1 é a placa onde são alojadas as matrizes do molde.
Placa P2 é a placa onde são alojados os machos das cavidades do molde de injeção.
Placa suporte é uma placa que auxilia na estrutura do molde de injeção para que possivelmente não ocorra o empenamento do molde.
Espaçadores têm como função principal garantir o curso livre, para que o conjunto extrator possa se movimentar e extrair o produto da cavidade.
Placa base inferior possui a mesma função da placa base superior, porém ela está em contato com a máquina injetora, porém com o lado móvel da máquina injetora, ou seja, o lado que se movimenta para que o molde possa abrir e fechar e
extrair o produto. Ela também possui abas que fixam o outro lado do molde na máquina injetora.
A placa P1 e a placa base superior compõe a parte fixa do molde. E todo restante compõe a parte móvel.
Sistema de extração é composto por duas placas, contra placa extratora e placa extratora, este conjunto extrator após o ciclo de injeção ter terminada, entra em movimento sendo acionado pela máquina injetora e então faz com que o produto possa se destacar das cavidades isto por que neste conjunto extrator são colocados pinos cilíndricos que atravessam todo molde e quando as placas se movimentam para frente e para trás esses pinos levantam e abaixam fazendo com que o produto seja extraído das cavidades.
Para garantir uma perfeita funcionalidade do molde, é necessário que o molde esteja totalmente alinhado, ou seja, é necessário que o molde esteja colunado. São as colunas que irão garantir toda esta centralização das placas umas com as outras e também a centralização das cavidades que estão alojadas dentro das placas P1 e P2.
Entre as placas P1 e P2 existe uma coluna e uma bucha, ou seja, o alinhamento serve para alinhar estas duas placas e garantir com que as cavidades que estão alojadas dentro das placas estejam também alinhadas.
No conjunto extrator possui buchas e também uma coluna que parte da placa suporte, o colunamento do conjunto extrator tem a utilidade de fazer com que a placa extratora e contra extratora possam subir e descer para extrair o produto estando sempre alinhadas.
O presente trabalho buscou responder a questão de pesquisa: como aplicar de modo sistemático o Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento (GD&T) em projetos de ferramentas para moldagem por injeção de termoplásticos?
1.3 Objetivos
O trabalho tem a finalidade contribuir para a redução de desperdícios de recursos materiais e tempo que podem ocorrer na fabricação de ferramentas de moldagem por injeção de termoplásticos devido a erros de projeto.
1.3.1 Objetivo Geral
Demonstrar que a aplicação sistemática do processo de dimensionamento geométrico e seu respectivo toleranciamento (GD&T) na fase de projeto detalhado da ferramenta de moldagem por injeção, pode contribuir para o processo na melhoria do projeto, considerando os problemas que ocorrem na montagem dos elementos da ferramenta.
1.3.2 Objetivos Específicos
Para demonstrar a aplicação sistemática do processo de dimensionamento geométrico e seu respectivo toleranciamento (GD&T) é necessário um entendimento profundo das práticas de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T), para isso os seguintes objetivos específicos devem ser atingidos:
Estudar as práticas de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing) aplicadas ao projeto dos elementos da ferramenta de moldagem por injeção de termoplásticos e compará-las com a prática de dimensionamento clássica (CD&T – Classical Dimensioning and Tolerancing).
Desenvolver um estudo de caso prático para aplicação sistemática da prática de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing) em uma empresa do Paraná.
o Analisar o desenvolvimento do modelo sólido 3D em software de projeto auxiliado por computador, bem como analisar o desenvolvimento dos desenhos de fabricação 2D considerando as práticas de dimensionamento CD&T, gerados pela empresa.
o Desenvolver o desenho de fabricação 2D com a aplicação da prática de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing).
o Aplicar a cadeia de cotas no conjunto extrator.
1.4 Justificativa
Como pode-se notar, a utilização de produtos plásticos vem tendo um crescimento considerável na indústria Brasileira, de acordo com dados estatísticos da Associação Brasileira da Indústria do Plástico (Abiplast, 2014), o Consumo Aparente de Transformados Plásticos no Brasil foi cerca de 5,82 toneladas em 2007 e 7,24 toneladas em 2014, mostrando uma grande evolução na utilização destes produtos. Visto a importância econômica de tais produtos, onde tiveram um crescimento monetário de 15,95% na economia de tal atividade, passando de 56,81 bilhões de reais em 2007 para 65,87 bilhões de reais em 2014, ressaltando que a utilização de plásticos na indústria automobilística vem crescendo significativamente, chegando a 15% da produção total em 2014.
Dentro desse cenário, peças de aço em veículos vêm sendo substituídas por materiais plásticos, os quais possibilitam designers modernos, redução de peso, aumento da segurança, redução de custos e tempo de produção, além de ser imune à corrosão. Faz-se necessário assegurar a expansão do processamento, desenvolvendo corretamente ferramentas de moldagem dos produtos garantindo a qualidade de sua fabricação comentam Fagotti e Resende (2012).
Dantal et al. (2003) apud Abackerli e Camargo (2010), explanam que na fase de projeto, os parâmetros de tolerâncias são os elementos chave para performance do projeto funcional e estão diretamente relacionado aos custos de produção. Também afirmam Dantal et al. (2008) apud Abackerli e Camargo (2010), que os custos atribuídos a decisões feitas na fase conceitual e na fase preliminar do projeto somam mais de 75% do custo total do produto. As decisões e informações estabelecidas durante estas fases têm notável impacto nas fases conseguintes, sendo que nas fases iniciais do projeto apontam para o uso de metodologias que permitem o gerenciamento das informações, avaliação da manufaturabilidade e
produtividade, planejamento preliminar do processo e estimativa do custo do produto.
1.5 Plano da Monografia
O trabalho foi divido em sete capítulos, o primeiro apresenta os motivos que levaram a realizar o trabalho e a caracterização do problema, assim como os objetivos do trabalho. No segundo é apresentada uma fundamentação teórica do trabalho, apresentado a importância do GD&T e também a importância do setor de plástico na economia.
No terceiro são apresentados os conceitos e definições que serão necessários para a compreensão do trabalho. No quarto capítulo é apresentada a metodologia que foi utilizada para a realização do trabalho. No quinto capítulo são apresentados os resultados e discussões, nesse capítulo estão todos os desenhos com CD&T e GD&T. No sexto capítulo é apresentado uma estimativa de tempo de usinagem para o CD&T e GD&T. E no sétimo capítulo são feitas as considerações finais.
1.6 Apresentação da empresa parceira de projeto
O trabalho será realizado em conjunto com uma empresa, a empresa irá fornecer o projeto do molde para a aplicação do sistema GD&T, assim como fornecer os desenhos 2D com o sistema CD&T.
Instalada em uma área de 3.000 m2 em Campina Grande do Sul no estado do
Paraná, a empresa atua no setor industrial, desenvolvendo projetos mecânicos, automação e elétricos. A empresa tem seu setor de fabricação que é composto por um torno CNC, um centro de Usinagem CNC, um torno convencional e uma fresadora convencional.
A empresa tem uma metodologia de trabalho onde o cliente apresenta uma necessidade ou problema, em seguida é realizado um estudo prévio e posteriormente um orçamento, caso o solicitante aprove o orçamento é desenvolvido um projeto detalhado que envolve uma modelagem 3D, feita a modelagem é realizado o detalhamento em 2D. Com a aprovação final do cliente é iniciada a fabricação, terminada é dado o inicio na etapa de montagem e posteriormente a entrega do produto final ao cliente
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nesta seção será apresentada uma breve fundamentação teórica sobre o tema, compreendendo tanto a prática GD&T na fabricação de componentes quanto a aplicação desta prática em trabalhos correlatos, bem como a importância e desenvolvimento do setor de transformação de plástico na indústria nacional. Destaca-se que uma revisão mais abrangente será desenvolvida durante o desenvolvimento do trabalho.
2.1 Importâncias do Dimensionamento Geométrico e Toleranciamento (GD&T)
Abackerli e Camargo (2010) revelam que a engenharia dimensional é uma ferramenta que tem como função orientar o uso correto de um sistema de tolerâncias. Os autores concluíram que o uso de um sistema de tolerância possibilita as empresas atingirem uma excelência de projeto de produto e de fabricação do componente.
Silva (2012) desenvolveu um trabalho interessante, no qual foram determinadas as tolerância para a fabricação de uma ferramenta para a estampagem de um componente metálico. As tolerâncias da ferramenta de estampagem foram definidas a partir da espessura da chapa a ser estampada. Ainda, de acordo com Silva (2012), os japoneses são que mais gastam tempo na etapa de projeto, porém eles diminuem o tempo na etapa de montagem e teste da ferramenta. Silva (2012) cita que as tolerâncias devem ser analisadas e definidas na etapa de projeto.
Oliveira et al.(2012) apresentaram uma análise da montabilidadede componentes a partir das práticas de dimensionamento CD&T e GD&T, na qual uma lamina de corte para nylon foi projetada considerando ambas as práticas de dimensionamento e, posteriormente, foram fabricadas 20 laminas de corte. Após a fabricação os autores comparam os aspectos de montagem das peças; para o sistema CD&T observaram que 55% das peças estariam dentro do especificado e poderiam ser montadas, já para o GD&T, 80% das peças estariam dentro do especificado. Tiveram como resultado um aumento de 57% da área de tolerância. A
principal conclusão dos autores foi que sistema CD&T é o mais usado, porém oferece tem uma montabilidade menor se comparado com o GD&T.
Para Zilio et al. (2014) “O principal desafio da engenharia é o desenvolvimento de projetos voltados para a fabricação dos produtos, convertendo as necessidades dos clientes em especificações claras e consistentes”.De acordo com Zilio et al. (2014) o sucesso de um produto está relacionado com as especificações do projeto. No estudo apresentado os autores aplicaram a prática de dimensionamento GD&T em um projeto de para-brisa de ônibus, após a fabricação do para-brisa usaram um braço de medição tridimensional para comparar o resultado do produto com o do projeto, o resultado do produto deu fora da margem de tolerância proposta pelo projeto. O resultado se deu fora da margem de tolerância segundo o autor foi pelo fato de não existir uma comunicação adequada entre os setores da empresa que desenvolveu o produto, deveria existir uma departamentização dentro da empresa.
Krulikowski (1994), o desenho 2D é uma ferramenta de comunicação entre o engenheiro de projeto e a manufatura, nele estão contidas informações de dimensões e tolerâncias da peça. No desenho estão presentes figuras, símbolos, palavras e números, tudo isso faz parte do desenho. Ainda de acordo com Krulikowski (1994) desenhos com informações faltantes podem gerar custos indesejáveis para a organização, erros do desenho impactam na fabricação. Desenhos incorretos têm como consequência tempo perdido, desperdício de material e capital além de deixar o consumidor desapontado.
2.2 Importância do Setor de Transformação de Plásticos
De acordo com Fagotti e Rezente (2012), a substituição de peças de aço por polímeros tem crescido nos últimos anos e a tendência é de crescimento continuo. Os mesmos autores revelam que para um crescimento contínuo é necessário uma expansão do processamento desses polímeros. O desenvolvimento correto de ferramentas de modelagem irá garantir qualidade das peças fabricadas pelo molde. De acordo com os autores, ainda, para desenvolver uma ferramenta de moldagem de injeção é necessário estudo da peça a ser fabricada, e o trabalho nunca deve ser feito por uma única pessoa. O estudo prático de Fagotti e Rezente (2012) corrigiu
uma falha na peça injetada. O defeito era a não formação de um ressalto, para solucionar o defeito foi desenvolvido um novo pino extrator.
Os dados apresentados pela Abiplast (2014) indicam 11.590 empresas e 352.249 empregados ligados ao setor de plásticos no Brasil. Do total de plásticos produzidos no Brasil 16% são utilizados na construção civil e 15% na indústria automobilística. Do total da produção de componentes de plásticos, 32,4% são produzidos pelo processo de moldagem por injeção.
De acordo com o exposto acima é possível perceber a importância do estudo de dimensionamento geométrico e seu respectivo toleranciamento sendo um desafio tanto para o setor industrial quanto para o acadêmico.
3 CONCEITOS E DEFINIÇÕES
Neste capítulo foi realizada uma revisão de conceitos considerados importantes e definições que irão ajudar a compreender o presente trabalho.
3.1 Sistema Clássico de Dimensionamento Cartesiano
O Sistema Clássico de Dimensionamento Cartesiano ou (CD&T) é o mais antigo que existe. Segundo Zilio et al. (2014) o sistema surgiu na Revolução Industrial para a fabricação de componentes e é usado até hoje. Com o tempo demandou a necessidade de tolerâncias e ajuste para a montagem de peças cambiáveis. Para Krulikowski (1994) é um sistema na qual a peça é definida por dimensões retangulares, ou seja, usa-se um plano cartesiano para cotar a peça. As tolerâncias são colocas nas dimensões que necessitam e individualmente não levanto em conta a sua atuação no conjunto.
Podemos notar que esse sistema é menos rigoroso e não leva em consideração a função que o componente irá desenvolver na máquina. Talvez esse sistema não apresente uma boa precisão pelo fato de ser o primeiro a ter sido desenvolvido e ser o mais antigo onde o processo de fabricação não apresentava uma precisão satisfatória.
A Figura 2 apresenta uma peça com furo de diâmetro 20 milímetros com tolerância h7, o furo deve estar posicionado em um retângulo com dimensões 0,2 x 0,1 milímetros, podemos notar que não existe qualquer referência em relação ao alinhamento da peça para fabricação assim como as definições de Datum. Todas as dimensões com tolerâncias são realizadas usando a referência mais ou menos no Sistema Clássico de Dimensionamento Cartesiano.
Figura 2- - Exemplo de aplicação do sistema de cotagem CD&T peça ilustrativa
Fonte: Autoria própria (2015)
3.2 Toleranciamento e Dimensionamento Geométrico GD&T Para Sousa (2003) a linguagem Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) é uma linguagem que proporciona ao projeto informar os principais parâmetros em termos dimensionais. Não fica restrito ao produto mais também aos processos de fabricação. Já para Soares (2010) é uma linguagem de símbolos que contém requisitos de projeto de maneira mensurável. O sistema GD&T especifica tolerâncias dimensionais geométricas e funcionais da peça.
Podemos notar que o sistema GD&T é um sistema mais completo para a cotagem de um desenho técnico, pois leva em consideração não somente as dimensões da peça, mais também informações de geometria e funcionamento. O sistema teve sua origem durante a Segunda Guerra Mundial desenvolvido pelo engenheiro inglês Stanley Parker, da Royal Torpedo Factory.
Na Figura 3 apresentamos um desenho técnico de uma peça meramente ilustrativa, nela o centro do furo de diâmetro 20 milímetros está contido em um círculo de diâmetro 0,2 milímetros com referência aos Datum para o executante do desenho alinhar a peça durante a fabricação. Também está presente uma tolerância
de perpendicularidade, a superfície deve estar contida entre dois planos perpendiculares ao eixo de referência distante em 0,25 mm.
Figura 3 - Exemplo de aplicação do sistema de cotagem GD&T peça ilustrativa
Fonte: Autoria própria (2015)
Para melhor entendimento da aplicação do toleranciamento geométrico no molde de injeção de termoplástico, um resumo das tolerâncias geométricas e respectivas indicações em desenhos estão demonstrados nas Tabelas 2, 3, 4 e 5 a seguir:
Tabela 2 - Tolerância Geométrica de Forma
Símbolo Campo de
Tolerância
Codificação em
desenho e exemplo Descrição
Cilindricidade
A superfície real deve situar-se entre dois
cilindros coaxiais afastados de uma distância radial de
t=0.05.
Forma de um perfil qualquer
O perfil real deve situar-se entre duas
superfícies cujos afastamentos relativos é delimitados por círculos de diâmetrot = 0.08 mm. Os centros destes círculos encontram-se sobre a linha ideal de contorno. Forma de uma superfície qualquer
A superfície real deve situar-se entre duas
superfícies onde o afastamento é delimitado por esferas
relativas de diâmetro t = 0.03 mm. Os centros destas esferas
situam-se junto à superfície geométrica ideal. Retilineidade eixo - contorno
O eixo do pino deve situar-se dentro de uma zona cilíndrica de
Retilineidade eixo - contorno Qualquer linha de comprimento 100 mm do elemento cilíndrico indicado deve
situar-se entre duas retas paralelas distanciadas
de t = 0.1 mm.
Planeza
A superfície tolerada deve situar-se entre dois planos paralelos
distanciados de t = 0.05 mm.
Circularidade
O contorno de qualquer secção deverá estar dentro de
uma coroa circular de espessura t = 0.02
mm. Fonte: Adaptado Fischer et al. (2011)
Tabela 3 - Tolerância Geométrica de Orientação
Símbolo Campo de
Tolerância
Codificação em
desenho e exemplo Descrição
Paralelismo
O eixo superior deve situar-se internamente
a um cilindro de diâmetro t = 0.02 mm,
paralelo ao eixo inferior (de referência).
Paralelismo
A superfície real deve situar-se entre dois
planos paralelos à superfície de referência e distantes entre si de 0.01 mm. Perpendicula-ridade O eixo do componente deve situar-se entre
dois planos perpendiculares à superfície de referência, distantes entre sí de t = 0.05 mm. Inclinação
O eixo do furo deve situar-se entre dois planos distanciados de t = 0.1 mm e paralelos a um plano inclinado de 600 em relação ao plano de referência (superfície de referência). Fonte: Adaptado Fischer et al. (2011)
Tabela 4 - Tolerância Geométrica de Batimento
Símbolo Campo de
Tolerância
Codificação em
Batimento Axial Ao movimentar-se em torno do eixo de referência D, o movimento de direção axial de qualquer posição do cilindro não deve ultrapassar o
valor de t = 0.03 mm.
Batimento Radial
Ao movimentar-se em torno do eixo de referência AB, não pode haver um erro de giro superior a t = 0.02
mm em qualquer plano transversal ao
cilindro. Fonte: Adaptado Fischer et al. (2011)
Tabela 5 - Tolerância Geométrica de Posição
Símbolo Campo de
Tolerância
Codificação em
desenho e exemplo Descrição
Posição de um elemento
O eixo do furo deve situar-se no interior de
um cilindro com diâmetro t = 0.05 mm,
cujo eixo situa-se na posição geométrica
ideal (cotas em molduras) do furo.
Simetria
O plano médio do rasgo deve situar-se
entre dois planos paralelos distanciados de t = 0.08 mm, posicionados simetricamente em relação ao plano médio do elemento de referência. Concentrici-dade e Coaxialidade O eixo do elemento com tolerância deve situar-se no interior de
um cilindro com diâmetro t = 0.03 mm, cujo eixo está alinhado
com o eixo do elemento de
referência. Fonte: Adaptado Fischer et al. (2011)
3.3 Datum
Segundo a norma ASME Y14.5 (2009), Datum é plano, eixo, linha ou ponto localização exato teórico que GD&T ou tolerâncias dimensionais são referenciadas. Pode-se pensar neles como uma âncora para toda a parte onde os outros recursos são referenciados a partir. Um recurso de referência é geralmente uma característica funcional importante que deve ser controlada durante a medição.
3.4 Máximo material
Segundo Abackerli e Camargo (2010), o uso da condição “máximo material”, tem como objetivo primário promover o acoplamento das tolerâncias dimensionais
com as tolerâncias de posição. Portanto, se a zona de tolerância de posição não estiver sendo utilizada completamente, significa que é possível ampliar a zona de tolerância dimensional pela zona não utilizada da tolerância de posição, ou seja, dimensão mínima para furos e máxima para eixos.
A condição de máximo material é aplicada à elementos mecânicos que exigem ajustes com folga. Nesta situação, a folga mínima ocorrerá na condição de máximo material. A posição mais crítica de montagem ocorre na condição de máximo material e nas condições extremas de desvios de forma e posição. A definição de máximo material possibilita ampliar os limites de tolerâncias especificadas para uma ou várias medidas coordenadas, desde que sejam mantidos os requisitos de funcionabilidade e intercambiabilidade.
3.5 Mínimo material
Segundo apostila Tolerância Geométrica do SENAI (2007) Condição de mínimo material é o estado do elemento considerado no qual todos os pontos estão na dimensão limite e o elemento está em seu mínimo material, isto é, máximo diâmetro do furo e mínimo diâmetro do eixo
A exigência de mínimo material permite um aumento na tolerância geométrica especificada quando o elemento considerado se afasta da condição de mínimo material.
3.6 Tolerâncias gerais
Através da norma NBR ISO 2768 (2001), tem-se a simplificação do toleranciamento em desenhos gerais para dimensões lineares e angulares sem indicação individual de tolerância.
A Tabela 6 trás os valores aceitáveis das tolerâncias gerais para dimensões de comprimento e de ângulos.
Tabela 6 - Tabela ISO 2768 Tolerâncias gerais para dimensões de comprimento e de ângulos
Classe
0,5 a 3 3 a 6 6 a 30 30 a 120 120 a 400 400 a 1000 1000 a 2000 2000 a 4000 m (média) +/-0,1 +/-0,1 +/-0,2 +/-0,3 +/-0,5 +/-0,8 +/-1,2 +/-2 Classe Tolerância
Raios e chanfros desvios limites Dimensões angulares desvios limites 0,5 a 3 3 a 6 6 a 30 até 10 10 a 50 50 a
120
120 a
400 400
m (média) +/-0,2 +/-0,5 +/-1 +/-1º +/-0º30' +/-0º20' +/-0º10' +/-0º05' Fonte: Fischer et al. (2011)
3.7 Parâmetros de rugosidade
Segundo a Norma NBR ISO 4287 (2002), As superfícies de peças apresentam saliências e reentrâncias (rugosidade) irregulares, portanto evidenciam perfis diferentes entre si. Para dar acabamento adequado às superfícies é necessário determinar o nível de usinabilidade das peças, ou seja, deve-se adotar um parâmetro que possibilite avaliar a rugosidade.
3.7.1 Rugosidade média Ra
Definido pela Norma NBR ISO 4287 (2002) como conjunto de desvios microgeométricos, caracterizado pelas pequenas saliências e reentrâncias presentes em uma superfície.
Determinado pela média aritmética dos valores absolutos dos picos e vales em relação à linha média, dentro da faixa de medida nominal (lm). Entende-se linha média aquela em que a soma das áreas cheias acima da linha horizontal é igual à soma das áreas vazias abaixo.
A sigla Ra (roughness average) significa rugosidade média. A Figura 4 esquematiza como é mensurada a rugosidade média.
Figura 4 - Representação gráfica de rugosidade média Ra Fonte: Adaptado Rugosidade Superficial (2011)
3.7.2 Rugosidade média Rz
Segundo a Norma NBR ISO 4287 (2002), rugosidade média corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial. Rugosidade parcial (Zi) é a soma dos valores em módulo das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média existentes no comprimento de amostragem. Definido como linha média àquela em que a soma das áreas cheias acima da linha horizontal é igual à soma das áreas vazias abaixo. Na representação gráfica do perfil da Figura 5, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximos e mínimos do perfil, no comprimento de amostragem (Le).
Figura 5 - Representação gráfica de rugosidade média Rz Fonte: Adaptado Rugosidade Superficial (2011)
Fischer et al. (2011) através do livro Manual de tecnologia metal mecânica nos apresentam duas tabelas de rugosidade de superfícies, onde na Tabela 7 eles explicitam as associações recomendadas entre valores de rugosidade e graus de tolerância ISO.
Tabela 7 - Associação recomendada entre valores de rugosidade e graus de tolerância ISO Faixa de medida nominal acima de...até mm Valores recomendados de Rz e Ra µm
Grau de tolerância ISO
5 6 7 8 9 10 11 1 a 6 Rz 2,5 4 6,3 6,3 10 16 25 Ra 0,4 0,8 0,8 1,6 1,6 3,2 6,3 6 a 10 Rz 2,5 4 6,3 10 16 25 40 Ra 0,4 0,8 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 10 a 18 Rz 4 4 6,3 10 16 25 40 Ra 0,8 0,8 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 18 a 80 Rz 4 6,3 10 16 16 40 63 Ra 0,8 0,8 1,6 3,2 3,2 6,3 12,5 80 a 250 Rz 6,3 10 16 25 25 40 63 Ra 0,8 1,6 1,6 3,2 3,2 6,3 12,5 250 a 500 Rz 6,3 10 16 25 40 63 100 Ra 0,8 1,6 1,6 3,2 6,2 12,5 25 Fonte: Manual de Tecnologia Metal Mecânica (2011)
Na Tabela 8 Fischer et al. (2011) apresentam as rugosidades de superfícies possíveis de obter em operações de usinagem.
Tabela 8 - Rugosidade de superfícies possíveis de obter em operações de usinagem Processo de Fabricação Rz em µm para tipo de fabricação Ra em µm para tipo de fabricação preciso min. normal de...a grosseiro max. preciso min. normal de...a grosseiro max. Perfuração: Sólido Mandrilagem Escarea-mento Fricção 16 40...160 250 1,6 6,3...12,5 25 0,1 2,5...25 40 0,05 0,4...3,2 12,5 6,3 10...25 40 0,8 1,6...6,3 12,5 0,4 4...10 25 0,2 0,8...2 6,3 Torneamen-to: Longitudinal 1 4...63 250 0,2 0,8...12,5 50 Faceamento 2,5 10...63 250 0,4 1,6...12,5 50 Fresagem: Periférica, de face 1,6 10...63 160 0,4 1,6...12,5 25
Retifica 0,1 1,6...4 25 0,012 0,2...0,8 6,3 Fonte: Manual de Tecnologia Metal Mecânica (2011)
3.8 Sistema de tolerâncias e ajustes NBR 6158
Segundo a Norma NBR ISO 6158 (1995), fixa o conjunto de princípios, regras e tabelas que se aplicam à tecnologia mecânica, a fim de permitir escolha racional de tolerâncias e ajustes, visando à fabricação de peças intercambiáveis. O campo de aplicação desta Norma abrange dimensões nominais de até 3150 mm de peças intercambiáveis. Esta Norma é mais indicada para peças cilíndricas, embora possa ser usada para peças de diferentes formas, como chavetas, por exemplo. Em particular neste trabalho a Norma ISO 6158 será utilizada apenas para “furos” e “eixos”.
Nesta Norma as dimensões toleradas são representadas pela sua dimensão nominal seguida de uma letra (maiúscula se a dimensão for de um furo e minúscula se for um eixo) e de um número. A letra representa a classe de tolerância, ou seja, o valor de um dos afastamentos, enquanto que o número representa a tolerância ou como é normalmente chamada a "qualidade de trabalho".
Segue na Tabela 9 uma fração dos valores tabelados pela Norma ISO 6158 para melhor entendimento.
Tabela 9 - Tolerâncias e ajustes ISO 6158 Faixa de dimensão nominal acima de...até (mm) Para furo
Desvios limites em µm para classes de tolerância
Para eixos
H7
Com folga Intermediário Com sobremedida
f7 g6 h6 j6 k6 m6 n6 r6 s6 Até 3 + 10 0 - 6 - 16 - 2 - 8 0 - 6 + 4 - 2 + 6 0 + 8 + 2 + 10 + 4 + 16 + 10 + 20 + 14 3...6 + 12 0 - 10 - 22 - 4 - 12 0 -8 + 6 - 2 + 9 + 1 + 12 + 4 +16 + 8 +23 +15 +27 +19 6...10 + 15 0 - 13 - 28 - 5 - 14 0 - 9 + 7 - 2 + 10 + 1 + 15 + 6 + 19 + 10 + 28 + 19 + 32 + 23
30...40 40...50 + 25 0 - 25 - 50 - 9 - 25 0 - 16 + 11 - 5 + 18 + 2 + 25 + 9 + 33 + 17 + 50 + 34 + 59 + 43 250...280 280...315 +52 0 - 56 - 108 - 17 - 49 0 - 32 + 16 - 16 + 36 + 4 +52 + 20 +66 +34 +126 +94 +130 +98 +190 +158 +202 +170 Fonte: Manual de Tecnologia Metal Mecânica (2011)
3.9 Norma DIN 912
Para Fischer et al. (2011) através do livro Manual de tecnologia essa norma referencia parafusos cabeça Allen com sextavado interno e rosca métrica, pode sendo encontrado em milímetros.
Os valores das dimensões da cabeça, corpo e rosca são tabelados.
3.10 Edgecam
Edgecam é software capaz de calcular e analisar o tempo de usinagem CNC de produção, moldes e matrizes. O software possui módulos para fresamento e torneamento até cinco eixos.
Baseado no sistema operacional Windows. Disponibiliza uma biblioteca completa de tecnologias de usinagem e um banco de dados de ferramentas. Ele também oferece suporte para tradução direta de arquivos de solidWorks e demais sistemas CAD.
4 METODOLOGIA
4.1 Descrição das etapas da metodologia
A Figura 6 apresenta um esquema de como foi desenvolvido o presente trabalho.
Figura 6 - Etapas do estudo Fonte: Autoria própria
A primeira e segunda etapas estão englobadas na metodologia para desenvolvimento do molde, elas serão detalhadas mais para frente no presente estudo.
Neste estudo, propõem-se, inicialmente, estudar as práticas de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing) aplicadas ao projeto dos elementos da ferramenta de moldagem por injeção de termoplásticos e compará-las com a prática de dimensionamento clássica (CD&T – Classical Dimensioning and Tolerancing), a partir de um estudo da literatura e normas técnicas da área, bem como estudos de trabalhos correlatos.
Em seguida, foi desenvolvido um estudo de caso prático para aplicação sistemática da prática de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T –
1
• Desenvolvimento do molde para injeção (Projeto)2
• Aplicação do CD&T e GD&T em todas as peças 2D3
• Comparação dos dois métodos4
• Comparação dos tempos estimados de usinagem com CD&T e D&T
Geometrical Dimensioning and Tolerancing) em uma empresa do Paraná, parceira do projeto.
Neste sentido, o projeto de uma ferramenta de moldagem por injeção desenvolvida pela empresa parceira do projeto em um software de modelagem 3D, bem como os desenhos de fabricação 2D gerados para todos os componentes a partir da prática de dimensionamento CD&T, foram analisados criticamente e comparados com a prática GD&T.
Em seguida foram desenvolvidos os desenhos de fabricação 2D, agora com a aplicação sistemática da prática de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T – Geometrical Dimensioning and Tolerancing).
Por fim, foram comparados os tempos de usinagem tanto com o sistema de toleranciamento CD&T quanto GD&T, para então calcular os custos com usinagem nos dois métodos, tendo em conta os custos com descarte de peça caso não esteja nos padrões estipulados.
4.2 Metodologia para desenvolvimento do molde
Para desenvolver o molde será aplicada a seguinte metodologia e cada uma das etapas será explicada a seguir.
Figura 7 - Metodologia para desenvolver o molde
4.2.1 Modelagem 3D adotada no projeto
A modelagem é criada a partir de uma ordem do cliente. Ele faz o pedido de um molde e apresenta um protótipo da peça que deve ser fabricada. Com a ajuda de um profissional de ferramentaria e do solicitante do produto deve ser definido o tipo de ferramenta de moldagem, as cavidades, os pinos extratores e o material com o qual a ferramenta deve ser fabricada. Com todos esses parâmetros definidos um
projetista inicia o projeto da ferramenta empregando o software de desenho auxiliado por computador SolidWorks.
Após término da modelagem 3D o cliente deve verificar se o projeto da ferramenta está de acordo com os requisitos especificados e de acordo com as expectativas iniciais. Em caso positivo é feita uma análise da ferramenta verificando as possíveis interferências entre os elementos que compõem a ferramenta, além de um estudo da abertura e fechamento da ferramenta.
4.2.2 Desenho 2D
Depois de concluída a modelagem 3D e feita uma análise crítica da ferramenta é iniciado o processo de desenho 2D. Nessa etapa um projetista desenha todos os componentes que estão presentes na ferramenta. Os desenhos 2D devem ter todas as informações necessárias para o setor de manufatura entender e executar a fabricação das peças.
É extremamente importante ter informações precisas no projeto da ferramenta, pois qualquer informação errada poderá causar prejuízo, peças com não conformidades, perdas de tempo e material, além de ocorrer possíveis problemas de montagem final da ferramenta. Nessa etapa deve-se dedicar um tempo adequado para a elaboração dos desenhos, pois é necessário determinar as tolerâncias de cada componente. A definição de tolerâncias pode parecer uma etapa de fácil execução, porém além de requerer um amplo conhecimento técnico, demanda habilidade e experiência do projetista para garantir a funcionalidade do componente. Uma tolerância errada pode causar o mau funcionamento da peça e o mau funcionamento da peça pode implicar diretamente no funcionamento da ferramenta.
Em projetos de grande complexidade, é feita uma revisão e questionamento dos desenhos por outro projetista. O objetivo da revisão é evitar falhas que passam despercebidas durante a confecção dos desenhos para a fabricação.
O presente estudo buscou introduzir nessa metodologia mais uma etapa envolvendo o processo de dimensionamento geométrico e toleranciamento (GD&T). Até o presente momento a empresa nunca empregou a prática de dimensionamento GD&T usando somente o CD&T.
Neste sentido, em todas as peças foram feitas análises para se definir os “Datum Features” e aplicar as tolerâncias dimensionais e geométricas. Isso demandou mais tempo na etapa de projeto da ferramenta. Porém, caso a ferramenta venha a ser fabricada usando essa prática, espera-se uma diminuição no tempo da montagem e redução de possíveis erros de fabricação.
4.2.3 Programação CNC
Nesta etapa do projeto todos os desenhos 2D e o projeto completo da ferramenta serão levados para um programador. Ele foi responsável em elaborar os programas que fabricaram as peças, além da seleção das ferramentas que serão utilizadas na fabricação das peças.
Nesta etapa as tolerâncias influenciam na escolha da ferramenta. Tolerâncias mais justas demandam ferramentas precisas. Uma tolerância mal definida pode implicar no custo do produto, pois demanda uma ferramenta diferente da necessária para a fabricação. Quanto mais justa a tolerância, mais precisa deve ser a ferramenta, quanto maior a precisão maior o custo da ferramenta para a fabricação.
4.2.4 Fabricação dos componentes
Com a programação concluída foi iniciada a confecção das peças em um torno CNC e em um centro de usinagem CNC. Nesta etapa os programas são entregues para o operador da máquina assim como uma cópia dos desenhos 2D, a partir dos quais o operador deverá fabricar e certificar-se que as especificações estão sendo cumpridas.
Nessa etapa também são feitas as medições das peças após a fabricação e os instrumentos usados são o micrometro e relógio comparador. As peças que não atendem as especificações apresentadas no desenho são descartadas ou enviadas para retrabalho.
Fica evidente quanto dimensionamento geométrico e toleranciamento são importantes nesta etapa. Definições incorretas podem causar refugos de peças que poderiam ser utilizadas. Também pode ocorrer de peças que estão dentro do
especificado não serem montadas, isto é causado por erros na escolha da tolerância. Outro problema que ainda pode ocorrer nesta etapa são peças que estão fora da zona de tolerância CD&T mais que ainda podem ser montadas.
4.2.5 Montagem dos componentes
Com o término da fabricação é iniciada a etapa da montagem, essa é a última etapa do processo, nela os componentes são montados dando forma final a ferramenta. Caso alguma peça esteja com tolerância errada ou fora do especificado no projeto pode implicar em problemas de montagem.
4.3 Justificativa da Metodologia
A metodologia aplicada desenvolveu um molde no SolidWorks, aplicou o sistema GD&T e posteriormente analisou as diferenças entre os métodos. Foi utilizada essa ordem porque primeiro desenvolveu um molde a partir da solicitação de um cliente, depois foram feitos os desenhos 2D e aplicou os sistemas GD&T e CD&T e comparar os resultados. O desenho com CD&T foi fornecido pela empresa. Era necessário seguir essa metodologia porque sempre o primeiro passo para desenvolver um projeto é o problema ou necessidade que o cliente tem. Com a necessidade do cliente é desenvolvido o produto.
É importante notar que a fase mais importante do projeto é o detalhamento 2D e nela será dado uma grande atenção. Também é durante a elaboração dos desenhos 2D que se aplica o sistema GD&T por isso essa etapa é de extrema importância. O sistema de cotagem GD&T somente pode ser aplicado nos desenho 2D, porém as tolerância podem ser avaliadas nas peças e nos sistemas de montagem.
O presente trabalho seguiu essa ordem para garantir todas as etapas do projeto do molde assim melhorar o produto aplicando o GD&T durante a elaboração dos desenhos 2D.
4.4 Produtos do Projeto
O presente trabalho apresenta como produto o entendimento das formas de toleranciamento CD&T e GD&T, e a aplicação de ambos os métodos em uma ferramenta de moldagem por injeção de plástico, fornecendo elementos para avaliar a efetividade das práticas de dimensionamento.
Como demonstrado na proposta deste trabalho, a aplicação sistemática da prática de dimensionamento funcional correto pode permitir a identificação antecipada de problemas geométricos e dimensionais e de montagem levantados durante o projeto e sua ocorrência potencial durante a produção.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesta seção será apresentada uma comparação entre cada peça do molde aplicando ao desenho 2D das peças os sistemas CD&T e GD&T, também foi aplicada a cadeia de cotas na coluna do conjunto extrator. Para aplicar a cadeia de cotas precisa analisar situações de desvios durante a fabricação e verificar se estas estão dentro do requisito de fabricação da peça. Devido à grande quantidade de situações de desvio que podem ocorrer durante o processo de fabricação, serão analisadas somente algumas.
Para realizar essa análise o primeiro passo foi dividir o molde em peças e criar os desenhos 2D nos dois sistemas de cotas, para cada peça, assim então comparar. Com os desenhos feitos serão calculadas as tolerâncias geométricas e de posições supondo supostos desvios e erros que podem ocorrer durante a fabricação. Com as tolerâncias calculadas elas serão inseridas nos desenhos 2D aplicando o sistema GD&T. Outro parâmetro para definir as tolerâncias é a partir da precisão da máquina que em nosso caso é um centro de usinagem Romi modelo D600. No presente trabalho a precisão da máquina será de 0,02mm.
O molde apresenta peças comercias tais como pinos, colunas e buchas, no presente trabalho os componentes usados são desenvolvidos pela Polimold, os componentes fabricados já vêm com tolerância e acabamento superficial definidos. Os parafusos M12 usados no molde são todos comercias segundo a Norma DIN 912.
A Figura 8 apresenta o desenho de conjunto do molde com todos os componentes utilizados para a sua fabricação, o desenho apresenta as vista com os componentes e suas respectivas posições de montagem.
Figura 8 - Desenho de conjunto molde Fonte: Autoria própria
O molde apresentado na Figura 8 fabrica um reator para lâmpadas, e a imagem do reator é apresentada na Figura 9.
Figura 9 - Imagem do reator injetado Fonte: Autoria própria
A Figura 10 apresenta a vista da coluna montada. A partir dessa montagem da coluna, bucha e placa serão determinados os valores de tolerância.
Figura 10 - Coluna do molde montada Fonte: Autoria própria
Todos os desenhos que serão apresentados nesse capítulo usando o sistema CD&T e que não tiverem as dimensões definidas com tolerância, os valores adotados para a tolerância segue a tabela ISO 2768 apresentada na Tabela 6, esse é o padrão que a empresa que desenvolveu o molde usa.
5.1 Itens comerciais
Para a confecção do molde foram utilizados alguns componentes comerciais e estes já apresentam as tolerâncias, a seguir serão apresentados os componentes comerciais.
5.1.1 Bucha do conjunto extrator.
A bucha utilizada no conjunto extrator é fabricada pela Polimold, o modelo da bucha é BEX-20-29. As características que influenciam no molde é o diâmetro interno que tem como característica o diâmetro D1 H7, e o diâmetro externo D3 g6. Essas tolerâncias são importantes, pois define como será a montagem.
Figura 11 - Bucha do conjunto extrator Fonte: Catálogo de componentes de moldes Polimond Legenda:
D2 = Diâmetro do Corpo L4 = Comprimento Total
M = Rosca
Material = SAE 8620 – Temp. e Rev. Dureza = 58-62 HRC
5.1.2 Coluna do Conjunto extrator
A coluna utilizada no conjunto extrator é desenvolvida pela Polimold e o modelo é CE-20-046-76. Apresentam as seguintes características, o diâmetro que encaixa dentro da bucha tem tolerância g6, o diâmetro D2 que encaixa na placa suporte tem tolerância m6. A coluna é montada na placa suporte e na bucha do conjunto extrator.
Figura 12 – Coluna conjunto extrator Fonte: Catálogo de componentes de moldes Polimond Legenda:
D1 = Diâmetro Principal de encaixe D2 = Diâmetro do Corpo D3 = Diâmetro da Cabeça L1 = Comprimento da Ponta L2 = Comprimento do Corpo L3 = Altura da Cabeça S = Comprimento de Guia
Material = SAE 8620 – Temp. e Rev. Dureza = 58-62 HRC
5.1.3 Bucha Guia
A bucha guia é montada na placa P2, fabricada peça Polimold o modelo usado no molde é B-22-36. O diâmetro interno D1 tem tolerância H7 e diâmetro externo D2 m6, o diâmetro D2 é montado na placa P2 do molde.
Figura 13 - Bucha guia
Fonte: Catálogo de componentes de moldes Polimond Legenda:
D1 = Diâmetro Principal de encaixe D2 = Diâmetro do Corpo D3 = Diâmetro da Cabeça L1 = Comprimento do Alívio L2 = Altura da Cabeça L3 = Comprimento do Corpo S = Comprimento de Guia
Material = SAE 8620 – Temp. e Rev. Dureza = 58-62 HRC
5.1.4 Coluna lisa
A coluna lisa no molde foi desenvolvida pela Polimold e tem como código de referência CL-22-46-36. O diâmetro D1 tem uma tolerância g6, esse setor da coluna é montada dentro da bucha guia, o diâmetro D2 tem tolerância m6 e é montada na placa P1.
Figura 14 - Coluna lisa
Fonte: Catálogo de componentes de moldes Polimold Legenda:
D1 = Diâmetro Principal de encaixe D2 = Diâmetro do Corpo D3 = Diâmetro da Cabeça L1 = Comprimento da Ponta L2 = Comprimento do Corpo L3 = Altura da Cabeça S = Comprimento de Guia
Material = SAE 8620 – Temp. e Rev. Dureza = 58-64 HRC
5.1.5 Pino extrator
Para o desmolde foram usados diversos pinos extratores no molde com as características apresentadas na Figura 15. O diâmetro d1 possui uma tolerância g6 e um bom acabamento superficial, por apresentar um Ra de 0,8.
Figura 15 - Pino Extrator Fonte: Catálogo de extratores Polimold Legenda: d1 = Diâmetro do Corpo d2 = Diâmetro da Cabeça R = Raio da Cabeça K = Altura da Cabeça L = Comprimento Total Material = 1.2344 (H13) / Temperado Tratamento = Nitretado
Temperatura Max. Trabalho = 500ºC – 550ºC
5.2 Placa Base Superior
É a primeira peça do molde, situada na superfície externa superior, nela estão presentes o furo por onde entra o plástico no estado líquido e os furos da coluna.
O desenho construído usando o CD&T é apresentado na Figura 16, a peça contém quatro furos rebaixado para parafuso Allen M12, nos furos de diâmetro 14mm que é por onde o parafuso passa tem uma tolerância H7 para o furo, o furo de diâmetro 16mm milímetro é por onde o plástico é injetado e ele precisa somente de um bom acabamento superficial não necessitando de uma tolerância do diâmetro, o acabamento superficial é obtido através de uma usinagem fina com conforme indica
a rugosidade superficial. Existem ainda mais três furos roscados para parafuso M6 que não apresentam tolerância. A superfície que esta em contato com a placa P1 é retífica para se obter um bom acabamento superficial e melhorar o contato entre a placa base superior e placa P1. O valor da tolerância de espessura mais para controle evitando que ocorram grandes variações.
O desenho da Figura 17 foi construído usando GD&T, a primeira diferença que observamos é o Datum A onde ocorre a montagem o placa P1,o controle da superfície é garantido pela tolerância de planeza, visando o bom contato entre as placas, a tolerância é obtida através do processo de retifica.
Nos furos onde passa os parafuso M12 foi inserida uma tolerância de posição no valor de 0,8mm e de perpendicularidade de 0,6mm, são valores grandes mais pelo fato do furo apresentar 2mm de folga essa tolerância possibilita a montagem tranquilamente. Se ocorrer os máximos desvios permitidos pela tolerância de perpendicularidade nos Datum das superfícies B e C mesmo assim ocorrerá a montagem dos parafusos. As superfícies dos Datum B e C são usinadas para garantir a tolerância de perpendicularidade indicadas.
Para os furos roscados M6 foi inserida uma tolerância de posição no valor de 0,1mm e de perpendicularidade no mesmo valor, essas tolerâncias atribuídas de maneira intuitivas, pois não existem informações da peça que ficará presa pelos furos.
No furo de diâmetro 16mm passa o plástico no estado que é injetado como mencionado no desenho com CD&T não precisa de tolerância no diâmetro porém foi inserida uma tolerância de posição no valor de 0,3mm e de perpendicularidade no valor de 0,5 evitando grandes desalinhamentos dos furos.
A primeira grande diferença entre os dois desenhos é a presença da tolerância de posição para o furos de diâmetro 14mm, no desenho com GD&T ele fica em um espaço muito mais restrito se comparado com CD&T, principalmente os furos localizados na cota no valor de 385mm, segundo a tabela ISO 2768 essa medida pode variar ±0,5mm, esse é um valor muito grande para posicionamento do furo porém o furo apresenta 2mm de folga o que possibilita a montagem. Os dois desenhos apresentam um controle da superfície onde ocorre o contato da placa
base superior com a placa P1, no primeiro desenho a superfície é controlada pelo processo de retifica, já no segundo ela é controlada pelo processo de retífica e também pela tolerância de planeza. A grande vantagem do segundo desenho em relação ao primeiro é definir melhor o posicionamento dos furos que recebem os parafusos M12, o simples fato de ser ter um posicionamento correto pode evitar um retrabalho ou o descarte da peça por atender os requisitos.
Figura 16 - Desenho Placa Base Superior CD&T Fonte: Autoria própria
Figura 17 - Desenho Placa Base Superior GD&T Fonte: Autoria própria
