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Furos
A fura¸c˜ao de pe¸cas ´e uma atividade bastante importante no projeto de pro-duto. Os furos s˜ao detalhes geom´etricos com fun¸c˜oes espec´ıficas dentro de um produto. Uma destas fun¸c˜oes ´e criar o interelacionamento entre pe¸cas na con-cep¸c˜ao de produtos e bastante usada como referˆencia entre elas em opera¸c˜oes de montagens. Ele tamb´em aparece como um elemento importante no pro-cesso de manufatura quando presente nas pe¸cas que ser˜ao fabricadas. Por isso, que muito do detalhamento de pe¸cas ´e feito atrav´es da “feature” furo. Ele ´e um elemento essencial no projeto e tem v´arias fun¸c˜oes e finalidades, tais como:
• serve para fixa¸c˜ao de pe¸cas;
• ´e um elemento de aloca¸c˜ao de outros elementos; • serve de passagem para fios e canaliza¸c˜oes; • pode ser usado como elemento de refrigera¸c˜ao; • pode ser criado para diminuir peso;
• e outras aplica¸c˜oes.
Os sistemas CAE/CAD/CAM oferecem uma ferramenta espec´ıfica para cria¸c˜ao de fura¸c˜oes, dado a importˆancia desta“feature” no projeto e manu-fatura. Como j´a foi visto anteriormente, na introdu¸c˜ao ao modelamento de pe¸cas, furos podem ser criado por um operador extrus˜ao. Toda vez que num perfil parametrizado aparece uma forma circular interna, o sistema interpreta com uma regi˜ao de remo¸c˜ao de material, ao ser usado o operador de extrus˜ao ou revolu¸c˜ao e assim define um furo ou um canal de sec¸c˜ao circular, no caso de revolu¸c˜ao. ´E importante observar que furos criados com o operador ex-trus˜ao n˜ao s˜ao adequados quando se deseja reusar informa¸c˜ao informa¸c˜oes de furos em outras aplica¸c˜oes relacionada ao uso e fabrica¸c˜ao da pe¸ca.
Desta forma, todo sistema CAE/CAD/CAM disponibiliza uma ferra-menta personalizada para cria¸c˜ao da “feature” furo. Como j´a foi dito toda “feature” precisa ser referenciada em rela¸c˜ao ao sistema de coordenadas da origem da pe¸ca. Assim, al´em de propriedades intr´ısecas ao detalhe furo ser´a preciso estabelecer referˆencias geom´etricas para sua cria¸c˜ao. Estas referˆencias pode ser classificadas em:
• um plano de referˆencia ou mesmo uma face plana da pe¸ca; • referˆencias de posicionamento do furo no plano de referˆencia.
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E bom lembrar que este ´e um operador que s´o estar´a dispon´ıvel, se alguma forma b´asica, uma forma s´olida, j´a tiver sido criada.
De uma forma geral, os sistemas CAE/CAD/CAM habilitam dois m´etodos para criar furos, definindo desta forma tamb´em os tipos de furos: furos retos simples ou padrozinada e furos perfilados. A maioria de sistemas CAE/CAD/CAM j´a vem com tabelas de fura¸c˜oes padronizadas, j´a que nor-malmente a defini¸c˜ao de fura¸c˜oes devem seguir algum tipo de norma. A fura¸c˜ao reta consiste na extra¸c˜ao de material na forma cilindrica e perpendi-cular ao plano de aloca¸c˜ao do furo. J´a a fura¸c˜ao baseada em perfil parame-trizado (“sketched”), o perfil vai definir como dever´a ser a forma do furo ao longo da profundidade do furo. A fura¸c˜ao padronizada ´e definida a partir de uma tabela de parafusos, definida por normas t´ecnicas.
O operador de cria¸c˜ao de furos espera um conjunto de referˆencias geom´etricas, para que a “feature” furo seja bem definida. Para isso, ´e preciso escolher o lugar (face ou plano), onde a entidade furo ser´a criada, e posicion´a-lo ade-quadamente nesta face. Este posicionamento define o tipo de sistema de coordenadas local da “feature” em rela¸c˜ao ao sistema de coordenadas de mo-delamento. Geralmente existe v´arias formas de apontadar referˆencias para posicionar o furo.
Similarmente aos operadores descrito anteriormente o ambiente de cria¸c˜ao de furos tem o seus elementos captura de informa¸c˜ao geom´etrica, dados e referˆencias mostrados na Figura 1.
Figura 1: Ambiente de defini¸c˜ao da “feature” furo.
O ambiente de cria¸c˜ao de furos ´e composto pelos seguintes componentes: • as abas:
– de posicionamento do furo na pe¸ca(“placement”); – de defini¸c˜ao de formas (“shape”);
– de anota¸c˜oes de furos e – de propriedades.
• ambiente de coleta de informa¸c˜ao: – tipo de furo;
– di˜ametro e – profunidade.
Para cada combina¸c˜oes de escolha, op¸c˜oes adicionais aparecer˜ao para definir propriedades do furo, configurando as mais variadas formas de dini¸c˜ao desta “feature” no projeto e manufatura de produtos.
O posicionamento do furo ´e definido atrav´es da aba “placement”. Ali, ´e definido como o furo que deve ser alocado no modelo s´olido. Duas op¸c˜oes est˜ao dispon´ıveis: uma referˆencia prim´aria, indicando o plano ou a referˆencia onde o furo ser´a alojado e as referˆencias secund´arias que definem como o furo ser´a posicionado na referˆencia prim´aria. Ainda, na op¸c˜ao referˆencia prim´aria ( “Primary reference”) ´e preciso definir o tipo de rela¸c˜ao que o furo tem com a entidade prim´aria em que ele est´a alocado. Na verdade, este relacionamento determina o sistema de coordenadas que vai ser usado para posicionar a “feature”. Este tipo de relacionamento, sempre, pode ser redefinido, quando necess´ario. Um furo pode ter quatro op¸c˜oes de posicionamento:
• Linear • Radial • Diametral • Coaxial
sendo trˆes destes tipos s˜ao mostrado na Figura 2, a seguir.
Figura 2: Elemento de referˆencia do modo de aloca¸c˜ao de furos: linear, radial e coaxial
Para cada uma das op¸c˜oes de posicionamento do detalhe da pe¸ca, dois parˆametros de posicionamento precisa ser definido o detalhe esteja totalmente parametrizado. No caso linear, estes parˆametros referem-se as coordenadas x e y de um sistema de coordenadas Cartesianas. J´a as op¸c˜oes Radial ou Diametral, o sistema espera que a posi¸c˜ao do furo seja definido num sistema de coordenadas polares. As vari´aveis de posicionamento s˜ao parˆametros que servir˜ao mais adiante para a modifica¸c˜ao do modelo, bem como referˆencia na constru¸c˜ao de estruturas de repeti¸c˜ao, como as matrizes lineares ou circular de detalhes (“features”) no plano de posicionameto.
1.1
Posicionando furos com o modo linear
A “feature” furo simples com a op¸c˜ao linear necessita de quatro referˆencias para defin´ı-la. Duas delas est˜ao relacionadas a pr´opria defini¸c˜ao do furo, que s˜ao o diˆametro e sua profundidade. As outras duas est˜ao associadas ao posi-cionamento do furo no plano de referˆencia que recebe o furo. A especifica¸c˜ao da profundidade define o tipo de furo a ser criado. Furos podem ser definidos como cegos ou passantes. O controle da profundidade pode ser feito por uma distˆancia, ou ainda ser usado uma referˆencia geom´etrica (um plano ou uma face) para defin´ı-la. No caso de furos cegos este valor tem que ser especifi-cado nominalmente, e no caso de furos passantes deve ser especifiespecifi-cado uma referˆencia adicional definida por um plano ou uma referˆencia de atracagem do final do furo. Este plano pode ser uma face pr´oxima (“the next face or datum plane”) ou plano mais distante, mas que ter´a de ser especificado na defini¸c˜ao da profundidade em si. Na figura 3 abaixo ´e mostrada os elementos defini-dores de um furo linear. As referˆencias ligadas ao posicionamento do furo na
Figura 3: Elementos de referˆencia de um furo linear
referˆencia prim´aria apontada no objeto geom´etrico s´olido vai definir o tipo de sistema de referˆencia que vai ser posicionado. Assim sendo, no caso de posici-onamento linear pode ser considerado que o furo est´a sendo posicionado num
sistema de coordenadas Cartesianas. Significa que as coordenadas (x, y) da posi¸c˜ao do furo seja dada. Elas v˜ao ser referenciadas a dois planos perndicu-lares `a referˆencia prim´aria, ou duas arestas paralelas `a referˆencia prim´aria. ´E importante ressaltar que as medidas de posicionamento do furo ser˜ao futura-mente usados como referˆencia no detalhamento de folhas de engenharia, e no processo de documenta¸c˜ao de projeto para a fabrica¸c˜ao. Da´ı, a importˆancia de usar os princ´ıpios de cotas na defini¸c˜ao destes detalhes geom´etricos para a constru¸c˜ao da “feature” furo. As entidades de referˆencia para o furo reto simples s˜ao coletadas tamb´em na aba de defini¸c˜ao de posicionamento (“pla-cement”) de furos. Na op¸c˜ao referˆencias secund´aria (“secondary references”) pode ser especificado os planos ou arestas de referˆencias em rela¸c˜ao as quais a posi¸c˜ao do furo ser´a medida. Cada cada referˆencia poder qualificada como alinhada, significa que o furo ser´a ancorado na aresta ou face ou plano de re-ferˆencia, ou como um deslocada (“offset”), significando ser necess´ario definir uma medida em rela¸c˜ao a referˆencia indicada.
Na figura 4 abaixo ´e mostrada os elementos definidores de um furo linear.
Figura 4: Elementos de referˆencia secund´aria de um furo linear Furos lineares s˜ao colocados em pe¸cas que possuem lados lineares e s˜ao posicionados freq¨uentemente em rela¸c˜ao a planos de referˆencia e faces do modelo s´olido. Podem ser usados tamb´em para a coloca¸c˜ao de furos em superf´ıcies de modelos s´olidos cil´ındricos e cˆonicos.
1.2
Posicionando furos radialmente
Da mesma forma que furos lineares, os furos simples alocados radialmente tamb´em necessitam definir quatro entidades: diˆametro, profundidade e mais duas referˆencias de posicionamento. O posicionamento de furo no modo ra-dial pode ser associado a cria¸c˜ao de um sistema de coordenadas polar, alocado no plano definido pela referˆencia prim´aria. Neste caso, o posicionamento do
furo ser´a dado por um raio, relativo a um circulo que ancora o furo, em um ˆ
angulo de posicionamento do furo. O raio definidor do c´ırculo ser´a sempre posicionado em rela¸c˜ao a um eixo de referˆencia que define a origem do sis-tema de coordenadas. E o ˆangulo ser´a determinado por um plano ou face de referˆencia, ortogonal ao plano prim´ario. Isso pode ser visto na figura 5.
Figura 5: Elementos de referˆencia secund´aria de um furo linear Furos radiais s˜ao usados mais comumente em elementos faces planas de s´olidos cil´ındricos ou cˆonicos. S˜ao usados em projeto quando se quer uma repeti¸c˜ao da fura¸c˜ao numa forma circular, para fixa¸c˜ao de tampas ou rodas e assim por diante.
Uma varia¸c˜ao do modo de coloca¸c˜ao de furos radial ´e posicion´a-lo no modo diametral. O princ´ıpio de sistema de coordenadas ´e o mesmo do sistema radial. Mas, neste caso o furo pode ser referenciado em torno de um diˆametro de referˆencia. Tamb´em neste tipo de posicionamento usa-se um eixo a partir do qual se define a dimens˜ao linear e angular da posi¸c˜ao do furo. Este tipo de coloca¸c˜ao de furo deve ser usado se uma superf´ıcie plana ou um plano de referˆencia foi usada com referˆencia prim´aria de posicionamento do furo. Este tipo de posicionamento de furo pode ser observado na figura 6.
1.3
Posicionando furos com o modo coaxial
Este ´e o modo mais simples de cria¸c˜ao de furos. Ele ´e usado para simplificar a coloca¸c˜ao de furos, principalmente quando se quer que ele esteja alinhado aos eixos de elementos geom´etricos cil´ındricos ou cˆonicos. A coloca¸c˜ao deste tipo de furo ´e tamb´em numa superf´ıcie plana como referˆencia prim´aria e um eixo de referˆencia como a referˆencia secund´aria, normalmente o mesmo eixo da forma geom´etrica que o ancora. Os elementos de defini¸c˜ao de um furo coaxial ´e mostrado na figura 7.
Figura 7: Elementos de referˆencia secund´aria de um furo linear
1.4
Propriedades importantes na cria¸
c˜
ao de furos
Na apresenta¸c˜ao de furos feita at´e aqui, foi levado em conta somente que ele teria uma forma simples. No entanto, ´e preciso ressalvar que outros detalhes construtivos para o uso de furos devem ser observados. Os furos podem ser passantes ou cegos, simples, rebaixados, escareados e com roscas. Todas as defini¸c˜oes acima implicam na necessidade de especificar dados ou referˆencias de projeto adicionais. Contudo, este detalhes normalmente est˜ao associados ao prop´osito do uso do furo no projeto (inten¸c˜ao de projeto na cria¸c˜ao da feature) ao ser inserido como um detalhe de uma pe¸ca. Os furos podem ser rebaixados ou escareados. Estes s˜ao usados para receberem determinados tipos de parafusos e fornecer um acabamento melhor na fixa¸c˜ao da pe¸ca em montagens. Do mesmo modo, a fura¸c˜ao com rosca implica que na forma de fixa¸c˜ao da pe¸ca, isto ´e, a montagem vai receber uma pe¸ca agregada a geometria em que o furo roscado foi definido.
Todos estes elementos quando detalhados est˜ao submetidos a norma es-pec´ıfica. Normalmente, deve seguir uma especifica¸c˜ao norma t´ecnica especia-lizada para definir o tamanho do furo e os detalhes de rebaixos, escareamento, bem como o tipo de rosca. Em projetos seguindo as normas internacionais as dimens˜oes de furos devem a norma ISO , que especifica os tamanhos de
parafusos e suas serializa¸c˜oes. A norma brasileira especifica os tamanhos de parafusos atrav´es da norma ABNT NB 97.
Da mesma forma ser for preciso especificar a roscas, estas devem ser associada a normaliza¸c˜oes usadas na ind´ustria. Por exemplo, no sistema inglˆes, roscas especiais recebem o s´ımbolos UNF(s´erie fina) e UNC (s´erie grossa). Quando esta simbologia aparece, o sistema de modelamento usou as medidas em polegadas. ´E bom prestar aten¸c˜ao ao tipo de normaliza¸c˜ao que foi usado por um produto para na misturar normas ou especifica¸c˜oes diferentes. A padroniza¸c˜ao facilita a reusabilidade da pe¸ca e produtos.
As roscas quando definidas no sistema m´etrico s˜ao especificadas atrav´es do passo em mm (passo ´e a distˆancia linear entre dois fios de rosca) e no sis-tema inglˆes em polegadas, dado pelo n´umero de fios por polegada (o n´umero de cristas de roscas contados em uma polegada na dire¸c˜ao longitudinal do parafuso ou furo). Na figura 8 s˜ao mostrados os principais elementos de uma rosca. Por exemplo, uma furo ou parafuso com rosca especificada no sistema
Figura 8: Elementos de referˆencia secund´aria de um furo linear inglˆes (5/8 − 18UNC), indica que o diˆametro maior ter´a 5/8” e o passo da rosca ´e dado com 18 fios por polegada. J´a, no sistema m´etrico, uma rosca definida como (M12x1.75) significa que ela ter´a um diˆametro maior de 12mm e um passo de 1.75mm.
Embora, estes elementos est˜ao definidos na Figura 8 para um eixo, os valores similares valem para a defini¸c˜ao de furos roscados. Rosca s˜ao assuntos importantes na constru¸c˜ao de m´aquinas e uma literatura auxiliar deve ser sempre consultada. (Procure por livros de Elementos de M´aquinas).
A internete ´e uma fonte bastante rica de defini¸c˜oes e tabelas sobre roscas. Nas equˆencia s˜ao apresentadas referˆencias interessantes sobre roscas podem ser vistas em:
• http://www.efunda.com/DesignStandards/screws/unified.cfm • http://www.zytrax.com/tech/mech/threads.htm
• http://www.internationalcockpitclub.org.uk/articles/article threads.htm, este site tinha uma especifica¸c˜ao de parafusos antigos, normalmente n˜ao normalizados usados em avi˜oes antigos.
1.5
Forma das roscas de parafusos
O perfil mais comum que define a forma de roscas em parafusos e furos ´
e o V (vˆe) sim´etrico (ou simplesmente perfil V). O ˆangulo do perfil ´e de 60 graus entre suas arestas. Esta forma ´e definida na norma ISO/M´etrica e denominada de UNC “Unified Screw Thread” (UN, UNC, UNF, UNRC, UNRF).
A vantagem de trabalhar com roscas sim´etricas ´e a sua facilidade de fabrica¸c˜ao e controle de qualidade, quando comparada com as propostas de formas n˜ao sim´etricas. Roscas s˜ao aplicadas a detalhamento de fixa¸c˜ao.
Outras roscas sim´etricas s˜ao os padr˜oes Whitworth e a Acme. A rosca Whitworth ´e definida para a defini¸c˜ao de roscas no padr˜ao Inglˆes. A forma de rosca Acme ´e aplicada para movimentos translacional de m´aquinas e fer-ramentas onde grandes cargas precisam ser transmitidas com o parafuso em quest˜ao. Pode ser econtrada formas quadradas de roscas, principalmente em m´aquinas ferramentas, mas s˜ao mais dif´ıcil de fabricar.
O tamanho b´asico ´e denominado de tamanho nominal, cuja tolerˆancia de fabrica¸c˜ao ´e aplicada para determinar o m´aximo e o m´ınimo tamanho de material.
Figura 9: Elementos de b´asicos de defini¸c˜ao de roscas.
Roscas s˜ao classificadas em classes. Estas classes definem diferentes quan-tidades de tolerˆancias na fabrica¸c˜ao de parafusos ou furos roscados. As classes
1A, 2A, 3A aplica-se a parafusos e as classes 1B, 2B, 3B s˜ao aplicadas a ros-cas internas (furos roscados). As normas definem diferentes tolerˆancias para as diferentes classes que devem ser observadas ao usar roscas para parafusos e furos.
