ESTUDO EXPERIMENTAL DA APLICAÇÃO DO PROGRAMA
COMPUTACIONAL TOLEGEO NO TOCANTE AO
TOLERANCIAMENTO GEOMÉTRICO
CARVALHO JÚNIOR, Reginaldo Andrilino de1; OLIVEIRA, José Eduardo Ferreira de2; SILVA, Luiz Roberto Oliveira da3
1
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca - Brasil. rjunior05@oi.com.br
2
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Av. Prof. Luiz Freire, 500 – Cidade Universitária – Recife – PE – Brasil – CEP: 50740-540 jefocefetpe@yahoo.com.br.
3
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca - Brasil. luizrob@cefet-rj.br
RESUMO
O projeto mecânico de peças pressupõe, fundamentalmente, a determinação das tolerâncias dimensionais e geométricas. As tolerâncias dimensionais são muito mais trabalhadas na prática industrial, uma vez que a sua utilização é muito mais disseminada na literatura, seguindo procedimentos consolidados, através dos métodos de análise e síntese. No entanto, apenas o estabelecimento dessa tolerância não garante a funcionalidade e a intercambialidade da peça, em função da presença dos desvios de forma, orientação, localização e batimento, havendo, portanto, a necessidade do estabelecimento das tolerâncias geométricas, cujos valores dependerão de várias variáveis como, por exemplo, as dimensões da peça, da máquina-ferramenta utilizada, da forma de fixação da peça e dos parâmetros de fabricação. Em função disso, em grande parte das vezes, a escolha dessa tolerância fica a cargo da experiência do projetista, o que de uma forma ou de outra, acaba impactando nos custos de fabricação e na qualidade da peça.
Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma aplicação prática de toleranciamento geométrico, utilizando o software TOLEGEO, desenvolvido no âmbito deste trabalho, bem como descrever a sua estruturação e a base de dados gerada, além dos impactos positivos no projeto em função da sua utilização.
1. INTRODUÇÃO
O projeto mecânico de peças pressupõe, fundamentalmente, a determinação das tolerâncias dimensionais e geométricas. As tolerâncias dimensionais são muito mais trabalhadas na prática industrial, uma vez que a sua utilização é muito mais disseminada na literatura, seguindo procedimentos consolidados, através dos métodos de análise e síntese. No entanto, apenas o estabelecimento dessa tolerância não garante a funcionalidade da peça, em função da presença dos desvios de forma, orientação, localização e batimento, havendo, portanto, a necessidade do estabelecimento das tolerâncias geométricas, cujos valores dependerão de várias variáveis como, por exemplo, as dimensões da peça, da máquina-ferramenta utilizada, da forma de fixação da peça e dos parâmetros de fabricação. Em função disso, em grande parte das vezes, a escolha dessa tolerância fica a cargo da experiência do projetista, o que de uma forma ou de outra, acaba impactando nos custos de fabricação e na qualidade da peça. Um desenho na linguagem GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) proporciona todos os recursos necessários para que o projeto mecânico possa informar a todos os interessados, os principais parâmetros em termos de dimensionamento, focando não somente o produto, mas também levando em consideração os processos de fabricação, o controle dimensional e a montagem.
Dentro deste contexto, este trabalho apresenta uma aplicação prática de toleranciamento geométrico, utilizando como ferramenta o software TOLEGEO, desenvolvido no âmbito deste trabalho, bem como descrever a sua estruturação e a base de dados gerada, além dos impactos positivos no projeto em função da sua utilização.
2. ESTRUTURAÇÃO DO TOLEGEO.
O software TOLEGEO, desenvolvido na linguagem VBA (Visual Basic for Application), apresenta como dados de saída, valores padronizados e atualizados de tolerâncias geométricas [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14], a partir de diferentes processos de usinagem, como por exemplo, o torneamento, a retificação e o mandrilamento. Sua estruturação está dividida em três desvios: forma, orientação e batimento, conforme apresentado na figura 1.
2.1. Batimento
Esta seção está dividida nos seguintes tópicos: batimento radial em função da centragem da peça, batimento radial em função do diâmetro, batimento radial em função da usinagem e da forma de fixação da peça e batimento circular.
O batimento radial em função da centragem da peça apresenta os desvios máximos permissíveis, considerando-se operações de torneamento, retificação e mandrilamento, de acordo com as seguintes possibilidades para a usinagem externa e interna: usinagem em placa universal sem centragem subsequente, usinagem em placa universal com centragem com graminho, usinagem em placa universal com centragem com relógio indicador e usinagem em placa universal para operação com castanhas moles.
Com relação à opção de batimento radial em função do diâmetro, o mesmo poderá variar de 0 a 250 mm para as operações de torneamento e retificação, considerando-se a fixação entre pontos, na placa ou mandril ou sem centros.
Já o batimento radial em função da usinagem, considera as seguintes possibilidades: fixação com mandril previamente retificado, fixação para mandril sem retificação com ponto retificado ou torneado ou fixação para mandril sem retificação e centro temperado sem retificação posterior.
Por fim, o batimento circular, segundo a NBR ISO 2768-2 (2001) apresenta os desvios máximos permissíveis, considerando as classes de tolerância H, K e L.
2.2 Desvios de forma
Os desvios de forma considerados pelo software são: cilindricidade em função da máquina-ferramenta e da peça, cilindricidade em função do diâmetro, circularidade em função do diâmetro, planeza em função da operação de usinagem, planeza em função do comprimento, retitude e planeza.
Para a determinação da cilindricidade em função da máquina-ferramenta utilizada para a fabricação da peça, são consideradas as seguintes máquinas: torno com altura entre centros até 180 mm; torno com altura entre centros até 400 mm; torno com altura entre centros até 1000 mm; torno revólver; torno frontal; torno vertical com uma coluna, usinando com cabeçotes verticais; torno vertical com uma coluna, usinando com cabeçotes frontais; mandriladora vertical com dois cabeçotes e retificadora cilíndrica.
Com relação à determinação da cilindricidade em função do diâmetro, o software considera tanto para a usinagem externa, quanto para a interna, a possibilidade dos seguintes diâmetros: até 50 mm, maior que 50 mm até 120 mm, maior que 120 mm até 250 mm e maior que 250 mm até 500 mm. O valor deste desvio é obtido para processos de torneamento, retificação e mandrilamento.
O desvio de circularidade em função do diâmetro é determinado, considerando-se, tanto para o torneamento quanto para a retificação, os seguintes diâmetros: até 5 mm, acima de 5 mm até 10 mm, acima de 10 mm até 50 mm e acima de 50 mm até 120 mm, além das opções de fixação da peça entre pontos, na placa ou mandril e sem centros.
A opção de planeza em função da operação de usinagem está habilitada para as seguintes operações de usinagem: aplainamento de superfícies planas e canais, aplainamento de superfícies planas e canais para plainas verticais, fresamento com fresa de disco, torneamento em torno vertical ou horizontal, retificação em retificadora de superfície em sentido contrário ao avanço, retificação em retificadora de superfície no mesmo sentido do avanço, retificação com a face lateral de rebolos, retificação com diâmetro externo de rebolos, retificação em desbaste e brochamento.
Para o desvio de planeza em função do comprimento são consideradas as operações de lapidação, retificação, fresamento, torneamento e aplainamento. Este desvio é determinado para os seguintes comprimentos da superfície a ser usinada: até 10 mm, acima de 10 mm até 25 mm, acima de 25 mm até 50 mm e acima de 50 mm até 120 mm.
Os desvios gerais para retitude e planeza são estabelecidos para as classes de tolerância H, K e L, para as seguintes dimensões nominais (NBR ISO 2768-2, 2001): até 10 mm, acima de 10 mm até 30 mm, acima de 30 mm até 100 mm, acima de 100 mm até 300 mm, acima de 300 mm até 1000 mm e acima de 1000 mm até 3000 mm.
2.3 Desvios de orientação
Com relação aos desvios de orientação, o TOLEGEO possui as seguintes opções: paralelismo em função da operação de usinagem, paralelismo em função do comprimento, paralelismo em função do sistema de furação e da broca e perpendicularidade.
Para o paralelismo em função da operação de usinagem, o software trabalha para as seguintes opções: aplainamento de superfícies planas e canais, aplainamento de superfícies planas e canais para plaina vertical, fresamento com fresa de disco, fresamento com fresa de topo, retificação em retificadora de superfície em sentido contrário ao avanço, retificação em retificadora de superfície no mesmo sentido do avanço, retificação com a face lateral de rebolos, retificação com diâmetro externo de rebolos, retificação em desbaste, furação por traçagem, furação com dispositivo, mandrilamento em torno com a peça centrada por traçagem, mandrilamento com centragem em placa angular, mandrilamento em mandriladora ou retificadora horizontal, usinagem em torno (montagem ou traçagem), usinagem em torno (verificação com relógio comparador), usinagem em torno (furo e face em uma única usinagem), usinagem de furo em fresadora vertical com a peça presa na mesa da máquina, usinagem de furo em fresadora horizontal com a peça presa em ângulo com a mesa e retificação interna com a peça presa em dispositivo.
A opção do paralelismo em função do comprimento considera os processos de torneamento, fresamento, aplainamento e retificação, para os seguintes diâmetros: até 10 mm, acima de 10 mm até 25 mm, acima de 25 mm até 30 mm, de 50 mm até 120 mm e acima de 120 mm até 250 mm.
O toleranciamento geométrico para o paralelismo em função do sistema de furação e da broca é estabelecido de acordo com a precisão da fabricação, considerando-se o desvio de distância entre centros ou o desvio de paralelismo por 100 mm, conforme as seguintes condições de furação:
Furação para diâmetro da broca até 3 mm;
Furação para diâmetro da broca acima de 3 mm até 6 mm;
Furação por traçagem para brocas com diâmetro acima de 6 mm até 10 mm; Furação por traçagem para brocas com diâmetro acima de 10 mm até 18 mm; Furação por traçagem para brocas com diâmetro acima de 18 mm até 30 mm; Furação por traçagem para brocas com diâmetro acima de 30 mm até 50 mm.
Para o caso do desvio de perpendicularidade, o programa funciona de acordo com as seguintes opções: perpendicularidade de furos com relação a uma superfície plana de referência, perpendicularidade de eixos ou furos com relação a um plano de referência e perpendicularidade em função da classe de tolerância.
Considerando-se, inicialmente, a perpendicularidade de furos com relação a uma superfície plana de referência, o programa realiza o toleranciamento para a precisão máxima e para a precisão econômica, de acordo com as seguintes operações de usinagem: furação por traçagem, furação com dispositivo, mandrilamento em torno com a peça centrada por traçagem, mandrilamento com centragem em placa angular, mandrilamento em mandriladora ou fresadora horizontal.
Para a opção de perpendicularidade de eixos ou furos com relação a um plano de referência, o programa também trabalha com valores econômicos e máximos para a precisão de fabricação, e considera uma das possíveis operações de usinagem: furação com traçagem, furação com dispositivo, usinagem em torno (montagem ou traçagem), usinagem em torno (verificando com o relógio comparador), usinagem em torno (furo e face em uma única usinagem), usinagem de furo em fresadora vertical com a peça presa na mesa da máquina, usinagem de furo com fresadora horizontal com a peça presa em ângulo com a mesa e retificação interna com a peça presa em dispositivo. Para a perpendicularidade em função da classe de tolerância, o programa funciona para as classes H, K e L, de acordo com as seguintes faixas de dimensões nominais para o lado menor:
Até 100 mm;
Acima de 100 mm até 300 mm; Acima de 300 mm até 1000 mm; Acima de 1000 mm até 3000 mm.
Além de todas estas opções de toleranciamento geométrico, o TOLEGEO ainda disponibiliza três outras possibilidades:
Valores indicativos de tolerâncias geométricas para diferentes funções das superfícies; Tolerâncias geométricas obtidas através de diferentes processos de fabricação e Tolerâncias gerais para simetria.
As figuras 2, 3 e 4 apresentam respectivamente as telas para cada uma destas opções.
Figura 3 - Módulo de tolerâncias geométricas obtidas de diferentes processos de fabricação.
Figura 4 - Módulo de tolerâncias gerais para simetria.
3. EXEMPLO DE APLICAÇÃO
A fim de exemplificar a aplicação do software TOLEGEO será apresentado um problema cujo toleranciamento geométrico foi totalmente realizado pelo mesmo, em função das exigências funcionais às quais a peça está submetida.
A figura 5 apresenta um eixo a ser toleranciado geometricamente, cujas dimensões estão mostradas na figura 6.
Figura 5 – Representação esquemática do eixo 3D a ser toleranciado
Figura 6 – Cotação da peça modelo a ser toleranciada pelo TOLEGEO.
A figura 7 apresenta a peça após o toleranciamento geométrico, fazendo-se uso do software TOLEGEO, considerando-se o processo fabricação, o tipo de fixação e as dimensões do mesmo.
Figura 7 – Peça modelo após o toleranciamento pelo TOLEGEO.
4. CONCLUSÕES.
Estudos atuais estimam que a maior parte dos custos devidos a desvios da qualidade são gerados nas etapas de planejamento, isto é, antes de se começar a fabricação dos produtos propriamente ditas e, que os custos associados à correção dos desvios da qualidade se produzem durante a
inspeção e utilização do produto. Buscando uma solução para minimizar estes problemas foi criada uma linguagem de projeto mecânico que permitisse uma passagem de projetos que desenvolviam geometrias simples, com tolerâncias abertas, para novos projetos que buscam atender a nova demanda do mercado que implicava em geometrias complexas associadas a tolerâncias estreitas. Esta nova linguagem denominada GD&T permite a redução dos custos de produção, retrabalhos e refugos, além de assegurar a intercambialidade entre peças, tornando-se um fator decisivo que melhorou a integração dos processos produtivos, induzindo também a mudanças organizacionais que proporcionam um relacionamento melhor a nível interno e externo com os fornecedores. Levando em conta estes fatores o desenvolvimento do software TOLEGEO busca incentivar os setores de projeto, fabricação, montagem e inspeção a se adaptarem diante dessa nova realidade, através de uma ação orientativa que busca além da uniformização de práticas a redução de custos e conflitos entre áreas, através da compreensão e utilização das tolerâncias geométricas em desenhos mecânicos, minimizando as falhas tão comuns de interpretação e dimensionamento, que levam a custos e perdas de qualidade decorrentes da sua não utilização.
5. REFERENCIAS.
[1] ASME Y14.5M. “Dimensioning and tolerancing”. Revision of ANSI Y14.5M-1982. New York, 1994.
[2] ISO 1101 – Geometrical Product Specifications (GPS) - Geometrical tolerancing - Tolerances of form, orientation, location and run-out. ISO, 2006.
[3] NBR ISO 2768-2 – Tolerâncias Gerais - Parte 2: Tolerâncias geométricas para elementos sem indicação de tolerância individual. ABNT, 2001.
[4] Álvarez, J. P.; Pérez Benedito, J.L.; Martínez, S.P. Expresión Gráfica em la Ingeniería – Ingeniería Gráfica. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronaútica, 2009.
[5] Romero, Javier; Gomez G., Jorge I. Redalyc. Una mirada a las normas sobre dimensionado y tolerado geométrico en hispanoamérica. Universidad Nacional de Colombia, 2008.
[6] Bourdet, P. Tolérancement géométrique. Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisse, Cachan, 2005.
[7] Agostinho, Lirane e Antônio. Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de dimensões. São Paulo: Ed. Edgard Blücher, 1977.
[8] Latvijas Standarts. LVS EN ISO 8062-3/AC – Geometrical Product Specifications (GPS) – Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts – Part 3: General dimensional and geometrical tolerances and machining allowances for castings.
[9] Reyes A., P. Dimensiones e tolerancias geométricas. Tecnología, Innovación y Competitividad de clase mundial, 2003.
[10] DIN EN ISO 4759-3 – Tolerances for fasteners – Part 3: Plain washers for bolts, screws and nuts – Product grades A and C (ISO 4759-3: 2000). EUROPEAN STANDART, 2000.
[11] DIN 7168 – General tolerances for linear and angular dimensions and geometrical tolerances. Alemanha: DIN, 1991.
[12] ISO 8062-3 - Geometrical product specifications - (GPS) - Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts – Part 3: General dimensional and geometrical tolerances and machining allowances for castings. ISO, 2007.
[13] BS EN 22768-2 - General tolerances - Part 2: Geometrical tolerances for features without individual tolerance indications. Reino Unido: BS, 1993.
[14] NBR 6409 – Tolerâncias geométricas – Tolerâncias de forma, orientação, posição e batimento – Generalidades, símbolos, definições e indicação em desenho. ABNT, 1997.
[15] NBR 14646 - Tolerancias geométricas – Requisitos de máximo e requisitos de mínimo material. ABNT, 2001.
