METROLOGIA
1 - INTRODUÇÃO
• A metrologia é a ciência das medições, abrangendo todos os aspectos teóricos e práticos que asseguram a precisão exigida no processo produtivo, procurando garantir a qualidade de produtos e serviços através da calibração de instrumento de medição e da realização de ensaios, sendo a base fundamental para a competitividade das empresas.
• A metrologia diz respeito ao conhecimento dos pesos e medidas e dos sistemas de unidades de todos os povos.
2 – QUAIS OS MOTIVOS DE SUA IMPLANTAÇÃO
• Globalização dos mercados – traduz a confiabilidade nos sistemas de medição e garantam que especificações técnicas, regulamentos e normas, proporcionem as mesmas condições de perfeita aceitabilidade na fabricação de produtos (montagem e encaixe), independente de onde sejam produzidos.
• Outro motivo está na melhoria do nível de vida das populações por meio do consumo de produtos com qualidade, da preservação da segurança, saúde e do meio ambiente.
3 – ÁREAS DA METROLOGIA
Basicamente, a Metrologia está dividida em três
grandes áreas:
• A Metrologia Científica, que utiliza instrumentos laboratoriais, pesquisa e metodologias científicas.
industriais e são responsáveis pela garantia da qualidade dos produtos acabados.
• A Metrologia Legal, que está relacionada a sistemas de medição usados nas áreas de saúde, segurança e meio ambiente.
4 – METROLOGIA NA ORGANIZAÇÃO
A metrologia garante a qualidade do produto final favorecendo as negociações pela confiança do cliente, sendo um diferenciador tecnológico e comercial para as empresas. Reduz o consumo e o desperdício de matéria-prima pela calibração de componentes e equipamentos, aumentando a produtividade.
5 – POR QUE CALIBRAR?
A calibração dos equipamentos de medição é função importante para a qualidade no processo produtivo e deve ser uma atividade normal de produção que proporciona uma série de vantagens tais como:
a) garante a rastreabilidade das medições.
b) permite a confiança nos resultados medidos.
c) reduz a variação das especificações técnicas dos produtos.
d) previne defeitos.
e) compatibiliza as medições.
7 – TOLERÂNCIAS
Nas construções mecânicas é impossível obter exatidão absoluta das dimensões indicadas no desenho, seja pelos erros das máquinas operatrizes, defeitos e desgastes das ferramentas, seja pela imperfeição dos instrumentos de medida, erros de leitura do operador ou ainda pelo fato que todos os instrumentos dão apenas e sempre medidas aproximadas.
As peças são, portanto confeccionadas com dimensões que se afastam a mais ou a menos da cota nominal, isto é apresentam erro.
Com a finalidade de aumentar a produção, as empresas fabricam em série seus produtos. Neste sentido as peças não são todas absolutamente iguais, mas, dentro de certos limites pré-estabelecidos e determinados, são plenamente aceitáveis.
necessário pré-estabelecer o intervalo dos limites entre os quais pode variar a dimensão de uma peça, isto é, é necessário estabelecer a tolerância.
Tolerância ou Campo de Tolerância é a variação
permissível da dimensão da peça, dada pela diferença entre as dimensões máxima e mínima.
Figura 1
Como exemplo, suponhamos uma indústria que fabrique pistões e pinos do acoplamento de bielas.
pino. Neste sentido, existirá tolerância tanto para os pinos como para os pistões e a tolerância deve ser tal que esse acoplamento continue deslizante também quando o pino de maior diâmetro calhe com o pistão de menor furo.
Figura 2
que é o sistema ISO (International Standardizing
Organization).
O sistema de Tolerância é um conjunto de princípios, regras, fórmulas e tabelas que permite a escolha racional de tolerâncias para a produção econômica das peças intercambiáveis.
Como finalidades do uso de tolerâncias têm:
• Evitar uma exatidão excessiva nas dimensões das peças durante a sua fabricação – geralmente ocorre quando não se indicam tolerâncias nos desenhos – causando um processo de fabricação muito lento e aumento da mão de obra. • Estabelecer limites para os desvios em
relação à dimensão nominal, assegurando o funcionamento adequado das peças.
TERMINOLOGIA DE TOLERÂNCIAS
Dimensão efetiva – dimensão medida, geralmente não
coincide com a dimensão nominal.
Figura 3 –
Dimensões Limites – valores máximos e mínimos
admissíveis para a dimensão efetiva.
Dimensão Máxima (Dmax) – valor máximo admissível
para a dimensão efetiva.
Dimensão Mínima (Dmin) – valor mínimo admissível
para a dimensão efetiva.
Tolerância (t) – variação permissível da dimensão da
Afastamento – diferença entre as dimensões limites e a
nominal.
Afastamento Inferior- diferença entre a dimensão
mínima e a nominal. Símbolo para furo Ai e para eixo ai.
Afastamento Superior – diferença entre a dimensão
máxima e nominal. Símbolo para furo As e para eixo as.
Linha Zero – linha que nos desenhos fixa a dimensão
nominal e serve de origem aos afastamentos.
Eixo – Termo convenientemente aplicado para fins de
tolerâncias e ajustes, como sendo qualquer parte de uma peça cuja superfície externa é destinada a alojar-se na superfície interna da outra.
Furo - Termo convenientemente aplicado para fins de
tolerâncias e ajustes, como sendo todo o espaço delimitado por superfície interna de uma peça e destinado a alojar o eixo.
Folga ou Jogo (F) – diferença entre as dimensões do
furo e do eixo, quando o eixo é menor que o furo.
Figura 6
Folga Máxima (Fmax) – diferença entre as dimensões
máxima do furo e a mínima do eixo, quando o eixo é menor que o furo.
Folga Mínima (Fmin) - diferença entre as dimensões
Figura 7
Interferência (I) – diferença entre as dimensões do
eixo e do furo, quando o eixo é maior que o furo.
Interferência Máxima (Imax) – diferença entre a
dimensão máxima do eixo e a mínima do furo, quando o eixo é maior que o furo.
Interferência Mínima (Imin) – diferença entre a
Figura 8
Ajuste ou Acoplamento – comportamento de um eixo
num furo, ambos da mesma dimensão nominal caracterizado pela folga ou interferência apresentada.
Ajuste com Folga – o afastamento superior do eixo é
Figura 9
Ajuste com Interferência – o afastamento superior do
furo é menor ou igual ao afastamento inferior do eixo.
Ajuste Incerto – o afastamento superior do eixo é
maior que o afastamento inferior do furo e o afastamento superior do furo é maior que o afastamento inferior do eixo.
Figura 11
Eixo Base – é o eixo em que o afastamento superior é
pré-estabelecido como sendo igual a zero.
Furo Base - é o furo em que o afastamento inferior é
Figura 12
Campo Tolerância – é o conjunto de valores
Figura 13
Exercícios (solução em sala de aula) Exercícios propostos
CALIBRADORES
dimensões das peças devem estar entre as dimensões máximas e mínimas determinadas pela tolerância indicada.
Em lugar de um calibrador simples, com a dimensão nominal, são empregados dois calibradores com as dimensões limite. Estes dois calibradores, chamados de
calibradores limite, freqüentemente constituem uma única
peça, com as dimensões máximas e mínimas, e são fixos na maioria das aplicações industriais.
Não sendo impossível estreitar um furo depois de aberto, as peças que apresentem furos de dimensões acima dos limites superiores não podem ser aproveitadas, por este motivo, o calibrador tampão com a dimensão superior é utilizado, também chamado de calibrador de refugo.
Este calibrador de refugo ou o “lado de refugo” do calibrador, não deve penetrar no orifício, recebendo por isso a denominação mais correta de calibrador-não-passa ou
lado-não-passa.
Para o controle das dimensões dos eixos ocorre o mesmo, mas em sentido inverso. O eixo deve penetrar no calibrador passa, mas não no calibrador-não-passa.
As peças fabricadas sob o controle de calibradores-limite permitem o perfeito ajuste na ocasião da montagem, sem intervenção do fator pessoal do operário.
DEFINIÇÃO DE CALIBRADORES
Calibrador Tampão – aquele cuja superfície de medir
é cilíndrica externa.
Calibrador Anular – aquele cuja superfície de medir é
cilíndrica interna.
Calibrador Chato – aquele cuja superfície de medir
são as duas partes de ma superfície cilíndrica externa, compreendidas entre dois planos paralelos eqüidistantes do eixo.
Calibrador Fixo – aquele sem dispositivo de
Calibrador Regulável - aquele cujos afastamentos
podem ser regulados.
Calibrador de Boca – aquele que tem forma de meio
anel e superfícies de medir planas.
Calibrador com Superfícies de Medir Esféricas –
aquele cujas extremidades pertencem à superfície de uma esfera.
Calibrador Não Passa – aquele que controla o
afastamento inferior de um eixo ou o afastamento superior de um furo.
Calibrador Passa – aquele que controla o afastamento
superior de um eixo ou o afastamento inferior de um furo.
Lado “Não Passa” – aquele do calibrador que não deve
passar.
Lado “Passa” – aquele do calibrador que deve passar.
Figura 14 – Calibradores de boca ajustáveis.
Figura 17 – Calibradores tampão “passa não passa”
Figura 19
SISTEMAS DE TOLERÂNCIAS E AJUSTES
Este sistema é definido como sendo o conjunto de princípios, regras, fórmulas e tabelas que permite a escolha racional de tolerâncias para a produção econômica das peças intercambiáveis.
O sistema ISSO fixa os seguintes princípios, regras e tabelas que se aplicam a tecnologia mecânica, afim da escolha racional de tolerâncias e ajustes visando à fabricação de peças intercambiáveis:
- Unidade de tolerância.
- Grupo de dimensões.
- Grau de precisão ou qualidade do trabalho; - Campos de tolerância;
UNIDADE DE TOLERÂNCIA
O cálculo da tolerância é baseado na unidae de tolerância, a seguir:
i = 0,45 D’1/3 + 0,001 D’
onde:
i = unidade de tolerância expressa em micron (µ) D’ = média geométrica dos dois valores extremos de cada grupo de dimensões fixados a seguir.
A unidade de tolerância serve de base ao desenvolvimento do sistema e fixa a ordem de grandeza dos afastamentos.
GRUPO DE DIMENSÕES
Os números grifados subdividem os grupos e são aplicáveis para os casos de ajuste com grande folga ou com grande interferência.
QUALIDADE DE TRABALHO
Desejando definir os graus de precisão com os quais pode ser trabalhar uma peça o sistema considera 18 qualidades de trabalho designadas por um número compreendido entre 01, 0, 1 ... até 16 precedido das letras IT (I = ISO, T = tolerância)
A aplicação desses graus de precisão é mostrada no gráfico a seguir:
Eixos
De 01 a 3 para calibradores De 4 a 11 para acoplamentos
De 12 a 16 para execução grosseira de peças isoladas
Furos
De 01 a 4 para calibradores De 5 a 11 para acoplamentos
De 12 a 16 para execução grosseira de peças isoladas.
As tolerâncias fundamentais indicadas na tabela 1 foram calculadas com o auxílio das seguintes fórmulas: Tabela 2
Exercícios propostos
CAMPOS DE TOLERÂNCIA
A qualidade de trabalho determina o valor do campo de tolerância, mas não define a posição a posição deste campo em relação à linha zero. Dependendo do ajuste requerido o campo pode situar mais próximo ou mais afastado, acima ou abaixo da linha zero. Cada posição é distinguida com uma ou duas letras do alfabeto, adotando-se letras maiúsculas para o furo e minúsculas para os eixos.
Observar que a posição H e h possui a característica de ter uma posição coincidente com a linha zero.
REPRESENTAÇÃO SIMBÓLICA
A indicação da tolerância é feita à direita da cota nominal e deve traduzir a posição do cvampo de tolerância e a qualidade do trabalho.
também se usa colocar o valor numérico da dimensão nominal seguido apenas das dimensões limites em mm.
Exemplos:
25m6 , 25 +0,008+0,021 H7 – m6, H7/m6
SISTEMA FURO BASE
SISTEMA EIXO BASE
Neste sistema a linha zero constitui o limite superior da tolerância do eixo. Os eixos h são elementos básicos do sistema.
AFASTAMENTO DE REFERÊNCIA
CLASSES DE AJUSTE
INSTRUMENTOS PARA A METROLOGIA DIMENSIONAL
Principais fontes de erro na medição
O comprimento da peça varia de acordo com a equação:
ΔL = L . γ . Δt (mm) Onde:
ΔL = variação de comprimento L = comprimento da peça
γ = coeficiente de expanção térmica do material. Δt = variação de temperatura.
Força de medição: Normalmente, os processos
Os micrômetros possuem um sistema de catraca, que permite exercer a mesma pressão de contato em todas as medições.
Forma da peça: Imperfeições na superfície,
retilineidade, cilindricidade e planeza exigem um posicionamento correto do instrumento de medição. No caso de peças cilindricas, deve-se efetuar mais de uma medição do diâmetro de uma seção, para verificar se é circular ou não e medir mais seções diferentes para verificar se a peça é cilíndrica ou cônica.
Forma de contato: Deve-se sempre buscar um
contato entre a peça e o instrumento que gere uma linha ou um ponto para uma maior precisão das medidas.
Paralaxe: qundo os traços de uma escala principal
erro. Assim, como regra geral, o observação da leitura deve ser feita sempre no melhor posicionamento perpendicular da vista.
Estado de conservação do instrumento: Folgas
provocadas por desgaste em qualquer parte do instrumento poderão acarretar em erros de medição. Um programa de aferição e calibração periódica serão a garantia de uma medida confiável.
Habilidade do operador: A falta de prática ou o
Tipos de instrumentos de medição.
Exite uma ampla gama de instrumentos de medição e de acordo com o seu princípio de trabalho podem ser classificados em:
Paquímetros Traçadores de altura Micrômetros Relógios comparadores Relógios apalpadores Rugosímetros Goniômetros
PAQUÍMETROS
Sistema de graduação para a leitura
Os paquímetros são fabricados geralmente com dois tipos de leitura: métrico e polegada; porém, alguns são fabricados em um sistema somente. A gradução que define o tipo de leitura é feita nas duas partes móveis do instrumento e cada uma tem as particularidades que se indicam a seguir:
a) Régua principal – aqui geralmente os paquímetros tem dupla gravação de traço: sistema métrico e polegadas. No sistema métrico são garvados traços de 1 mm, e no sistema polegada este podem corresponder a 1 polegada dividida em 16 partes ou 40 partes.
b) Cursor – Nesta parte são gravados dois conjuntos de traços chamados “NÔNIO”, um para trabalhar com a escala do sistema métrico e outro para a escala do sistema polegada.
Concveito de resolução ou leitura
A resolução ou leitura de um paquímetro está definida pelo resultado obtido ao dividir o valor do menor traço gravado na escala principal pelo número de traços do nônio. Assim temos:
a) Se o valor do menor traço da escala é 1 mm e o Nônio está composto por 20 traços, a leitura desse paquímetro será: 1 /20 = 0,05 mm. Este valor corresponde ao primeiro traço do Nônio depois do “zero”, assim o segundo traço vale 0,10 mm, o terceiro vale 0,15 e assim por diante até o último que vale 1mm.
b) Da mesma forma, se o nônio estiver composto por 50 traços, a leitura deste paquímetro será: 1/50 = 0,02 mm. Assim, este será o valor do primeiro traço do Nônio depois do “zero”, o segundo vale 0,04 mm, o terceiro vale 0,06 mm e assim por diante até o último que vale 1 mm. c) Se o valor do menor traço da escala for 1/16” e o
1/128”, e da mesma forma do exemplo anterior, esse valor corresponde ao primeiro traço do Nônio depois do “zero”, assim, o segundo vale 1/64, o terceiro vale 3/128” e assim por diante até o último que vale 1/16” (8/128”).
d) E, por último, se o valor do menor traço da escala for 0,025” (polegada dividida por 40 partes) e o Nônio tiver 25 partes, a leitura será: 0,025”/25 = 0,001”. Por analogia com os exemplos anteriores, este valor corresponde ao primeiro traço do Nônio depois do “zero”, o segundo vale 0,002”, o terceiro vale 0,003” e assim por diante até o último que vale 0,025”. e) Qualque outro tipo de graduação pode ser
interpretado de maneira similar.
Resultado de uma medida
a) Tomando como referência o primeiro traço do Nônio (traço zero) conte todos os traços da escala principal que ficam à direita.
b) Verifique qual dos traços do Nônio coincide com outro da escala principal. Sempre haverá um que fica melhor alinhado que os restantes. c) Some os valores obtidos na escala principal e o
Nônio. Este é o resultado da medida.
Recomendações para uso do paquímetro
1 – Selecione o paquímetro mais adequado para atender plenamenta a necessidade de medição;
Tipo normal ou especial
Leitura de acordo com o campo de tolerância especificado na peça.
2 – Limpe cuidadosamente as partes móveis, eliminando poeira e sugeiras com um pano macio.
5 – Posicione corretamente as orelhas para a medição interna. Procure introduzir o máximo possível as orelhas no furo ou ranhura, mantendo o paquímetro sempre paralelo à peça que está sendo medida. Verifique que as superfícies de medição das orelhas coincidam com a linha de centro do furo.
8 – Evite o erro de paralaxe ao fazer a leitura.
Cuidados especiais com o paquímetro
MICRÔMETRO
Princípio de funcionamento e leitura
O princípio de funcionamento do micrômetro baseia-se no deslocamento axial de um parafuso micrométrico de passo de alta precisão dentro de uma porca ajustável. Girando-se o parafuso micrométrico, este avança proporcionalmente ao passo que normalmente é de 0,5 mm (ou 0,025”), a circunferência da rosca (que corresponde ao tambor, pois este é fixado firmimente ao parafuso por encaixe cônico), é dividiva em 50 partes iguais (ou 25 partes nos instrumentos em polegada) possibilitando leituras de 0,01 mm ou 0,001”.
Assim uma volta completa do tambor corresponde ao passo da rosca, desta forma conclui-se:
Leitura do tambor = passo da rosca/nº de divisões do tambor.
Recomendações especiais para uso do Micrômetro.
1 – Selecione o micrômetro mais adequado 2 – Limpe as partes móveis
3 – Deixe estabilizar a temperatura da peça e do micrômetro.
4 – Antes do uso limpe as faces de medição. Use somente uma folha de papel macio (do tipo para limpar lentes).
Encoste suavemente as faces de medição usando somente a catraca ou ficção.
6 – Sempre utilize a catraca ou ficção ao efetuar as medições. Duas ou três voltas, após o encosto das faces de medição na peça, são suficientes. Assim a pressão de medição será sempre constante.
RELÓGIO COMPARADOR
Este instrumento foi desenvolvido para detectar pequenas variações dimensionais através de uma ponta de contato e por um sistema de ampliação mecânica apresentar seu valor com uma leitura clara e suficientemente precisa. O relógio comparador tradicional transforma ( e amplia) o movimento retilíneo de um fuso em movimento circular de um ponteiro montado em um mostrador graduado.
Conceito de leituta
fuso corresponde a 1 volta do ponteiro, sendo que esta volta é subdividida em 100 partes iguais; daí o valor de leitura 0,01 mm.
Procedimento para a leitura
Recomendações especiais para uso dos relógios comparadores.
