Formação GD&T Básico

METROLOGIA MEC / QUP / USI

Formação Básica

GD & T DIMENSIONAMENTO E TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS

HISTÓRIA DO GD & T MEC / QUP / USI

Formação Básica

O criador do GD&T foi Stanley Parker, engenheiro inglês da fábrica de torpedos da marinha britânica, localizada na cidade de Alexandria, Escócia. Nessa época, 1940, acreditava-se que o erro era inevitável. Stanley Parker, pressionado pelo esforço de guerra, provocou uma grande controvérsia ao realizar uma experiência inédita. Montou produtos que funcionaram bem utilizando peças reprovadas na inspeção. Então ele concluiu que as peças reprovadas, na verdade, eram peças boas. O que estava errado era o conceito de peça ruim. Assim nasceu o GD&T, que utiliza campos de tolerâncias cilíndricos. Esta foi a primeira alteração sofrida pelo sistema cartesiano, 300 anos após a sua criação.

Peça reprovada

Montabilidade?

HISTÓRIA DO GD & T MEC / QUP / USI

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Zona de tolerância retangular

Zona de tolerância circular

Centro do furo

Centro do furo

≠ de 57% IT = 0,2 Tamanho da zona de tolerância = 0,04 mm²

IT = Ø 0,28 Tamanho da zona de tolerância = 0,062 mm²

CONCEITOS BÁSICOS MEC / QUP / USI

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Elemento: É o termo geral aplicado a uma parte da peça, como um furo, uma superfície ou uma ranhura. Os elementos pode ser 1D, 2D ou 3D. Alguns deles são adimensionais como uma linha ou um plano, enquanto outras podem ter dimensão atribuída como um furo, por exemplo. Grupos de dimensões: São grupos de dimensões lineares que definem a geometria de qualquer peça (podem ser externas, internas, ressaltos e distâncias). Condição de máximo material (MMC): A condição de máximo material é o limite no qual a peça (furo ou eixo) possui o máximo volume de material, dentro do seu limite de tolerância especificado.

Máximo Material

19,9

Dimensões Internas

20 ± 0,1

20,1

20 ± 0,1

Dimensões Externas

Máximo Material

CONCEITOS BÁSICOS MEC / QUP / USI

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Condição de mínimo material: Ao contrário da anterior, a condição de mínimo material é o limite no qual a peça (furo ou eixo) possui o mínimo volume de material, dentro do seu limite de tolerância especificado. Ou seja, é a condição na qual a peça apresenta o menor peso, e corresponde à condição menos crítica de montagem.

Mínimo Material

Referência ou Datum: São referências geométricas definidas nas peças para relacionar tolerâncias a determinados elementos da peça. Um Datum pode ser uma linha, ponto, plano ou outro elemento geométrico a partir das quais as dimensões sejam medidas ou para as quais as tolerâncias geométricas sejam referenciadas.

20,1

Dimensões Internas

20 ± 0,1

19,9

20 ± 0,1

Dimensões Externas

Mínimo Material

CONCEITOS BÁSICOS MEC / QUP / USI

Dimensões básicas: As dimensões básicas são cotas usadas para descrever a posição, o perfil, a forma e a orientação teoricamente exatas de um elemento geométrico da peça. Como são exatas, não se pode aplicar uma tolerância à cota básica, que deve necessariamente ser definida a partir de um Datum.

Quadros de controle: Os quadros de controle são os recursos básicos para se colocar as informações sobre as tolerâncias geométricas. Consistem de retângulos usados para aplicação dos símbolos das tolerâncias, as referências (datums) e outras informações.

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SIMBOLOGIA MEC / QUP / USI

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Abaixo temos os símbolos utilizados para especificar as características geométricas:

SIMBOLOGIA MEC / QUP / USI

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Tolerâncias Geométricas

Simples

Forma •Retitude •Planeza •Circularidade •Cilindricidade •Perfil de linha •Perfil de superfície

Relacionadas a um Datum

Localização •Posição •Concentricidade •Coaxialidade •Simetria •Perfil de linha •Perfil de superfície

Orientação •Perpendicularidade •Paralelismo •Angularidade •Perfil de Linha •Perfil de Superfície

Batimento •Batimento radial •Batimento Total

CARACTERÍSTICAS DE FORMA MEC / QUP / USI

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Para controlar a variação de forma dos diversos elementos geométricos são utilizados 06 tipos diferentes de tolerâncias de forma: • Retitude (Retilineidade) • Planeza • Circularidade • Cilindricidade • Perfil de Linha e Superfície (sem a utilização de Datum) Para a definição da tolerância de forma, não se utilizam Datums já que a forma geométrica é independente de uma referência espacial. A zona de tolerância é um espaço limitado por linhas ou superfícies e dimensionado pelo valor da tolerância. Para determinar a zona de tolerância para retitude ou planeza a direção das linhas ou superfícies têm que ser de tal forma que a distância entre dois elementos paralelos seja a mínima possível.

Exemplos de tolerâncias de forma (planeza e retitude)

RETITUDE MEC / QUP / USI

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A tolerância de Retitude (Retilineidade) define a faixa de variação que um elemento geométrico de uma superfície ou linha de centro pode ter em relação a uma reta perfeita. A retitude define uma zona de tolerância dentro da qual o elemento tolerado deve estar situado. A tolerância é aplicada diretamente sobre o elemento, na vista em que os elementos controlados são representados por uma linha reta. A zona de tolerância varia conforme o tipo de elemento onde a tolerância é aplicada.

Exemplos de especificação de retitude

Exemplos de método de medição convencional de retitude

PLANEZA MEC / QUP / USI

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É a condição pela qual toda superfície deve estar limitada pela zona de tolerância “t”, compreendida entre dois planos paralelos, distantes de “t”. Quando, no desenho do produto, não se especifica a tolerância de planeza, admite-se que ela possa variar, desde que não ultrapasse a tolerância dimensional.

Especificação de planeza

R égua

N ivelam ento

M edição

Exemplos de método de medição convencional de planeza

PLANEZA MEC / QUP / USI

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Observa-se, pela figura abaixo, que a tolerância de planeza é independente da tolerância dimensional especificada pelos limites de medida. Conclui-se que a zona de tolerância de forma (planeza) poderá variar de qualquer maneira, dentro dos limites dimensionais. Mesmo assim, satisfará às especificações da tolerância.

CIRCULARIDADE MEC / QUP / USI

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A tolerância de circularidade controla os desvios de forma de um perfil circular e, como todos os desvios de forma, não é especificada em relação a um Datum. É aplicada a elementos que possuem a seção circular, como cilindros, esferas e cones. Tipicamente os erros de circularidade se apresentam em formato oval, lobular ou irregular, dependendo do processo de fabricação empregado para fabricar o perfil.

Ovalizado

Lobular

Irregular

Independente do perfil da peça, todos os pontos medidos sobre a superfície real devem estar contidos dentro de uma zona de tolerância compostas por círculos concêntricos, em formato de anel. A espessura radial do anel corresponde ao erro de circularidade aceitável. O quadro de controle é aplicado diretamente sobre o elemento tolerado e cada seção transversal desse elemento deve apresentar o desvio de circularidade dentro do valor da tolerância.

CIRCULARIDADE MEC / QUP / USI

„

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0,2 0,2

CILINDRICIDADE MEC / QUP / USI

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Na fabricação de uma superfície cilíndrica interna ou externa são cometidos erros no processo (furação, torneamento, etc.) que alteram a sua geometria em relação a um cilindro com forma perfeita. A figura abaixo ilustra alguns desses desvios. Dessa forma em algumas situações é necessário especificar uma tolerância que controle essa variação dentro de certos limites, e essa tolerância é a tolerância de cilindricidade. A tolerância de cilindricidade controla a variação de um eixo ou um furo em relação a um cilindro perfeito. Zona de tolerância

Empenamento

Irregularidade

Conicidade

CILINDRICIDADE MEC / QUP / USI

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Enquanto a tolerância de circularidade aplicava-se somente a uma seção circular da peça, a tolerância de cilindricidade diz respeito simultaneamente à seção circular e ao eixo longitudinal da peça. Enquanto a tolerância de circularidade é 2D, a tolerância de cilindricidade controla a variação de forma da peça em 3D. g

0,1

0,1

A cilindricidade é uma tolerância composta que inclui: • Circularidade de cada seção; • Retitude do eixo e das geratrizes; • Paralelismo dos elementos da superfície do cilindro

PERFIL DE LINHA E DE SUPERFÍCIE MEC / QUP / USI

Formação Básica

São tolerâncias de forma dos elementos geométricos de uma peça e como tolerância de forma não requer um datum. No entanto, essas mesmas tolerâncias podem ser especificadas em relação a um datum e definir o erro de posição e orientação de uma linha ou superfície. Quando a tolerância de perfil é aplicada sem um datum, somente o controle de forma está sendo definido. No entanto, com a especificação de um datum não somente a posição e orientação mas também a forma está sendo controlada.

CARACTERÍSTICAS DE ORIENTAÇÃO MEC / QUP / USI

Formação Básica

A tolerância de posição estuda a relação entre dois ou mais elementos. Essa tolerância estabelece o valor permissível de variação de um elemento da peça em relação à sua posição teórica, estabelecida no desenho do produto. As diferenças de posição, de acordo com a norma, são classificadas em orientação para dois elementos associados e posição dos elementos associados. As tolerâncias de posição por orientação estão resumidas na tabela abaixo:

PARALELISMO MEC / QUP / USI

Formação Básica

Existem 04 possibilidades de definir um paralelismo de um elemento em relação a um datum. Paralelismo de uma linha em relação a um plano datum

Paralelismo de um plano em relação a um plano datum

PARALELISMO MEC / QUP / USI

Paralelismo de uma linha em relação a uma linha datum

Formação Básica

Paralelismo de uma linha em relação a um plano datum

PARALELISMO MEC / QUP / USI

Formação Básica

O controle da tolerância de paralelismo utilizando instrumentação convencional pode ser realizado com a utilização de calibres funcionais ou através do uso de instrumentos (comparadores) e dispositivos de precisão (desempenos, réguas, etc). Nas figuras a seguir temos alguns exemplos de como controlar esta característica com instrumentos convencionais.

f

0,2

A

M1

M2 L1

Mandris L2

A

•Relógios zerados em uma superfície de referência paralela ao desempeno •Leitura na peça é feita nas extremidades do mandril •Se a zona de tolerância é cilíndrica deve-se repetir o procedimento com a peça rebatida de 90º nos dois sentidos

Erro =

M1 − M2 × L1 L2

PERPENDICULARIDADE MEC / QUP / USI

Formação Básica

A tolerância de perpendicularidade tem uma conceituação semelhante à tolerância de paralelismo, com a diferença que se trata agora da verificação de condição de que os elementos geométricos estejam a 90º entre si. Da mesma forma que a tolerância de paralelismo, aplica-se a linhas e planos e sempre requer a definição de um datum, também por linhas e planos. A zona de tolerância é definida por dois planos ou linhas paralelas entre si e perpendiculares ao datum, e afastadas entre si do valor da tolerância. Com isso, a tolerância de perpendicularidade controla as tolerâncias de forma (planeza e retitude).

PERPENDICULARIDADE MEC / QUP / USI

Formação Básica

Assim como no paralelismo, existem 04 possibilidades de definir uma perpendicularidade de um elemento em relação a um datum. Perpendicularidade de uma linha em relação a um plano datum

Perpendicularidade de uma linha em relação a uma linha datum

Datum A

0,1

A

n 0,1

Datum A Datum A

PERPENDICULARIDADE MEC / QUP / USI

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Exemplos de medição de perpendicularidade com métodos convencionais:

Mesa rotativa

•Zerar os relógios no início de cada geratriz •Fazer a leitura dos relógios ao longo da superfície tolerada •Calcular a semi-diferença para cada par de pontos opostos •Desvio de perpendicularidade é a maior das semi-diferenças

 M − Mi2  Erro =  i1  2   Máxima

ANGULARIDADE MEC / QUP / USI

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A tolerância de angularidade define o desvio permitido para a inclinação de um elemento geométrico em relação a um datum. Na verdade, as tolerâncias de paralelismo e perpendicularidade são casos particulares da tolerância de angularidade. Aplica-se a linhas e planos e sempre requer a definição de um datum, também por linhas e planos. A zona de tolerância é definida por dois planos ou linhas paralelas entre si e inclinados de um ângulo básico exato. Os planos ou linhas são afastados entre si do valor da tolerância. A figura abaixo ilustra esse conceito.

0,2

Mandril

60º Mandril Suporte

60º

20º 20º Bloco-padrão angular Suporte

CARACTERÍSTICAS DE POSIÇÃO MEC / QUP / USI

Formação Básica

O posicionamento espacial dos elementos das peças possui uma influência muito grande na montagem e funcionalidade do produto. Furos e faces fora de posição, por exemplo, impactam diretamente na montabilidade e qualidade de um componente e no produto final. Garantir o posicionamento correto de um elemento geométrico na peça não é uma tarefa fácil. Independente do processo de fabricação empregado, sempre será um desafio obter uma boa precisão de posicionamento. Dimensão de um furo

Posição de um furo

•Ferramenta •Vibrações

INFLUÊNCIAS PRINCIPAIS

•Dispositivo •Setup (Zero-peça) •Ferramenta •CNC •Temperatura •Geometria da Máquina

Eixo

Servo-motor

Movimento da Mesa

Mesa

Enc oder Fuso

Sinal de Comando

CNC

Retroalimentação

CARACTERÍSTICAS DE POSIÇÃO MEC / QUP / USI

Formação Básica

Para definir uma tolerância de posição é necessário definir uma referência com a qual a posição deve ser atendida Símbolo de posição

As dimensões que indicam a posição do elemento devem ser cotas básicas, protegidas

CARACTERÍSTICAS DE POSIÇÃO MEC / QUP / USI A tolerância de posição também pode ser bi-direcional, quando se deseja controlar a posição de um elemento de forma diferente em duas direções

Formação Básica

Nesse caso a zona de tolerância acaba ficando retangular

APLICANDO O MMC MEC / QUP / USI

Formação Básica

APLICANDO O MMC MEC / QUP / USI

Formação Básica

Folga

APLICANDO O MMC MEC / QUP / USI

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Furo fabricado: n

= 25,100

Máximo material: n

= 25,000

Bônus de 0,1 mm para a tolerância de posição j

= 0,05 + 0,1 = 0,15 mm

Esse recurso criou o modificador da condição de máximo material “m” que é de grande importância para a garantia de montabilidade ao menor custo de fabricação. Deve-se lembrar que a tolerância dimensional é mais fácil de ser atingida do que a tolerância de posição que é mais cara.

CONCENTRICIDADE E COAXIALIDADE MEC / QUP / USI

Formação Básica

Concentricidade e Coaxialidade definem a condição na qual dois ou mais elementos como círculos, esferas, cilindros, cones, etc. possuem o mesmo centro ou eixo. A concentricidade é utilizada para definir a tolerância entre pontos e a coaxialidade é utilizada para definir a tolerância entre linhas ou eixos. Ambas são indicadas no quadro de controle através do mesmo símbolo.

Zona de tolerância n 0,1

n 0,04

CONCENTRICIDADE E COAXIALIDADE MEC / QUP / USI

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n 30 ± 0.1

Peça 0,02

B

n 20 ± 0.1

n 20 ± 0.1

A

Prismas em V

Procedimento impreciso se existe erro de circularidade na peça

SIMETRIA MEC / QUP / USI

Formação Básica

A tolerância de simetria é semelhante à de posição de um elemento, porém utilizada em condição independente, isto é, não se leva em conta a grandeza do elemento. O campo de tolerância é limitado por duas retas paralelas, ou por dois planos paralelos, distantes no valor especificado e dispostos simetricamente em relação ao eixo (ou plano) de referência.

O plano médio do rasgo deve estar compreendido entre dois planos paralelos, distantes 0,08 mm, e dispostos simetricamente em relação ao plano médio do elemento de referência A.

BATIMENTO MEC / QUP / USI

Formação Básica

Batimento é uma tolerância composta, usada para controlar a relação funcional de uma ou mais características de uma peça e um eixo dado. A tolerância de batimento divide-se em duas outras: Batimento Circular: proporciona o controle de elementos circulares de uma superfície. A tolerância é aplicada independentemente a cada posição circular de medição conforme a peça é girada 360°. Batimento Total: proporciona o controle composto de todos os elementos da superfície. A tolerância é aplicada simultaneamente, a todas as posições de medição circulares e de perfil conforme a peça é girada 360°.

Ambos os tipos de batimento podem sem axial ou radial

BATIMENTO CIRCULAR MEC / QUP / USI

BATIMENTO CIRCULAR RADIAL

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BATIMENTO CIRCULAR AXIAL

BATIMENTO TOTAL MEC / QUP / USI

BATIMENTO TOTAL RADIAL

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BATIMENTO TOTAL AXIAL

RELAÇÃO ENTRE AS TOLERÂNCIAS GEOMÉTICAS MEC / QUP / USI

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É importante destacar que existe uma relação de amarração entre muitas dessas tolerâncias geométricas. Quando especificadas, várias delas exercem um controle implícito de outras tolerâncias. A tolerância de posição, por exemplo, pode exercer controle sobre o paralelismo e perpendicularidade do elemento tolerado. Por sua vez, a tolerância de paralelismo exercer um controle implícito sobre a planeza de uma superfície ou retitude de uma linha. A tabela a seguir esse inter-relacionamento entre as tolerâncias geométricas.