Baixe Metrologia - 2008 e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 • A ISO série 9000 define explicitamente a relação entre garantia da qualidade e metrologia: controle sobre os instrumentos de medição – Certificação. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga • 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. • A Metrologia Industrial, cujos sistemas de medição controlam processos produtivos Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. As peças fabricadas podem ser utilizadas isoladamente ou em conjunto, como na maioria dos casos (formar componentes ou máquinas). Neste segundo caso, para a facilidade de substituição rápida e simples das peças, é necessário que elas sejam intercambiáveis. Para isso é Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Admitamos que os pinos tenham o diâmetro nominal externo de 20 mm. Evidentemente os pistões deverão ser usinados de tal forma que permitam o encaixe deslizante do Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 Este problema de intercambialidade foi sentido por muitas indústrias até ser criado um sistema internacional, Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Figura 4 Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Figura 5 Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 mínima furo e a máxima do eixo, quando o eixo é menor que o furo. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga Figura 9 Ajuste com Interferência – o afastamento superior do furo é menor ou igual ao afastamento inferior do eixo. Figura 10 Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 pré-estabelecido como sendo igual a zero. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga Figura 12 Campo Tolerância – é o conjunto de valores compreendidos entre o afastamento superior e inferior. Por convenção, as tolerâncias que estão sobre a linha zero são positivas (+) e as que estão sob tal linha são negativas (-). Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 regulagem. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. EXEMPLOS DE CALIBRADORES Autor: Professor Dr. Eduardo Braga Figura 14 – Calibradores de boca ajustáveis. Figura 15 – Calibradores de boca fixos “passa não passa” Autor: Professor Dr. Eduardo Braga Calibradores tampão tipo TEBO Calibrador esférico 829 Figura 19 Calibrador para orifício CSE Nº 60-F Figuras 20. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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; - Temperatura de referência (20º) Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 O sistema de tolerância ISO considera todas as dimensões compreendidas entre 1 e 500 mm nos seguintes grupos de dimensões. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. O gráfico mostra esquematicamente as posições dos campos de tolerâncias. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Deste modo, o simbolo é formado acrescentando a letra do campo, o número indicativo da qualidade. Na prática, Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 Neste sistema a linha zero constitui o limite inferior da tolerância do furo. Os furos H são os elementos básicos do sistema. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga MOVEL INCERTO FIXO iz FURO BASE “=. MOVEL INCERTO FIXO ql dd Re EIXO BASE A Autor: Professor Dr. Eduardo Braga INSTRUMENTOS PARA A METROLOGIA DIMENSIONAL Principais fontes de erro na medição - Variação da temperatura: A temperatura padrão de referência é 20ºC. Se a temperatura muda , a peça se expande ou contrai, afetando o resultado da medição. Quando não é possível trabalhar com a temperatura controlada a 20ºC podem ser feitos cálculos para compensar o erro, para tanto é necessário conhecer o coeficiente de dilatação térmica do material. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 simples de medida envolvem o contato entre o instrumento e a peça, sendo que a força que promove este contato deve ser tal que não cause deformação na peça ou no instrumento. Como exemplo podemos citar o paquímetro que não possui controle de força e dependem da habilidade do operador para não alterar a leitura. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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 O paquímetro e o traçador de altura utilizam-se do nônio para ampliar a leitura, o micrômetro utiliza-se do passo de uma rosca e um tambor graduado e os relógios utilizam-se de um mecanismo de engrenagens e alavancas. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga PAQUÍMETROS Esse sistema de medição é constituído basicamente de dois corpos móveis que permitem geralmente quatro maneiras de acesso à peça para efetuar a medição e, por isso, são chamados de paquímetros quadrimensionais. Podem fornecer resultados de medição com leituras de 0,1 mm, 0,05 mm ou 0,02 mm no sistema métrico e de 0,001” ou 1/128” no sistema polegada. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Para o sistema métrico geralmente são gravados 20 ou 50 traços e para o sistema polegada geralmente 8 ou 25 traços, que tem valor progressivo da mesma forma que a escala principal. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Exemplos de Leitura Autor: Professor Dr. Eduardo Braga a) Leitura do nônio 0,05 mm (1/20 mm) (nônio com vinte divisões). Nônio: 0,05 mm Escala principal Nônio Leitura do paquímetro b) Leitura do nônio 0,02 mm (1/50 mm) (nônio com cincoenta divisões). Nônio: 0,02mm Escala principal Nônio Leitura do paquímetro 26 mm 0,45 mm 26,45 mm 25 mm 0,62 mm 25,62 mm Autor: Professor Dr. Eduardo Braga c) Leitura do nônio 1/128” (nônio com oito divisões). Nônio: 1/128” Escala principal 1-1/ 16” Nônio 4128" [DD Ars” Leitura do paquímetro 1-3/32 [TT peitos US EEE. es o A MR OD TITO Too Ag Fm êt2sas 676 0 10005 | 3) Leitura do nônio 001" (1/1000) (nônio 20m vinte e cinco divisões). Nônio: .001” Escala principal 1.100” Nônio 013" Leitura do paquímetro Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Ao medir um diâmetro, tome a máxima leitura. Ao medir ranhuras tome a mínima leitura. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga SAW AAA E ZA | TEA “RANHURAS AAA Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 6 – Posicione corretamente a vareta de profundidade. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 2 – Evite danos nas pontas de medição. Nunca utilize as orelhas de medição como compasso de traçagem. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 3 – proteja o paquímetro ao guardar por longo período. Usando um pano macio embebido em óleo fini anti- ferrugem. Autor: Professor Dr. Eduardo Braga Tipos de paquímetros PARA MATERIAIS MOLES TIPO PASSA - NÃO PASSA PARA REBAIXOS PARA CANAIS INTERNOS Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Se o micrômetro apresentar ainda um nônio com 10 divisões na bainha será possível a leitura de 0,001 mm (0,0001”). Autor: Professor Dr. Eduardo Braga * Leitura 001º ps 18 ma 17 —--| 16 EA 15 14 is 1 3 o Bainha 225" Tambor 016” Leitura do micrômetro 241" Leitura 0,001mm eia 15 Bainha 55 mm Tambor 21 mm Nônio (003 mm Leitura do micrômetro 5,713 mm Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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). 5 – Tome cuidado para ajustar o zero do micrômetro: Autor: Professor Dr. Eduardo Braga PARA FUROS PEQUENOS TIPO PAQUÍMETRO TIPO TUBULAR Autor: Professor Dr. Eduardo Braga PARA ROSCAS .s “o m— = «s <> as =E cu te — “q E = ae o) = &aa PARA TRABALHO SERIADO E == COM ARCO RASO Autor: Professor Dr. Eduardo Braga 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. Trata-se de um instrumento de múltiplas aplicações, porém, sempre acoplado a algum meio de fixação.