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1 Caro (a) estudante! O desenho técnico, além de representar dentro de uma escala a forma do objecto, deve conter informações sobre as dimensões do objecto representado, por forma a definir suas características geométricas, valores de posição dos elementos do objecto e todos os outros detalhes que compõem sua forma espacial. A definição das dimensões das peças em desenho técnico é feita através de cotas. No desenho mecânico, a cotagem dos desenhos não só compreende a definição das dimensões da peça, como também define os limites de tolerância dessas dimensões e especifica o carácter funcional da peça no conjunto onde será inserida. Para poder fabricar-se uma peça, é imprescindível que o desenho desta, contenha indicações sobre as medidas da peça. Deste modo, ao concluir o estudo desta unidade didáctica, você dever ser capaz de: Elemento de competência da unidade didáctica Observação reflexiva Como se pode saber o diâmetro de um parafuso representado através de um desenho? Contexto da experiência e da realidade Sempre que vai ao alfaiate, encomendar uma peça de vestuário, este tira as suas medidas e confecciona a peça seguindo rigorosamente essas medidas. Cotar em todos os aspectos uma peça representada em projecções ortogonais; Toleranciar cotas, ajustamentos e conjuntos mecânicos. 2 No final desta unidade didáctica, você deve ser capaz de: Aplicar a cotagem na representação de peças; Aplicar no desenho as normas inerentes à cotagem de peças mecânicas; Aplicar no desenho as normas inerentes à tolerância e ajustamento de peças mecânicas. Objectivos 3 1. COTAGEM 1.1. Cotagem dimensional 1.1.1 Regras e cuidados na colocação de cotas 1.1.2 Critérios de cotagem 1.1.3 Cotagem de elementos equidistantes 1.1.4 Cotagem de arcos, ângulos e chanfros 1.1.5 Cotagem de objectos em corte 2. TOLERÂNCIAS E AJUSTAMENTOS 2.1. Tolerâncias 2.1.1. Tolerância geométrica 2.2. Ajustamentos 2.2.1. Tipos de ajustamentos 2.3. Tolerância de um ajustamento 2.4. Cálculo de folgas,,, apertos e tolerância dos ajustamentos 2.5. ajustamentos recomendados 2.6. inscrição de tolerâncias nos desenhos 2.7. Cotagem funcional 2.8. Marcação do estado das superfícies RESUMO AUTOAVALIAÇÃO BIBLIOGRAFIA GLOSSÁRIO Esquema de apresentação 4 1. COTAGEM Conhecidos os métodos de representação mais utilizados em desenho técnico mecânico, importa agora referenciar um aspecto muito importante, que é a cotagem, que consiste na inscrição, não só das medidas do objecto no desenho, como também de outras informações inerentes ao funcionamento da peça. Neste contexto, para proceder-se a cotagem de uma peça, impõe-se o conhecimento das técnicas especiais de fabrico e função da peça. Embora não existam regras fixas de cotagem, a escolha da maneira de dispor as cotas no desenho depende de alguns critérios. Os profissionais que realizam a cotagem de desenhos técnicos devem levar em conta vários factores relacionados com a forma da peça, localização dos seus elementos, tecnologia de fabricação, função da peça e precisão requerida. A cotagem do desenho deve tornar desnecessária a realização de cálculos para descobrir medidas indispensáveis para a execução da peça. Desenvolvimento dos conteúdos Contexto da experiência e da realidade As dimensões de um objecto, embora pareçam de pouca importância, influem muito naquilo que é a função do objecto. Observação reflexiva Cotar uma peça significa apenas colocar as medidas desta no desenho? Conceptualização As cotas representam sempre as dimensões reais do objecto e não dependem da escala em que o desenho foi executado, sendo importantes e necessárias à construção, à verificação e à própria função da peça desenhada, exactamente de acordo com a ideia de quem a projectou. 5 De acordo com a função da cota no desenho, ela pode ser funcional, não funcional e auxiliar. A cotagem funcional, estabelece de um modo geral, as condições que a peça deve ter, para que desempenhe correctamente o seu papel no conjunto de que faz parte, bem como a sua montagem e eventual substituição. De acordo com as modernas tendências do desenho técnico, a cotagem funcional é a que está mais apta a satisfazer as exigências práticas A cota não funcional define totalmente a peça, mas não é essencial para que a peça cumpra com a sua função. A cota auxiliar é dada como informação, não influi nas operações de produção ou controle, é derivada de outros valores apresentados no desenho e nela não se aplica tolerância. Exemplo: a cota que indicam a medida total exterior de uma peça. 1.1. Cotagem dimensional A cotagem dimensional tem em vista a definição das cotas geométricas da peça, dando valores de tamanho e posição dos elementos da peça. Para localizar exactamente uma cota e indicar qual a parte ou elemento da peça a que ela se refere, é necessário recorrer a dois tipos de linhas que são as linhas de chamada e as linhas de cota. Em desenho mecânico a cota (valor numérico) é expressa em milímetro (mm). Tanto as linhas de chamada como as linhas de cota desenham-se com traço contínuo fino. As linhas de chamada devem, em princípio, ser perpendiculares ao elemento a cotar, mas em casos excepcionais, pode haver conveniência que sejam desenhadas obliquamente. Os extremos da linha de cota compreendida entre duas linhas de chamada, termina por seta, traço oblíquo ou um ponto. No entanto, em desenho mecânico os extremos da linha de cota terminam por uma seta. Fig. 1.1 – Elementos colocados nos extremos das linhas de cota. 6 Na cotagem de raios de arcos de circunferência, não é necessário considerar linhas de chamada, utilizando-se apenas linhas de cota com uma única seta na extremidade que se apoia no arco, podendo ou não ser definido o centro. Um outro tipo de linhas que se utilizam em cotagem, são as linhas de referência, que servem para indicar um valor dimensional ou uma nota explicativa, mediante uma linha que une o texto e a peça. As linhas de referência devem evitar-se na medida do possível, pois contribuem para reduzir a clareza do desenho, mas quando indispensáveis desenham-se com traço continuo fino, terminando por seta ou por um ponto. Fig. 1.2 – Cotagem de uma peça. 1.1.1. Regras e cuidados na colocação de cotas Os números que indicam os valores das cotas devem ser legíveis e não podem ser cortados ou separados por qualquer linha. As cotas devem ser colocadas na vista que melhor represente o elemento cotado, evitando-se a sua repetição. Nas linhas de cota horizontais, a cota deve ser inscrita acima da linha de cota e nas verticais deverá estar à esquerda. Seta Linha de cota Linha de chamada R 25 1 1 0 8 0 4 0 140 80 40 Cota Conceptualização Num mesmo desenho, a indicação da cota deve ser de um único tipo e de um único tamanho. 7 Havendo espaço disponível, as setas nos extremos das linhas de cota ficam dentro da linha de chamada, mas quando não houver espaço suficiente, as setas poderão ser colocadas por fora da linha de chamada. Os elementos cilíndricos são sempre dimensionados pelos seus diâmetros e localizados pelas suas linhas de centro. Fig. 1.3 – Cotagem de elementos cilíndricos e de dimensões reduzidas Para facilitar a leitura e interpretação do desenho, deve-se evitar colocar cotas dentro dos desenhos e, principalmente, cotas alinhadas com outras linhas. Fig. 1.4 – Cotagem não recomendada Deve-se evitar o cruzamento de linhas de cota com qualquer outra linha, para melhorar a leitura e interpretação do desenho. As cotasde menor valor devem ficar por dentro das cotas de maior valor. Fig. 1.5 – Cruzamento de linhas de cota 8 Sempre que possível as cotas devem ser alinhadas. Fig. 1.6 – Alinhamento das cotas Nas linhas de cota inclinadas, para inscrição da cota deve-se buscar a posição de leitura conforme mostra a fig. 1.7 Fig. 1.7 – inscrição de cota inclinadas Para melhorar a leitura e interpretação das cotas no desenho, são utilizados símbolos (veja abaixo alguns desses símbolos), para mostrar a identificação das formas cotadas. Como se pode ver da fig. 1.8, os símbolos devem preceder o valor numérico da cota. Sempre que se usa o símbolo indicativo do quadrado, devem-se traçar a traço continuo fino, diagonais da face lateral correspondente, como se mostra na peça à direita da fig. 1.8 cotada usando este símbolo. - indicativo de diâmetro R - Indicativo de raio - Indicativo de quadrado ESF - Indicativo de esférico 9 Fig. 1.8 – Utilização de símbolos na cotagem 1.1.2. Critérios de cotagem Para além dos critérios de disposição das linhas de cota, de chamada e de referência, já indicados, e das normas de colocação das cotas, setas e outras indicações complementares, interessa definir os critérios que presidem a estruturação da cotagem no seu conjunto. a) Cotagem em série ou em cadeira – as cotas dispõem-se em linha, no prolongamento umas das outras. Como o comprimento total da peça é uma dimensão que normalmente interessa sempre indicar directamente, dispensa-se uma das cotas parcelares. fig. 1.9 – Cotagem em série b) Cotagem em paralelo – as cotas são marcadas em relação a uma referência comum que se designa base de medição e que é geralmente plana, para cada direcção de linhas de cota considerada. As cotas não têm que ser 10 forçosamente marcadas todas para o mesmo lado da base de medição, podendo dispor-se de ambos os lados. Fig. 1.10 – Cotagem em paralelo A cotagem em paralelo admite ainda outra possibilidade de representação, na qual as linhas de cota se sobrepõem todas numa única linha, sendo a origem comum indicada por um ponto zero que localiza a base de medição. Neste sistema de cotagem usado quando haja limitações de espaço, as cotas escrevem- se em posição diferente da habitual, pois, são colocadas no prolongamento das linhas de chamada. Na prática, a cotagem paralela aditiva não é muito utilizada porque existe a possibilidade de dificultar a interpretação do desenho e consequentemente gerar problemas na construção da peça. Fig. 1.11 – Cotagem paralela aditiva 11 c) Cotagem por coordenadas – as cotas ao invés de virem indicadas no desenho, são indicadas numa tabela. Os elementos da peça são identificados por números e, a interpretação das cotas relacionadas com estes números permite deduzir a localização e a dimensão do elemento. Na cotagem por coordenadas, imagina-se a peça associada a dois eixos perpendiculares entre si. O ponto onde estes eixos se cruzam é o ponto zero ou ponto de origem. A localização de cada elemento fica determinada por um par de cotas indicadas na tabela, que expressam a distância do elemento até o ponto de origem. 1 2 3 4 1 0 0 170 x y 0 0 Fig. 1.12 – Cotagem por coordenadas 1.1.3. Cotagem de elementos equidistantes Quando se pretende cotar uma série de comprimentos iguais, pode-se utilizar um sistema de cotagem simplificado. Sobre uma linha de cota correspondente ao comprimento total que é igual à soma dos diversos comprimentos parcelares, inscreve-se uma cota única com a forma n ∙ d = D , onde n é o número de cotas iguais, d é o valor dessas cotas e D a cota da dimensão total. Fig. 1.13 – Cotas equidistantes lineares 1 2 3 4 x 120 90 50 20 y 60 40 40 20 20 15 10 8 12 Os espaçamentos equidistantes angulares, podem ser cotados indicando somente o valor do ângulo de um dos espaços e a quantidade de elementos. Fig. 1.14 – Cotas equidistantes angulares 1.1.4. Cotagem de arcos e ângulos (chanfros) a) Cotagem de arcos Na cotagem de arcos, quando o objectivo é definir o seu comprimento, a linha de cota deve ser paralela ao elementos cotado. As linhas de chamada na cotagem de arcos são sempre paralelas à bissectriz do ângulo, se este for igual ou inferior a 90º (Fig. 1.15 - a), e radiais se o ângulo for maior que 90º(Fig.1.15 - b). Fig. 1.15 – Cotagem de arcos b) Cotagem de ângulos (chanfros) a) b) 13 Para definir um elemento angular, como por exemplo um chanfro, são necessárias pelo menos duas cotas, informando os comprimentos dos seus dois lados ou o comprimento de um dos seus lados, associados ao valor de um dos seus ângulos. Quando o valor do ângulo for de 45º, resultará em ângulos e lados iguais e, nesta situação, pode-se colocar numa única linha de cota o valor dos dois lados ou de um lado associado ao ângulo. Fig. 1.16 – Cotagem de chanfros 1.1.5. Cotagem de objectos em corte A cotagem de objectos em corte segue as regras definidas para a cotagem de objectos em projecções ortogonais. Apenas interessa referir que, na medida do possível, deve-se evitar indicar cotas sobre superfícies tracejadas. No entanto, quando tal for indispensável, interrompe-se o tracejado na zona em que se inscrevem as cotas ou outros símbolos auxiliares de cotagem. Fig. 1.17 – Cotagem de objectos em corte 14 Sabendo-se que as vistas em meio corte só podem ser utilizadas para representar objectos simétricos, conclui-se que a metade que aparece cortada, também existe no lado não cortado e vice-versa. Desta forma, as vistas em meio corte podem ser utilizadas para cotar o objecto, utilizando linhas de cota com apenas uma seta na extremidade que fica na parte que aparece cortada. Fig. 1.18 – Cotagem de meio corte 15 Caro (a) estudante! Tendo lido a primeira parte desta unidade, é momento de testar seus conhecimentos através de uma experimentação activa. 1. Assinale com X as opções correctas justifique. De acordo com a função que desempenha no desenho, a cotagem pode ser: Auxiliar paralela Funcional Não funcional Lendo cuidadosamente o ponto 1.1, verá que esta questão é de fácil resolução. 2. Assinale com X a cotagem incorrectamente efectuada nas peças seguintes e comente. Experimentação Activa (1) Atenção ! 195 16 Na cotagem, deve-se evitar o cruzamento de linhas de cota. As cotas de posição dos diâmetros devem efectuar-se a partir dos centros. As linhas de chamada na cotagem de arcos são sempre paralelas à bissectriz do ângulo, se este for igual ou inferior a 90º e radiais se o ângulo for maior que 90º. 3. Assinale com X o desenho que mostra a cotagem paralela e comente. Na cotagem paralela as cotas são marcadas em relação a uma referência comum ou por um ponto de origem comum que localiza a base de medição. 4. Tendo representado a peça abaixo em projecções ortogonais no exercício 3 de autoavaliação da unidade didáctica 1, faça a cotagem da mesma. Para cotar certo a peça representada analise profundamente o ponto 1.1.1. que aborda os cuidados na colocação de cotas. Repare que Não se esqueça que ... Atenção ! 17 2. TOLERÂNCIAS E AJUSTAMENTOS Na prática é impossível construir uma peça com as dimensões rigorosamente iguais às definidas pelas cotas, umas vez que a verificação de uma dimensão tem de se fazer com um instrumento de medição e o rigor desta verificação depende da precisão que o instrumento permite obter. Do mesmo modo que é praticamente impossível obter uma peça real com as dimensõesnominais exactas, também é muito difícil obter urna peça real com formas rigorosamente idênticas às da peça projectada. Assim, desvios de formas dentro de certos limites não chegam a prejudicar o bom funcionamento das peças. Quando dois ou mais elementos de uma peça estão associados um factor importante deve ser considerado, que é a posição relativa desses elementos entre si. Como se trata de um assunto muito complexo, será dada apenas uma visão geral, sem a pretensão de esgotar o tema. O aprofundamento virá com muito estudo e com a prática profissional. Observação reflexiva Seria possível introduzir dentro de um furo de 40 mm de diâmetro, um veio com mesmo diâmetro? Contexto da experiência e da realidade A medição exacta de uma grandeza é quase impossível, devido à imprecisão dos instrumentos de medição e do homem. Conceptualização As tolerâncias e os ajustamentos são um complemento da cotagem e visam tornar a cotagem mais completa, fornecendo de forma simples e imediata, indicações para a execução das diversas operações que sucessivamente se consideram no fabrico do objecto. 18 2.1. Tolerâncias A essa inexactidão admissível se chama tolerância. A correcta e adequada especificação das tolerâncias num desenho é essencial para se garantir a correcta montagem de componentes mecânicos. A tolerância é dada pela diferença de duas cotas limites – a cota máxima e a cota mínima – entre as quais se admite que podem variar as dimensões efectivas das peças aceitáveis. A cota de referência com que se designa a grandeza a verificar chama-se cota nominal. Por exemplo, para uma peça cujo comprimento pretendido é de 50 mm, se admite que ele pode variar entre 49,95 mm e 50,15 mm. Assim, a cota nominal é de 50 mm, a cota máxima de 50,15 mm e a cota mínima de 49,95 mm. A tolerância dimensional para a cota em questão será. Tolerância (T) = cota máxima (Cmax) – cota mínima (Cmin) = 50,15 – 49,95 = 0,20 A diferença entre a cota máxima e a cota nominal chama-se desvio superior e a diferença entre a conta mínima e a cota nominal chama-se desvio inferior. Estes dois desvios têm a designação comum de desvios limites. O cálculo da tolerância usando os desvios limites será. Desvio superior (ds) = cota máxima (Cmax) – cota nominal (CN) = 50,15 – 50 = 0,15 Desvio inferior (di) = cota mínima (Cmin) – cota nominal (CN) = 49,95 – 50 = - 0,05 T = ds – di = 0,20 Contexto da experiência e da realidade A impossibilidade de realizar exactamente a cota desejada, leva a admitir na execução da peça, certa inexactidão que se deve tolerar. Observação reflexiva Até onde se tolera a inexactidão de uma peça? 19 Na inscrição de cotas em desenhos de máquinas, deve-se indicar a cota nominal e os desvios limites. As cotas nestas condições chamam-se cotas toleranciadas. 50 -0,05 +0,15 cota máxima = 50,15 cota nominal = 50 cota mínima = 49,95 T = 0,20 Fig. 2.1 – Cotas toleranciadas Os desvios limites podem ter sinais contrários como no exemplo anterior, mas também podem ser do mesmo sinal, ambos positivos ou ambos negativos. Na fig. 2.2, a linha LZ corresponde a cota nominal e chama-se linha de zero. A porção de plano compreendida entre as duas linhas paralelas à linha de zero e correspondentes aos limites de tolerância chama-se campo de tolerância. Fig. 2.2 – Sinal de desvios para um veio É fácil compreender que, quanto mais pequena for a tolerância, maior é a dificuldade de executar uma determinada peça e consequentemente mais elevado será o custo da peça. Neste aspecto, convirá pois, atribuir a maior tolerância Conceptualização A tolerância pode, portanto, ser definida pela diferença entre a cota máxima e a cota mínima ou pela diferença entre o desvio superior e o desvio inferior, devendo os desvios ser considerados sempre como valores algébricos. 20 possível, sendo o valor máximo condicionado pelas condições de utilização da peça. 2.1.1. Tolerância geométrica Não é suficiente que as dimensões da peça estejam dentro das tolerâncias dimensionais previstas. É necessário que a peça esteja dentro das formas previstas para poder ser montada adequadamente e para que funcionem sem problemas. As variações aceitáveis das formas e das posições dos elementos na execução da peça constituem as tolerâncias geométricas. As tolerâncias de forma vêm indicadas no desenho técnico para elementos isolados, como por exemplo, uma superfície ou uma linha e representam-se através dos símbolos. Símbolo Designação Exemplo Planeza Cilindricidade Rectilineidade Contexto da experiência e da realidade A execução da peça dentro da tolerância dimensional não garante, por si só, um funcionamento adequado. Conceptualização As tolerâncias de forma são os desvios que um elemento pode apresentar em relação à sua forma geométrica ideal. 21 Paralelismo Perpendicularidade Inclinação Quando se toma como referência a posição, três tipos de tolerância devem ser considerados: de localização, de concentricidade e de simetria. Símbolo Designação Exemplo Localização Concentricidade ou coaxialidade Simetria Batimento simples 22 2.2. Ajustamentos Depois de fabricadas, as peças são montadas e, como resultado dessa montagem, certas superfícies de uma peça ficam em contacto com superfícies de outras peças. É este contacto entre as superfícies das peças que impõe a fixação de tolerâncias às dimensões da peça, por forma a garantir um correcto funcionamento do conjunto. Os ajustamentos podem ser de forma cilíndrica, cónica, esférica ou prismática. Os ajustamentos cilíndricos são os de maior interesse prático e por isso serão tomados como exemplo, sendo no entanto válidas as considerações apresentadas, para qualquer tipo de ajustamento. A cota nominal do ajustamento que para um veio é uma dimensão exterior e para um furo uma dimensão interior, é em qualquer caso, uma cota que interessa à função do veio ou do furo, isto é, uma cota funcional. Uma condição muito importante, que deve satisfazer os elementos de qualquer ajustamento, é a intermutabilidade. Na produção de veios e furos para um ajustamento é necessário que qualquer dos veios possa ser montado com qualquer dos furos, isto é, os elementos produzidos para um dado ajustamento devem ser intermutáveis. Para garantir a intermutabilidade há que fazer uma rigorosa verificação das tolerâncias atribuídas à peça. Essa verificação faz-se com um instrumento Contexto da experiência e da realidade As várias peças que se fabricam na construção mecânica, geralmente não se destinam a trabalhar isoladamente, mas sim fazer parte de um conjunto. Conceptualização A associação entre duas peças em contacto uma com a outra e com a mesma cota nominal, tem a designação genérica de ajustamento. 23 chamado calibre passa-não-passa que permite constatar se as dimensões das peças estão ou não compreendidas entre as cotas limites admissíveis. 2.2.1. Tipos de ajustamentos Como já se viu, a posição do campo de tolerância pode variar em relação à linha de zero. Consoante a posição relativa dos campos de tolerâncias do veio e do furo, definem-se três tipos de ajustamentos: Ajustamento com folga; Ajustamento com aperto; Ajustamento incerto. a) Ajustamento com folga - verifica-se quando a cota mínima do furo (CminF) é maior ou igual a cota máxima do veio (CmáxV). F m á x F m in C m á x F C m á x V C m in F C m in V Fig. 2.3 – Ajustamento com folga b) ajustamento com aperto - ocorre quando a cota máxima do furo (CmáxF) é menorou igual a cota mínima do veio (CminV). C m á x V C m á x F C m in F C m in V A m á x A m in Fig. 2.4 – Ajustamento com aperto 24 c) ajustamento incerto - verifica-se quando a cota máxima do furo (CmáxF) é maior que a cota mínima do veio (CminV) e, quando a cota mínima do furo (CminF) é menor que a cota máxima do veio (CmáxV). Fig. 2.5 - Ajustamento incerto Como se vê, as condições extremas do ajustamento com folga correspondem respectivamente uma folga máxima (Fmáx) e uma folga mínima (Fmin); as condições extremas do ajustamento com aperto correspondem um aperto máximo (Amáx) e um aperto mínimo (Amin); as condições extremas do ajustamento incerto correspondem uma folga máxima (Fmáx) e um aperto máximo(Amáx). Em qualquer dos casos verifica-se sempre que: Fmáx = CmáxF – CminV = DS – di Fmin = CminF – CmáxV = DI – ds Amáx = CmáxV – CminF = ds – DI Amin = CminV – CmáxF = di– DS O ajustamento incerto é um caso de transição entre o ajustamento com folga e o ajustamento com aperto. São possíveis outros tipos de ajustamentos incertos que correspondem a posições diferentes dos campos de tolerância. Os ajustamentos com folga podem ainda subdividir-se em: Lassos 25 Rotativos Deslizantes Deslizantes justo a) Ajustamentos lassos - utilizam-se quando são convenientes grandes folgas, em especial quando é necessário permitir dilatações. Utilizam-se em chumaceiras de máquinas agrícolas e casquilhos para eixos de camiões e material ferroviário. b) ajustamentos rotativos - empregam-se em órgãos rotativos sem folga importante, sendo aplicados em chumaceiras de tornos, fresadoras ou engenhos de furar. c) Ajustamentos deslizantes - utilizam-se em elementos com movimento de translação, como por exemplo órgão de máquinas ferramentas. Os ajustamentos deslizantes justos empregam-se em elementos fixos cuja montagem é feita à mão. Os ajustamentos incertos podem ser ligeiramente presos e utilizam-se em elementos fixos cuja montagem se faz à mão ou com maço, como por exemplo, em induzidos de motores eléctricos montados em veios. Os ajustamentos com aperto podem subdividir-se em: Blocados; Apertados a frio; Apertados a quente a) Ajustamentos blocados - utilizam-se em elementos fixos cuja montagem se faz com maço, como por exemplo, na montagem de rodas dentadas em veios. b) Os ajustamentos apertados - empregam-se em elementos ligados sob forte pressão exercida por uma prensa. Nos ajustamentos apertados a quente, o furo é aquecido para permitir a introdução do veio. 26 2.3. Tolerância de um ajustamento Da mesma forma que se definiu a tolerância de uma cota como a inexactidão admissível dessa cota, pode-se definir a tolerância de um ajustamento como a inexactidão admissível no ajustamento. No ajustamento com folga a tolerância define-se como: TajF = Fmáx – Fmin = TF + TV No ajustamento com aperto define-se como: TajA = Amáx – Amin = TF + TV No ajustamento incerto define-se como: TajI = Fmáx + Amáx = TF + TV Conclui-se, portanto, que a tolerância do ajustamento é sempre igual à soma das tolerâncias do furo e do veio que lhe correspondem. Os graus de acabamento superficial estão em estrita relação com os tipos e as tolerâncias dos ajustamentos, pois ... 2.4. Cálculo das folgas, apertos e tolerância dos ajustamentos Uma cota toleranciada depende de três factores: Cota nominal; Tolerância; Localização do campo de tolerância em relação à linha de zero geralmente designada por posição. Sendo as cotas toleranciadas verificadas por calibres, haveria que utilizar um calibre diferente cada vez que se alterasse um dos três factores e consequentemente, seria necessário dispor de uma infinidade de calibres, o que é praticamente impossível. Neste contexto, houve a necessidade de considerar um Conceptualização ... quanto menor for a tolerância considerada, melhor terá de ser o acabamento das superfícies em contacto. 27 sistema internacional de tolerâncias e ajustamentos normalizado, estabelecido em 1934 pela ISA (International Stantards Association) e adoptado mais tarde pela ISO (International Organization for Stantardization). O sistema de tolerâncias normalizado abrange as cotas nominais entre 0 a 500 mm. Este campo de aplicação foi dividido nos 14 campos parciais seguintes: 0 - 1 6 - 10 30 - 50 120 - 180 315 - 400 1 - 3 10 - 18 50 - 80 180 - 250 400 - 500 3 - 6 18 - 30 80 - 120 250 - 315 Para certos fins, convém ainda subdividir alguns destes campos, elevando os campos parciais para 26. 0 - 1 14 - 18 60 - 65 140 - 160 250 - 280 1 - 3 18 - 24 65 - 80 160 - 180 280 - 315 3 - 6 24 - 30 80 - 100 180 - 200 315 - 355 6 - 10 30 - 40 100 - 120 200 - 225 355 - 400 10 - 14 40 - 50 120 - 140 225 - 250 400 – 450 450 - 500 O limite inferior de cada campo parcial indicado pertence ao campo imediatamente anterior. Por exemplo, a cota nominal 100 pertence ao campo 80 – 100 e não ao campo 100 – 120. A vantagem desta divisão em campos parciais é a simplificação do cálculo das tolerâncias dos desvios limites, que se faz sempre da mesma forma dentro de cada campo. Sendo a tolerância a inexactidão admissível, quanto maior for o grau de inexactidão maior será a tolerância. O sistema de tolerâncias fixado pela norma portuguesa NP-189, prevê 18 graus de inexactidão, designados por qualidade e numerados por: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6...16, correspondendo, a qualidade 01 à menor inexactidão e a qualidade 16 à maior inexactidão. A cada campo parcial 28 correspondem 18 tolerâncias, uma para cada qualidade, designadas por IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6 ... IT16, significando IT ISA tolerance. Na construção mecânica utilizam-se 19 graus de inexactidão, normalizados de 01, 0, 1, 2, 3 ... 17. O estabelecimento de determinada tolerância fundamental, isto é , a imposição de certa qualidade, depende do tipo de trabalho a executar e do grau de precisão que deve ser atingido. As qualidades 5 a 11 são as mais empregues, normalmente para superfícies funcionais. Veja na tabela abaixo a distribuição das qualidades nos diversos campos da mecânica. Qualidade Aplicação 01 a 4 Instrumentos de verificação, tais como calibres, padrões etc. 5 e 6 Construção mecânica de grande precisão 7 e 8 Construção mecânica cuidada 9 a 11 Construção mecânica corrente 12 a 16 Trabalhos grosseiros, tais como laminagem, estampagem e forjamento Para definir uma cota toleranciada deve-se indicar também a posição. A norma NP-189 admite 28 posições do campo de tolerância para veios e outras 28 para furos que são designadas simbolicamente por letras maiúsculas para furos e minúsculas para veios. Furos – A B C CD D E EF F FG G H J JS K M N P R S T U V X Y Z ZA ZB ZC Veios – a b c cd d e ef f fg g h j js k m n p r s t u v x y z za zb zc A fig. 2.6 mostra a variação das posições dos campos de tolerância em furos e veios e dela conclui-se que se podem distinguir três tipos de posições: 29 a) Posições em que a dimensão efectiva é sempre superior (ou igual) à indicada pela cota nominal; b) Posições em que a dimensão efectiva é sempre inferior (ou igual) à indicada pela cota nominal; c) Posições em que a dimensão efectiva é sempre superior ou inferior (ou igual) à indicada pela cota nominal. Fig. 2.6 – Posições dos campos de tolerância em furos e veios 2.5. Ajustamentos recomendados As diferentes posições e grandezas de furos e veios considerados no sistema de tolerância ISA permitem um número elevado de ajustamentos diferentes que exigiriam uma quantidade muito grande de calibres de verificação. Como na prática se verifica que, muitas dessas combinações diferem na realidade muito pouco e permitem obter ajustamentos sensivelmenteidênticos, há tendência para procurar estabelecer sistemas de ajustamentos que, embora satisfazendo às diversas exigências de montagem e funcionamento das peças, sejam mais simples. 30 Assim, escolhe-se uma única posição e algumas qualidades para os furos que se combinam com varias posições e qualidades dos veios ou, o contrário, tomando- se uma só posição e algumas qualidades dos veios que se combinam com varias posições e qualidades dos furos. As posições fixas são, num caso e no outro, respectivamente as posições H e h que, gozam de propriedades especiais. Quando os ajustamentos são realizados com um furo de posição H, variando as posições do veio, o sistema de ajustamento designa-se sistema de furo normal . Quando os ajustamentos são realizados com um veio de posição h, variando as posições do furo, o sistema designa-se sistema de veio normal . Os ajustamentos recomendados que se utilizam na prática nem sempre correspondem a sistemas de furo normal ou veio normal. Na prática verifica-se que cada oficina selecciona para uso próprio um certo número de ajustamentos entre os recomendados, com os quais trabalha. A utilização de um sistema de furo normal ou veio normal é teoricamente indiferente, mas na prática o sistema de furo normal utiliza-se mais, pois, verifica- se que em regra, conduz a maior economia de ferramentas e calibres. Só em certos casos de fabricação em grande série, possibilitando uma amortização rápida de ferramentas e calibres, se pode justificar a utilização do sistema de veio normal. Embora a escolha de um ajustamento seja em regra um problema complexo, podem contudo, fornecer-se algumas indicações de carácter geral. Assim, indicam-se algumas recomendações correntes no sistema de furo normal, em correspondência com os vários tipos de ajustamentos considerados. Tipo de ajustamento Ajustamento recomendado Ajustamento lasso H11 – d11 H8 – e9 Ajustamento rotativo H8 – f8 H7 – f7 31 Ajustamento deslizante H8 – h8 H7 – g6 Ajustamento deslizante justo H7 – h6 H6 – h5 Ajustamento ligeiramente preso H7 – j6 H6 – j5 Ajustamento blocado H7 – m6 H6 – m5 Ajustamento apertado a frio H7 – p6 H6 – p5 Ajustamento apertado a quente H8 – u7 H7 – s6 2.6. Inscrição de tolerâncias nos desenhos A indicação das tolerâncias na cotagem dos desenhos pode fazer-se de duas formas distintas: a) Indicando a posição e a qualidade pela letra e algarismo que lhe correspondem no sistema de tolerância adoptado; b) Indicando directamente os valores dos desvios limites. Quando se utiliza o primeiro processo de indicação das tolerâncias (a), escreve- se a cota nominal na forma habitual e logo a seguir escreve-se a letra correspondente à posição e o número correspondente à qualidade. Ø60E8 Ø60j7 Fig. 2.7 – Cotagem de tolerâncias usando a simbologia do sistema de tolerâncias Se pretende-se cotar um ajustamento, inscrevem-se a cota nominal e os símbolos correspondentes às qualidades e posições do furo e do veio por uma das três formas seguintes. 32 Fig. 2.8 – Cotagem de tolerâncias usando a simbologia do sistema de tolerâncias A cotagem de tolerâncias pelo processo indicado facilita a verificação das peças com calibres, pois, estes têm uma inscrição igual à que consta da cota. No caso do exemplo apontado, deverá pois, dispor-se de um calibre para furos 60E8 e de um calibre para veios 60J7. Quando não se dispõe de calibres na oficina, indica-se na cotagem a cota nominal seguida dos valores dos desvios superior e inferior da cota, ambos afectados do respectivo sinal, excepto quando um deles é nulo. Fig. 2.9 – Exemplo de cotagem de tolerâncias com indicação dos valores dos desvios 2.7. Cotagem funcional Com o desenvolvimento da tecnologia mecânica torna-se cada vez mais difícil executar uma cotagem e, em face desta dificuldade, começou a empregar-se modernamente uma nova forma de cotagem, a cotagem funcional, que se baseia unicamente na função da peça. 33 Em face do desenho cotado funcionalmente, as oficinas decidirão sobre as operações de fabrico a realizar e, por isso, considera-se importante na cotagem funcional: a) Estabelecer as maiores tolerâncias possíveis, desde que sejam compatíveis com as condições de funcionamento correcto do conjunto projectado e em particular com a sua intermutabilidade; b) Deixar aos sectores de construção a possibilidade de utilizar a cotagem com a máxima liberdade possível, empregando os meios disponíveis da forma mais conveniente; c) Definir o conjunto projectado de forma directa e não ambígua, garantindo a sua aptidão ao fim a que se destina. Todos estes requisitos visam a economia da produção, pois tanto o valor das tolerâncias como o esquema de fabrico, influenciam fortemente o preço de custo do objecto fabricado. A cotagem funcional de uma peça, impõe que se comece por se efectuar um estudo funcional da peça, que permita estabelecer as condições de funcionamento a que ela deve satisfazer. Por outro lado, torna-se necessário fixar os valores limites entre os quais devem ficar compreendidas as folgas ou os apertos dos ajustamentos em que a peça intervém. Fig. 2.10 – Representação de uma articulação com indicação das folgas de uma cotagem funcional Para que a montagem e o funcionamento do conjunto da Fig. 2.10 sejam possíveis, é necessário que se considere as folgas f1, f2, f3 e f4 representadas na 34 figura. As folgas f1 e f2 destinam-se a permitir aparafusar as peças 1 e 2. As f3 e f4 destinam-se a possibilitar o movimento da peça 3 em torno da peça 1, condicionando f3 a translação da peça e f4 a sua rotação. Um conjunto de peças associadas, como o representado na fig. 2.10, tem a designação de conjunto funcional e cada uma das peças que o constituem tem a designação de elemento funcional. As superfícies de contacto entre os elementos funcionais chamam-se superfícies funcionais. 2.8. Marcação do estado das superfícies O acabamento das superfícies das peças varia com o processo de fabrico utilizado. Assim, por exemplo, uma peça obtida por fundição ou forjamento não tem o mesmo aspecto superficial do que uma peça trabalhada no torno ou na fresadora. Em qualquer superfície existem irregularidades que se obtêm em resultado do tratamento ou devido a outras causas. O conjunto de todas as irregularidades que constituem o relevo da peça é conhecido por estado da superfície. Na tecnologia mecânica podem considerar-se três tipos de superfícies: a) Superfícies em bruto, isto é, que não são trabalhadas, ficando tal como as deixaram certos processos de fabrico como a fundição, o forjamento, a laminagem, etc. b) Superfícies trabalhadas, em geral por processos de corte com ou sem arranque de aparas, tais como o torneamento, fresamento, esmerilamento, etc. Conceptualização Para definir uma peça em desenho de construção mecânica não basta, geralmente, definir a sua forma, mas também é necessário fornecer indicações sobre a natureza das respectivas superfícies e em particular sobre o seu grau de acabamento. 35 c) Superfícies com tratamento especial que, sendo inicialmente de um dos dois tipos anteriormente referidos, recebem um tratamento especial que lhes confere determinada aparência ou certas propriedades. Entre os tratamentos especiais pode-se citar a decapagem, a cromagem e a têmpera. A medida do grau de acabamento é a rugosidade superficial. Para avaliar o estado da superfície são utilizados diversos índices. Por exemplo, Ra e Rz indicam parâmetros do estado de superfícies segundo normas Soviéticas. Ra é o desvio médio aritmético do perfil da superfície. Rz é a altura das irregularidades em dez pontos arbitrários da superfície. A classificação do estado da superfície é levada a cabo segundovalores numéricos dos parâmetros Ra e Rz. A indicação das características de acabamento das superfícies das peças faz-se por meio de um sinal que tem a forma geral seguinte. a c de 60º h H Fig. 2.11 – Sinal de representação do estado de superfícies Veja abaixo a discriminação de cada elemento do sinal de representação do estado de superfícies. a Parâmetro de estado da superfície pela norma b Tipo de tratamento da superfície e ou outras indicações suplementares c Comprimento básico pela norma d Representação simbólica da direcção das irregularidades e Sobre espessura para acabamento 36 A altura h do sinal deve ser aproximadamente igual à altura dos algarismos representados nas cotas. A altura H é 1.5 a 3 vezes maior que h. Quando se pretende indicar o estado de superfícies que devem ser tratadas através de desbaste de uma certa camada de material utiliza-se o sinal: Quando se pretende indicar o estado de superfícies que devem ser obtidas sem desbaste de camadas de material utiliza-se o sinal: O valor do parâmetro de estado da superfície Ra ou Rz é indicado sobre o sinal. No caso de Ra sem o símbolo, por exemplo, 0.25 e no caso de Rz com símbolo, por exemplo, Rz 160. 37 Caro(a) estudante! 1. Assinale com X a afirmação mais correcta e argumente Uma cota é toleranciada porque: Tanto faz que uma certa dimensão X seja de 10,00 mm ou 10,02 mm; É quase impossível fabricar uma peça com as dimensões rigorosamente iguais as indicadas pelas cotas; Para facilitar o trabalho do homem que fabrica a peça; Um instrumento de medição, por mais preciso que seja, as medidas verificadas com este instrumento apresentam sempre uma inexactidão. 2. As tolerâncias geométricas definem a inexactidão de forma das peças. Relacione com uma seta, os símbolos de tolerância geométrica abaixo apresentados com a respectiva designação. Perpendicularidade Coaxilidade Batimento simples Localização Experimentação Activa (2) Recorde-se que ... 38 Para uma correcta resolução desta questão releia o ponto 2.1.1. 3. Assinale com X a afirmação correcta Dado um veio e um furo, considera-se ajustamento com folga aquele em que: O veio entra facilmente no furo, O veio não entra no furo; O veio entra no furo com muita pressão. No ponto 2.2.1. encontrará toda a informação relativa aos ajustamentos. 4. Assinale com X a afirmação correcta e argumente. A tolerância de uma cota aumenta com o aumento do grau de inexactidão. A tolerância nada tem a ver com o grau de inexactidão. Maior tolerância correspondem a menores inexactidão. As peças com menores tolerâncias são mais caras e possuem maior qualidade. Caro(a) estudante ! Recorde-se que ... Recorde-se que ... 39 A Representação de uma peça mecânica através de um desenho técnico compreende diversas fases. Na unidade didáctica 1 do módulo de desenho mecânico, foi estudado o processo de representação da peça utilizando projecções ortogonais, pois, este tipo de representação fornece exaustivamente todos os detalhes de uma peça. Porém, representar correctamente um dada peça, não é suficiente para que esta possa ser fabricada, pois, as projecções ortogonais fornecem apenas a configuração da peça. Os aspectos relativos às dimensões da peça e particularidades de funcionamento desta peça no conjunto em que será montado, são analisados na cotagem da peça. Cotar o desenho de uma peça não significa apenas, inscrever no desenho as medidas da peça. Há outros factores a considerar na cotagem de uma peça. Por exemplo, para um veio que será ajustado com um furo, além da medida do diâmetro, há que considerar outros aspectos que também são importantes para o seu correcto funcionamento no conjunto, tais como o estado da sua superfície e a cilindricidade. Neste contexto, as cotas podem referenciar medidas de peças, estados de superfícies da peça e aspectos relacionados com a inserção da peça no conjunto. Para facilitar a leitura e interpretação do desenho cotado, o processo de inscrição das cotas no desenho deve seguir certas regras. Sendo praticamente impossível fabricar peças com as dimensões rigorosamente iguais às definidas pelas cotas, estas são toleranciadas. Cotas toleranciadas são normalmente utilizadas nos ajustamentos. Resumo 40 Sendo a verificação das cotas toleranciadas feita com calibres e, pretendendo-se que essa verificação seja simples e rápida, os ajustamentos são normalizados. Essa normalização não só facilita a verificação das cotas, como também permite a intermutabilidade de peças nos ajustamentos. A indicação das tolerâncias na cotagem dos desenhos pode fazer-se indicando a posição e a qualidade pela letra e algarismo que lhe correspondem no sistema de tolerância adoptado ou indicando directamente os valores dos desvios limites. 41 Caro(a) estudante! A autoavaliação deve ajuda-lo a consolidar o que aprendeu. Se por ventura algo não ficou claro, retorne à leitura dos conteúdos por forma a efectuar a autoavaliação com sucesso. 1. Qual dos desenhos abaixo apresentados, foi cotado de uma forma não recomendada? O que é que acha não recomendável nessa cotagem? 2. Que tipo de cotagem foi utilizada para cotar a peça abaixo apresentada. 3. Represente a peça abaixo pelas suas projecções ortogonais e proceda a cotagem do desenho. Exercícios de Autoavaliação a) b) 42 4. Os catetos do chanfro da peça abaixo representada, medem 8 mm. Cote o chanfro utilizando cada uma das possibilidades que estudou. 5. Comente sobre as formas de cotagem toleranciada apresentadas nas peças A e B. Diga quando se utiliza cada uma das formas de cotagem. 6. Represente a peça abaixo pelas suas projecções ortogonais. Aplique um corte longitudinal a peça e proceda a cotagem completa da mesma. O furo da peça irá receber um veio deslizante, por isso, deve ter um óptimo acabamento superficial. A B 43 44 CUNHA, Luís Veiga. (2002). DESENHO TÉCNICO. Fundação Calouste Gulbenkian. Lisboa. 12ª edição. VYCHNEPOLSKI, I. (1986). DESENHO TÉCNICO. Editora “MIR” Moscovo. Bibliografia 45 Bissectriz – Linha que divide um ângulo em duas partes iguais. Radiais – Relativos aos raios. Concentricidade – qualidade do que é concêntrico (que tem mesmo centro). Coaxialidade – qualidade do que é coaxial (que tem mesmo eixo). Intermutabilidade – qualidade de um elemento ser cambiável. Calibre – Instrumento de medida utilizado para verificação precisa das cotas de peças. Chumaceira – Peça metálica para abrandar o atrito de um eixo ou de um veio. Ajustamento blocado – ajustamento imobilizado. Ajustamento lasso – Ajustamento solto. Padrão – modelo oficial de pesos e medida, norma modelo de referência para avaliação. Desbate – Retirada de camada de material de uma peça utilizando ferramenta de corte. Glossário