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Sistemas de tolerâncias, ajustes, tolerância geométrica e rugosidade.
Uma palavra consegue demonstrar a necessidade de um sistema de tolerâncias em peças mecânicas, é a “intercambiabilidade”. Isto é, pegar ao acaso uma peça nova fabricada nos mesmos padrões e sem a necessidade de nenhum tipo de ajuste poder montá-la e essa exercer a mesma função da peça substituída. Tal conceito só é possível devido a esforços internacionais, e adotados pelo Brasil, para padronizar as tolerâncias. No Brasil existem diversas normas que padronizam as tolerâncias, dentre elas para tolerância dimensional e ajustes, NBR 6158, para tolerância geométrica, NBR 6409 e para Rugosidade, NBR 4287 e NBR 8404.
Certas definições são necessárias aos usuários dessas normas para entende-las, a NBR 6158 define como: dimensão nominal, é a dimensão ideal apresentada no projeto; dimensão efetiva, é a dimensão final medida da peça pronta; dimensões limites, máxima e mínimas, são as dimensões possíveis para a dimensão efetiva; afastamentos superior e inferior, são as diferenças entre as dimensões limites e a dimensão nominal; linha zero, é a referência para obtenção dos afastamentos, o valor da dimensão nominal é definido como linha zero; tolerância, é a diferença entre os afastamentos e/ou a diferença entre as dimensões limites, ou seja, o valor no qual a dimensão da peça pode variar sem perder sua função.
Deve-se entender que dentro da mecânica, várias peças são confeccionadas para trabalharem em conjunto umas com as outras, com isso define-se que eixo é qualquer superfície externa a qual irá se acoplar a parte à uma superfície interna de outro componente. E furo, é qualquer superfície interna de uma peça que irá entrar em contato com a superfície externa de outra peça independente de seu formato.
Os conjuntos mecânicos, podem ser montados por três tipos de ajustes: ajuste com folga, quando o tamanho do eixo será sempre menor que o furo. Ajuste por interferência, quando o tamanho do eixo for sempre maior que o furo e ajuste incerto, quando não houver como afirmar apenas pelos afastamentos dos eixos e furos se haverá folga ou interferência, neste tipo de ajuste os valores das tolerâncias e afastamentos dos componentes se sobrepõem. O ajuste final só será definido na montagem das peças. Como há uma grande variedade de conjuntos mecânicos, é mais fácil se trabalhar com o valor da dimensão de um dos componentes fixado. Quando se trabalha com o valor do eixo fixado, se tem o sistema eixo-base, caso fixe-se a dimensão do furo, tem-se o sistema de furo-base.
De acordo com o tipo de trabalho que será realizado pelas componentes mecânicas, opta-se por um grau ou qualidade de tolerância, denominadas IT’s na norma NBR 6158. Essas IT’s, são índices de tolerância que irão variar de acordo com o quão estreita devem ser suas qualidades de trabalho. Esses graus de tolerância variam da IT01, IT0, IT1 até a IT18. Quanto maior o número da IT maior será sua tolerância, por consequência, menor será a qualidade do trabalho, IT01 até IT4 é utilizada na mecânica extra fina, ou seja calibradores e instrumentos de medida. A partir da IT5, entra-se na mecânica corrente até a mecânica grosseira ao final da IT18.
Grupos de tolerâncias foram criados e calculados a partir de uma formula para uma tolerância fundamental, essa fórmula leva em consideração o custo de produção da peça e os erros provenientes dos instrumentos de medidas. Com base no valor da tolerância fundamental, criaram-se tabelas que reúnem em grupos de dimensões nominais os valores das qualidades de tolerâncias. Uma vez decidida a qualidade de trabalho e com base na dimensão nominal da peça, é possível definir o valor da tolerância da peça.
A norma também define os valores dos afastamentos dos eixos e furos, considerando-se suas posições em relação a linha zero, o que é chamado de campo de tolerância. O campo de tolerância em conjunto do valor de tolerância e a dimensão nominal da peça, propiciam ao usuário da norma NBR 6158 definir os valores limites de tolerância.
Definir uma tolerância dimensional nem sempre é o suficiente para garantir que uma peça esteja dentro de padrões para poder exercer a sua função. Algumas peças necessitam de tolerâncias quanto a sua geometria, posição, forma ou orientação em relação ao seu conjunto. A norma NBR 6409, define as tolerâncias quanto a geometria das peças. Esta norma estabelece padrões macrogeométricos para as tolerâncias das peças. As tolerâncias geométricas são divididas em três grupos: tolerância de forma, de orientação e de posição. Dentro desses três grupos existem também subgrupos, todos especificados por símbolos próprios.
A tolerância de forma possui seis subgrupos: retilinidade, símbolo (-); tolerância de planeza, símbolo ( ); circularidade, Símbolo (O); cilindricidade, símbolo ( ), forma de uma linha qualquer, símbolo (∩); forma de uma superfície qualquer, símbolo ( ). Cada uma destas tolerâncias definem limites geométricos das peças ou parte delas. Diz-se que uma peça está dentro do limite de tolerância de forma, caso nenhum dos limites citados seja ultrapassado pelos componentes da peça.
A tolerância de orientação é utilizada em partes de peças, conjuntos ou componentes que devam seguir alguma orientação específica em relação a algum componente ou parte de peça. De modo similar a tolerância de forma, a tolerância de orientação é subdividida em grupos representados por símbolos específicos. São três os grupos: tolerância de paralelismo, símbolo (/ /); perpendicularidade, símbolo (⊥) e inclinação, símbolo (∠).
As tolerâncias de posição definem os limites de posicionamento que partes de uma peça ou componentes de um conjunto, devam ocupar no espaço em relação a um ponto, reta, ou plano em específico. São divididas em quatro subgrupos: posição de um elemento, ou reta ou plano, símbolo ( ); concentricidade, símbolo (⊚); coaxialidade, símbolo ( ) e simetria, símbolo ( ).
Peças que podem ser reproduzidas por superfícies de revolução, em relação a um eixo de simetria, podem contar com outro tipo de tolerância geométrica, a tolerância de batimento circular, símbolo ( ) e pela tolerância de batimento total, símbolo ( ). A tolerância de batimento cria limites em relação a uma direção da peça, no sentido radial e/ou axial, em relação ao eixo de simetria da peça.
Quanto as tolerâncias no acabamento da peça, ou seja, erros microgeométricos, a norma NBR 4287 e a norma NBR 8404 vem para padroniza-los. Para cada finalidade da peça ou componente existe uma superfície e portanto, uma rugosidade adequada. Uma matriz de envasamento de plástico transparente para garrafas PET, deve ter uma superfície extremamente lisa e polida, para que a garrafa fique com o acabamento e transparência adequada. Conforme já mencionado anteriormente, a rugosidade é um erro microgeométrico, que pode influenciar na qualidade de deslizamento de um corpo sobre uma superfície, na resistência do escoamento de um fluido em uma tubulação, na aparência, etc. A rugosidade pode ser causada por diversos fatores, como: vibração, desgaste da ferramenta, utilização de processos de fabricação inadequado, entre outros. O instrumento utilizado para medir a rugosidade é o rugosímetro, este aparelho geralmente possui quatro componentes: o apalpador, que desliza sobre a superfície avaliada, a unidade de acionamento, que desloca o apalpador sobre a superfície, o amplificador que aumenta o sinal proveniente do apalpador e o registrador que mostra o perfil e o valor da rugosidade. Os valores da rugosidade podem ser avaliados por diversos métodos, mas o mais utilizado é o método da rugosidade média Ra. Por meio dessa média de rugosidade a norma classifica doze classes de rugosidade, variando do melhor acabamento, classe N1, para a com pior acabamento, classe N12. Estas classes de rugosidade muitas vezes são utilizadas em símbolos para acabamento superficial definidos pela norma NBR 8404, os símbolos utilizados para identificar o acabamento de uma superfície trazem informações importantes como: a classe de rugosidade, método de fabricação, comprimento de amostra, direção das estrias de rugosidade, sobremetal, etc.
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