Processo de design detalhado – Parte 1-1

    Para cada componente é necessário distinguir entre a variação dimensional e a variação geométrica. No sistema ISO estas variações são diferentes e independentes umas das outras. Isto significa que no final do processo é necessário somar os efeitos dos desvios dimensionais e geométricos para compreender a concretização global de qualquer componente. Isso é chamado de condição virtual. No sistema ASME, a regra 1 afirma exatamente o contrário do sistema ISO. Define que a concretização global do componente contabiliza todos os seus desvios. Isso significa que é uma abordagem muito diferente em relação à ISO 8015. Porém, no final, é possível partir da ISO ou ASME.

    FIGURA 1 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    A técnica que pode ser aplicada é o princípio da incorporação. A Figura 1 ilustra isso por meio de notações adequadas. Para ISO, a notação é a letra maiúscula E circunscrita, enquanto a notação ASME é a letra maiúscula I circunscrita. No primeiro caso, o significado de tal indicação é que é necessário considerar um diâmetro de furo 18, o desvio dimensional H7 e o E circunscrito é a forma perfeita. Portanto, o significado é que o volume total que pode ser ocupado pelo pino é a dimensão na condição máxima do material (MMC). Para um furo, esta seria a condição mínima do material menos o erro geométrico. Este é o espaço ocupado pela contraparte. O mesmo pode ser feito para o sistema ASME a fim de aplicar a independência entre eles. A letra E maiúscula circunscrita é chamada modificador. Esta é uma modificação do princípio da independência. Os outros dois modificadores aplicados na ISO são a condição máxima do material (MMC) e a condição mínima do material (LMC).

    FIGURA 2 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    Um exemplo destes modificadores é ilustrado na Figura 2. Considerando o caso A, é possível encontrar sua dimensão virtual. Este caso tem uma dimensão que varia de 29,9 a 30,1. A condição máxima do material é 30,1, portanto é possível calcular a dimensão virtual Φvic.

    Φvic = MMC + G.E = 30.1 + 0.04 = 30.14 mm

    Neste caso particular, se um pino aleatório for retirado de um lote conhecido de pinos, é possível que este tenha diâmetro de 30 e erro geométrico de 0,05.

    Φvic = 30 + 0.05 = 30.05 mm

    Portanto, este pino pode ser utilizado desde que este diâmetro esteja dentro da faixa (Figura 2). Em termos de retilinidade do eixo, este pino porém está fora da tolerância, pois possui um erro de 0,05, que deveria ser 0,04. Então, esse componente é uma sucata. Porém, considerando que a forma de realização global ocupada pela peça é 30,05 e antes foi estabelecido um limite para que esta componente não passasse por 30,14. Assim, mesmo que esta peça seja uma sucata, é possível montá-la no furo. Portanto, existem algumas maneiras de reutilizar esta parte. O sistema é a aplicação da condição material máxima. Então, a solução para utilizar um componente que está fora da tolerância, mas funciona, é a aplicação da condição máxima do material.

    FIGURA 3 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    A razão é que conforme Figura 3, a retilinidade é aplicada quando a peça está na condição máxima do material. Assim, considerando isso, é possível afirmar que, se o componente estiver na condição material máxima (30,1), o erro geométrico que pode ser aceito é de 0,04. A condição material virtual é 30.14. Quando o diâmetro é 30,0, o desvio geométrico máximo aceito para ocupar o mesmo volume é 0,14. Se for retirado outro pino e ele estiver no limite oposto, 29,9, o desvio geométrico máximo é 0,24. Do ponto de vista da engenharia, esta abordagem é bastante conveniente. Com certeza o pino é diferente, pois a retilineidade é 0,24 e não 0,04. Porém, estando focado na montagem do pino, é possível perceber que ele entra. Portanto, é possível aceitá-lo. Este é o significado da condição material máxima. É importante ressaltar que isso só pode ser considerado quando o foco está na montagem do pino e não no seu desempenho.

    FIGURA 4 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    No caso da condição de mínimo material (LMC), observada na Figura 4, o procedimento é basicamente o mesmo. Do ponto de vista técnico, o problema é uma placa com dois furos e é muito importante garantir a distância mínima entre a borda do furo e a borda da placa. A pior condição é quando o diâmetro do furo é Φ4 e tem o diâmetro máximo. Ao mesmo tempo ocorre também o deslocamento do furo em direção à borda da placa. Isto é controlado pela tolerância de posição. Além disso, existe também a borda externa da placa, que é a mínima. Isso pode ser obtido quando o furo possui a condição material mínima, que é Φ4,6 (Figura 4). Quando este é o diâmetro do furo, o desvio máximo de posição que pode ser aceito é 0,4. Quando o diâmetro do furo é Φ4,4, o desvio máximo de posição que pode ser aceito é 0,2. A razão é que, se o diâmetro for reduzido em 0,2, é possível aumentar o desvio de posição na mesma proporção. Portanto, é o mesmo procedimento explicado anteriormente, a diferença é que o último está considerando uma dimensão interna. O problema do alfinete era uma dimensão externa. O valor mínimo da dimensão (Figura 4) é Φ4,2, que corresponde à condição máxima do material (Figura 4), ou seja, o valor mínimo do diâmetro do furo. Então, se for reduzido 0,4 do diâmetro, é possível aumentar o dado B LMC (Figura 4) em 0,4. Como pode ser observado na Figura 4, a dimensão virtual é sempre a mesma, que são 4,6 + 0,4, 4,4 + 0,6 e 4,2 + 0,8. Todos eles estão entre 50,4 e 50,8. A pior condição para a distância mínima x é quando a dimensão externa é 50,4. Isto é o que está escrito na coluna central da Figura 4. Considerando a pior condição possível, que é novamente o diâmetro máximo do furo, o erro máximo de posição e o diâmetro mínimo da placa ao mesmo tempo. Portanto, se o diâmetro do furo for Φ4,6, é permitido aumentar 0,4 na tolerância de posição. Pelo mesmo princípio, se o diâmetro for Φ4,4, é permitido aumentar 0,6 na tolerância de posição. Isso é possível quando o componente está na pior condição, que é Φ50,4. Porém, se o diâmetro estiver no outro limite, Φ50,8, esses valores mudam. Se for aumentado em 0,4 (Figura 4 – Última coluna), os valores de tolerância de posição podem ser aumentados em 0,4. Isso é possível porque a distância mínima é sempre a mesma e esse é o objetivo, a distância mínima.

    FIGURA 5 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    O primeiro modificador pode ser visto na Figura 5 destacado em vermelho. Isto concebe um bônus dependendo do diâmetro real da peça que está sendo considerada. O segundo modificador, destacado em roxo, é a pior condição, a menor condição material aplicada ao dado. Esses modificadores são chamados de bônus e turno, respectivamente. Este processo pode reduzir o número de refugos, pois é verdade que estão fora da tolerância. Porém, se for considerada a menor condição material aplicada a uma peça e ao dado, algumas sobras podem ser utilizadas, pois garantem a mesma condição solicitada para as demais.

    FIGURA 6 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    A Figura 6 ilustra a aplicação da condição virtual de menor materialidade. Uma característica de tamanho, que pode ser interno ou externo, e as fórmulas e modificadores adequados para o cálculo da condição virtual. Como pode ser visto, para uma dimensão externa, a dimensão virtual é a dimensão máxima na condição material máxima mais o erro geométrico. No caso de recurso interno (Figura 7), o espaço para a aplicação de um pino neste furo deverá considerar o valor mínimo para o diâmetro, que é 30,0, menos o erro devido à retilineidade, que é 0,1.

    FIGURA 7 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    Portanto, a Figura 7 ilustra um caso em que, se for considerado todo o diâmetro como 30,0 e a retilineidade como 0,1, todos os pontos ao longo do eixo deverão ficar dentro de um cilindro de 29,9. Então, o diâmetro do pino que consegue entrar totalmente no furo também é 29,9. Porém, este valor não é a dimensão real de todos os pinos, pois se for considerado este valor, 29,9 é a dimensão virtual dos pinos. Portanto, 29,9 é o envelope máximo para os pinos, que aceita casos como pino Φ29,8, mas com retilinidade de 0,1, que é basicamente a mesma.

    FIGURA 8 – Fonte: Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.

    Para um eixo, a condição máxima do material é o diâmetro máximo, enquanto para um furo ou recurso externo, a condição máxima do material é o diâmetro mínimo do furo. Então, existem muitas possibilidades com o único limite do envelope. O outro caso é a aplicação do envelope. A Figura 8 ilustra esta situação (exemplo inferior), cujo envelope é bastante simples de ser compreendido. Neste caso, 30,0 é a dimensão máxima do material e formato perfeito, daí a aplicação do envelope. Assim, a condição de forma perfeita corresponde à aplicação do envelope.

    Referências

    1. K.T. Ulrich, S.D. Eppinger, Product Design and development, Mcgraw-Hill, 2019;
    2. G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007;
    3. Chirone, Tomincasa. Disegno Tecnico Industriale. 2 Capitello, 2015.