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Introdução à Engenharia de Fabricação Mecânica Prof. Gustavo Simão Rodrigues Descrição Estudo dos princípios de Engenharia de Fabricação Mecânica, classificações dos processos de fabricação, sistemas de ajustagem e tolerâncias, calibradores e introdução ao controle estatístico do processo. Propósito Conhecer os principais tipos de processos de fabricação mecânica, sistemas de ajustagem, calibradores e o controle estatístico do processo, visando especificar o melhor delineamento para reduzir custos e tempo de produção. Preparação Antes de iniciar o conteúdo, faça o download do Solucionário, nele você encontrará o feedback das atividades. https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03807/docs/SOLUCION%C3%81RIO_Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%A0_Engenharia_de_Fabrica%C3%A7%C3%A3o_Mec%C3%A2nica.pdf Objetivos Módulo 1 Classi�cação dos processos de fabricação Reconhecer os processos de fabricação. Módulo 2 Tolerâncias e ajustes Aplicar os conceitos de tolerâncias e ajustes. Módulo 3 Calibradores para veri�cação de peças Analisar os calibradores para verificação de peças. Módulo 4 Controle estatístico do processo de fabricação Aplicar os métodos de controle estatístico em processos de fabricação. Introdução Confira um resumo dos principais conceitos de Engenharia de Fabricação Mecânica abordados neste estudo. 1 - Classi�cação dos processos de fabricação Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos de fabricação. Vamos começar! Classi�cação de processos de fabricação Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao longo deste conteúdo. Processos da indústria metalmecânica Processo de Produção A fabricação de produtos teve uma grande evolução na Revolução Industrial, quando o processo produtivo passou de artesanal e manual (daí o termo “manufatura”) para a produção por meio de máquinas e uso de fontes de energia, como o carvão, para alimentar as máquinas a vapor. No chão de fábrica, o conjunto de processos que convertem a matéria-prima em produtos semiacabados ou no produto final é chamado de Processo de Produção, que engloba: A preparação dos meios de produção e a organização dos locais de trabalho. O recebimento e a estocagem de matéria-prima, produtos semiacabados e produtos prontos. Todas as fases de fabricação das peças, partes e montagem de produtos. A estocagem e a expedição de matéria-prima, partes e de peças acabadas. Processo de fabricação A parte do Processo de Produção ligado diretamente às mudanças consecutivas do estado do produto que está sendo fabricado é definida como o Processo de Fabricação. Conheça alguns Processos de Fabricação. Estudaremos detalhadamente cada um deles neste módulo. Usinagem Conformação mecânica Embalagem dos produtos. Inspeção nas diversas fases de fabricação. Soldagem Fundição Metalurgia do pó Manufatura Aditiva Manufatura versus Fabricação Manufatura: aspectos tecnológico e econômico A palavra manufatura é derivada de duas palavras latinas: manus (mãos) e factus (fazer). Etimologicamente, essa junção de palavras tem o significado de “feito à mão”. Em português, a palavra manufatura é usada desde quando o termo “feito à mão” descrevia com precisão os métodos de fabricação da época. Atualmente, grande parte dos processos de fabricação modernos é automatizada, e os comandos são processados por computador. Segundo Groover (2014), a manufatura tem duas conotações: tecnológica e econômica. Do ponto de vista tecnológico, manufatura é a aplicação de processos físicos e químicos utilizados para modificar as propriedades, a geometria e/ou a aparência de um material com o objetivo de produzir peças ou produtos. A manufatura também inclui a montagem de várias partes ou subconjuntos para formar um conjunto ou produto final único. Os processos de fabricação envolvem a combinação de máquinas, ferramentas, energia e mão de obra e estão representados na imagem a seguir. Processo de fabricação: aspecto tecnológico Assim, a fabricação é quase sempre definida como uma sequência de operações, e cada operação individual leva o material a um estado mais próximo do produto final. No aspecto econômico, a manufatura é definida como transformação de matérias- primas em itens com maior valor agregado por meio de uma ou mais etapas de processamento e/ou montagem. Observe o aspecto econômico da manufatura na imagem a seguir. Processo de fabricação: aspecto econômico O conceito-chave no aspecto econômico é que a fabricação agrega valor ao material a partir da mudança da sua forma e/ou de suas propriedades, ou pela sua combinação com outros materiais que também tenham sido modificados. Sendo assim, o produto torna-se mais valioso em função dos processos de fabricação empregados. Exemplo Agrega-se valor quando o minério de ferro é convertido em aço ou quando a areia é transformada em vidro, ou quando o petróleo é refinado em plástico; e quando o plástico, por sua vez, toma a forma de brinquedo com geometria complexa, tornando-o ainda mais valioso. Dessa maneira, a manufatura de produtos metálicos, tanto do ponto de vista tecnológico quanto econômico, tem início na obtenção de minérios. Os principais são: Hematita O minério de ferro brasileiro, que tem a hematita como principal mineral portador de óxido de ferro, é uma commodity de grande importância na economia, faturando 49 bilhões de reais já no primeiro trimestre de 2021 (MONTEIRO; MATIOLO, 2021). (Fe2O3) Bauxita O Brasil é o 4º maior produtor de bauxita do mundo, com uma reserva estimada em 2,7 trilhões de toneladas (USGS, 2021). (Al2O3) (S O ) A partir da redução desses (e de outros) minérios, obtêm-se os metais e as ligas utilizados para produção dos diversos tipos de matérias-primas que posteriormente são empregadas para iniciar os diversos processos de fabricação até a obtenção do produto final. A imagem a seguir mostra um fluxograma genérico para a sua fabricação. Fluxograma de rotas para fabricação de produtos metálicos Principais Processos de Fabricação Usinagem Pode ser definida como o processo de fabricação em que ocorre a mudança da geometria da matéria-prima por meio da remoção de material (cavaco), utilizando uma ferramenta apropriada. A imagem a seguir mostra a sequência de usinagem a partir do material bruto até o produto final; no caso, uma engrenagem cônica helicoidal. Cassiterita É um minério de estanho, sendo o estado de Rondônia o maior produtor brasileiro, com 11,4 mil toneladas brutas e pureza de 74,58%. (CRUZ, 2021). (SnO2) Em cada etapa da sequência de usinagem, ocorre a remoção de material. A esse material removido dá-se o nome de cavaco, que pode ser observado na imagem a seguir. Para a remoção do cavaco, utilizam-se ferramentas especiais para cada tipo de operação de usinagem. O principal material usado nas ferramentas de usinagem é o carboneto de tungstênio (WC), obtido a partir da metalurgia do pó. As ferramentas de carboneto de Tungstênio são conhecidas como pastilhas de metal duro, ilustradas na imagem a seguir. O aço rápido também é amplamente utilizado como ferramenta de usinagem. O aço rápido é um tipo de aço carbono que, para ser fabricado, são adicionados a ele diversos tipos de ligas como tungstênio, cromo, molibdênio, vanádio e cobalto. A imagem a seguir exemplifica algumas ferramentas de aço rápido. Para que ocorra a remoção de material por meio da ferramenta de usinagem, são utilizadas as máquinas- ferramentas. Veja um exemplo de uma dessas máquinas-ferramentas, denominada torno. Nas máquinas-ferramentas são realizadas operações de usinagem, como: Torneamento Furação Retí�ca Serramento Aplainamento Fresamento Conformação Mecânica É o processo de fabricação em que a forma do produto final é obtida por meio de deformação plástica da matéria-prima. É o único processo de fabricação capaz de melhorar as propriedades mecânicas do produto final em relação à matéria-prima, tendo em vista o endurecimento por encruamento.As principais operações de conformação mecânica são: laminação, conformação de chapas, extrusão, trefilação e forjamento. Confira mais detalhes sobre cada uma delas. A laminação consiste em passar o material (normalmente, chapa metálica) entre dois rolos de modo a reduzir sua espessura, de maneira semelhante ao que é feito com massas, como na imagem à esquerda. Em sua maioria, os rolos são cilíndricos, e o atrito entre eles faz com o que a chapa passe por entre os cilindros, como mostrado na imagem à direita. Exemplo de laminação com massas à esquerda e processo de laminação de uma barra metálica à direita. A conformação de chapas pode ser classificada em: corte de chapas, dobramento, estiramento, estampagem e prensagem, como mostrado na imagem a seguir. Processos de conformação de chapas metálicas. Laminação Conformação de chapas Extrusão A extrusão é um processo que consiste em forçar o metal a passar por uma matriz com canal convergente de modo a assumir a forma da seção transversal da matriz como exemplificado nas imagens a seguir, tanto para a extrusão direta (a) quanto para a extrusão indireta (b). Processo de extrusão de uma viga metálica. A operação de trefilação consiste em forçar a matéria-prima através de uma matriz em forma de canal convergente, denominada fieira ou trefila, por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. Como efeitos comparativos, na operação de extrusão, o metal é empurrado para fora da matriz e, na operação de trefilação, o metal é puxado para fora da matriz. Processo de trefilação de uma viga metálica. Trata-se de um processo de conformação de metais por meio de forças de compressão. O forjamento pode ser realizado por meio de marteladas (manual ou utilizando um martelo de potência), ou por meio de uma prensa hidráulica. Trefilação Forjamento Esse processo pode ser feito a frio ou quente, dependendo de qual geometria se quer alcançar, e qual grau de dureza se quer impor à peça conformada. Processo de forjamento de um material metálico. Soldagem Podemos definir soldagem como o conjunto de processos em que duas partes metálicas são permanentemente unidas pela junção da interface de contato, que é induzida pela combinação de temperatura, pressão e condições metalúrgicas. A soldagem é um dos três processos existentes para unir partes metálicas. Saiba mais Os outros dois métodos são a união mecânica, incluindo o uso de parafusos e porcas, rebites etc., e união por adesivos, que utiliza materiais não metálicos, tais como resinas termorrígidas e termoplásticas, elastômeros artificiais etc., com o objetivo de criar uma junta entre as duas superfícies que se deseja unir. Fundição O processo de fabricação por fundição consiste em fundir o metal, ou seja, mudar a fase do metal de estado sólido para líquido, e introduzir o metal líquido em um molde para que, ao solidificar, tome a forma da cavidade interna dele. A imagem a seguir mostra o fluxograma básico para a produção de uma peça fundida. Fluxograma simplificado das operações básicas para a produção de uma peça fundida. Metalurgia do Pó O processo de fabricação por metalurgia do pó consiste na compactação de pós-metálicos em matrizes, formando um compacto verde com a forma desejada. Em seguida, o compacto verde é aquecido (sinterizado) em atmosfera controlada para unir as superfícies de contato entre as partículas e eliminar os vazios entre elas, ocorrendo assim a consolidação em um corpo denso com forma e propriedades desejadas. Operações secundárias, geralmente, são realizadas, como, por exemplo: calibração, tamboreamento, impregnação em óleo e, posteriormente, usinagem para melhorar a precisão dimensional, acabamento superficial, aumentar a resistência mecânica, diminuir a porosidade e conferir propriedades especiais ao produto final. A imagem a seguir ilustra esquematicamente o processo de fabricação por metalurgia do pó: Principais etapas na produção de peças por metalurgia do pó. Manufatura Aditiva A manufatura aditiva, popularmente conhecida como impressão 3D, combina uma série de tecnologias para produzir peças a partir de modelos digitais. Cada tipo de impressão 3D tem uma forma característica de criar o material. Planejamento de Processos de Fabricação Processos de Fabricação: documentação e �nalidade Em termos de documentação, os processos de fabricação têm por finalidade estabelecer as práticas e tecnologias de fabricação, por meio de estruturas metodológicas, com o intuito de eliminar a falta de padronização, característica da produção que existia antes da Revolução Industrial. Os principais dados fornecidos pelos processos de fabricação são: Roteiro de fabricação das peças. Máquinas a serem utilizadas na fabricação das peças. Caminho percorrido pelas peças no chão de fábrica. Ferramental adequado para cada operação, sejam ferramentas de produção ou Essas informações são transmitidas aos processos de fabricação no chão de fábrica, para a execução correta da fabricação e garantia da qualidade dos produtos fabricados, atendendo às especificações dos desenhos de cada peça, subconjunto ou conjunto. A imagem a seguir mostra esquematicamente essa relação: Processo de fabricação no chão de fábrica. Vem que eu te explico! Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar. Módulo 1 - Vem que eu te explico! A importância do processo de Usinagem na Indústria Módulo 1 - Vem que eu te explico! A evolução da manufatura aditiva instrumentos e dispositivos de controle. Especi�cações relacionadas à metalurgia, geometria, dimensão e de revestimentos químicos que serão empregadas nas diversas operações. Todos Introdução - Video Introdução Módulo 1 - Video Classi�cação de processos de fabricação Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Todos Introdução Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 Questão 1 O termo manufatura é usado desde quando o termo “feito à mão” descrevia com precisão os métodos de fabricação da época. Atualmente, o termo manufatura tem duas conotações: tecnológica e econômica. Do ponto de vista econômico, a manufatura é definida como A a aplicação de processos físicos e químicos utilizados para modificar as propriedades. B a transformação de matérias-primas em itens com maior valor agregado. C a montagem de várias partes ou subconjuntos para formar um conjunto ou produto final único. D a sequência de operações e cada operação individual leva o material a um estado mais próximo do produto final. E a combinação de máquinas, ferramentas, energia e mão de obra que transforma a matéria-prima em produto fabricado. Parabéns! A alternativa B está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 2 Em uma indústria automotiva, é necessário fabricar um parafuso empregado na suspensão cujas propriedades mecânicas sejam maiores do que da matéria-prima recebida, para que ele possa resistir às solicitações de trabalho. Qual dos processos abaixo deve ser utilizado para fabricar esse parafuso? A Torneamento B Laminação C Soldagem D Fundição E Impressão 3D Parabéns! A alternativa B está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. 2 - Tolerâncias e ajustes Ao �nal deste módulo, você será capaz de aplicar os conceitos de tolerâncias e ajustes. Vamos começar! O princípio da aplicação do Sistema de Tolerâncias Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao longo deste conteúdo. Fabricação seriada, fabricação �exível e intercambiabilidade Sistemas de Produção e Princípio da intercambialidade Após a Revolução Industrial, os métodos de fabricação sofreram grandes transformações, gerando a criação e o desenvolvimento das indústrias e abandonando a produção artesanal e individual de peças e produtos. O desenvolvimento das indústrias e a oferta de mais produtos, de certaforma, desenvolveu na sociedade consumidores cada vez mais críticos e ávidos por produtos de qualidade e baixo custo. Produção em Massa do Modelo A. O primeiro sistema de produção que visou aumentar a produtividade e reduzir os custos foi o sistema de produção em massa, no qual a produção é feita em larga escala, com produtos padronizados, seguindo uma linha de montagem no chão de fábrica. Esse sistema foi desenvolvido por Henry Ford no início do século XX, e o grande volume de produção é a principal ferramenta para redução dos custos. Entretanto, o sistema de produção em massa gerava um alto nível de retrabalho e baixo grau de variedade de produtos. Com o aumento de competitividade entre as indústrias e consumidores cada vez mais exigentes, esse sistema de produção tornou-se obsoleto. Surgiu então o sistema Toyota de produção, ou Toyotismo, que primava pela qualidade dos produtos e tinha como princípio atender à necessidade do consumidor, ou seja, a produção só começa por conta da real demanda do mercado, implicando não haver grandes estoques nas indústrias. Dessa maneira, para eliminar os retrabalhos, as peças fabricadas isoladamente devem ser montadas sem necessidade de ajuste, o que só é possível se todas as peças possuírem formas e qualidades iguais. Esse é o princípio da intercambialidade. Produção em massa do tear automatizado Toyota, exibido no Museu Toyota. Durante os processos de fabricação, nenhuma peça possui uma medida exata. Há sempre um desvio da medida nominal, para mais ou para menos, devido a vibrações no sistema, falta de rigidez na máquina e nos dispositivos de fixação, desgaste das ferramentas etc. As definições de tolerâncias e acabamento superficial e o sistema de ajustes são fundamentais para que seja garantida a intercambialidade entre quaisquer peças aleatórias para montar um conjunto. Sendo assim, para se fabricar uma peça, medidas devem ser impostas, considerando todo o processo de fabricação e margens de erros, como veremos a seguir. Medidas de fabricação de peças Cota e afastamento Vamos estudar cota nominal, afastamento nominal, afastamento superior e afastamento inferior. Veja a definição de cada um a seguir: Cota nominal ou dimensão nominal (D) Dimensão geral (em mm). É a partir da dimensão nominal que são derivadas as dimensões limites pela aplicação dos afastamentos superior e inferior. Afastamento nominal V i ã (dif ) t di õ li it i l Por convenção, quando os afastamentos se referirem a eixos ou furos, devem ser utilizadas as seguintes expressões: Eixos Rotacione a tela. Furos Rotacione a tela. A imagem a seguir apresenta um eixo com o diâmetro nominal , o diâmetro nominal com o afastamento superior e o diâmetro nominal com o afastamento inferior ( ). Variação (diferença) entre as dimensões limite e nominal. Afastamento superior Diferença entre a dimensão máxima que a peça pode ter e a nominal. (as) Afastamento inferior Diferença entre a dimensão mínima que a peça pode ter e a nominal. (ai) → as; ai → As;Ai D D (as) D ai Determinação de diâmetro e afastamento Veja exemplos de eixo e furo: eixo Logo: ; furo Logo: ; A imagem a seguir ilustra os diâmetros tanto aplicados a um eixo quanto a um furo. Determinação da medida de um diâmetro Tolerância de fabricação, conjunto mecânico e linha zero Por definição, tolerância de fabricação é a diferença entre a medida máxima e mínima que a peça pode ter. Caracteriza o grau de precisão que a peça irá ter. É representada por: : tolerância de fabricação do eixo : tolerância de fabricação do furo Já o conjunto mecânico, é definido como reunião de uma peça furo em uma peça eixo. Como consequência, tem-se: D+as+ai → 10 +0,010 −0,010 Dmax = D + as = 10, 010mm Dmin = D + ai = 9, 990mm D+As +Ai → 10+0,010−0,010 Dmäx = D + As = 10, 010mm Dmin = D + Ai = 9, 990mm te = as − ai tf = As − Ai Folga mínima : Folga máxima : Tolerância de funcionamento (TF): A linha zero, na representação gráfica das zonas de tolerância, é a linha de referência que representa a medida nominal (D). Observe. Zonas de tolerância Veja um exemplo para compreender melhor. Exemplo No conjunto mecânico a seguir, vamos determinar: tolerância de fabricação do furo ( ); tolerância de fabricação do eixo ; tolerância de funcionamento (TF); folga máxima (F); folga mínima (f). Furo Eixo Solução: Temos: (f) f = (D + Ai) − (D + as) = Ai − as (F) F = (D + As) − (D + ai) = As − ai TF = tf + te = As − Ai + as − ai tf (te) 45+0,025−0,000 45−0,025−0,050 tf = As − Ai = (+0, 025) − (+0, 000) = 0, 025mm te = as − ai = (−0, 025) − (−0, 050) = 0, 025mm TF = tf + te = (0, 025) + (0, 025) = 0, 050mm Ajuste com interferência Ajuste com interferência é a distância, antes do acoplamento, entre a medida do furo e a do eixo, sempre que o furo for menor do que o eixo. Deve ser considerada uma folga negativa. É quando a folga tiver sinal negativo Interferência (I) Na imagem a seguir, temos uma peça com diâmetro maior do que o furo. Logo, a interferência (ou folga negativa) está sendo evidenciada. Demonstração da folga negativa Os valores máximos e mínimos da folga negativa podem ser determinados da seguinte maneira: Categoria de Ajuste e Grau de Tolerância Categoria de Ajuste As peças fabricadas têm grau de tolerância para serem consideradas em bom estado. Para isso, é necessário conhecer as categorias e qualidades de ajustes, que veremos a seguir. F = As − ai = (+0, 025) − (−0, 050) = 0, 075mm f = Ai − as = (+0, 000) − (−0, 025) = 0, 025mm → Imax = (D + as) − (D + Ai) = as − Ai = − (Ai − as) = −f Imin = (D + ai) − (D + As) = ai − As = − (As − ai) = −F Os ajustes são classificados segundo o tipo de folga existente, ou seja, de acordo com os conjuntos, conforme a possibilidade de movimento relativo entre eixo e furo. Ajuste com folga e Ajuste com interferência e Ajuste incerto (com folga; com interferência) e Grau de tolerância ou Qualidade do ajuste O grau de tolerância é estabelecido para garantir o funcionamento da peça, ou seja, são desvios das dimensões das peças aceitáveis, o que garante o funcionamento da peça, na função desejada. A ABNT NBR 6158 prevê 18 qualidades de trabalho, identificadas pelas letras IT seguidas de números. Cada uma delas corresponde a um valor de tolerância - IT: 01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 e 16. Os ITs de 01 a 4 (chamados de primeiro grupo) correspondem a calibradores e instrumentos de precisão. Um segundo grupo pega de IT 5 a IT 16, sendo este grupo dividido da seguinte maneira: IT 5 Dimensões externas de peças isoladas (sem ajuste). IT 6 a IT 11 Peças usinadas e ajustadas. IT 12 a IT 16 Laminações e embutimentos (sem processo de ajuste). F > 0 f > 0 F < 0 f < 0 F > 0 f < 0 A tabela a seguir mostra os valores numéricos desses ITs considerando dimensões nominais: Tabela 1 da NBR 6158/1995: Valores numéricos de graus de tolerância-padrão IT para dimensões nominais até . Sistema Furo Base (SFB) e Sistema Eixo Base (SEB) Podemos definir o sistema furo base (SFB) e sistema eixo base (SEB) da seguinte forma: Sistema de ajuste furo base – SFB Sistema de ajuste cuja dimensão mínima dos furos é igual à dimensão nominal, sendo a linha zero o limite inferior da tolerância. Esse sistema é utilizado entre eixos, polias, engrenagens etc. Sistema de ajuste eixo base – SEB Sistema cujas dimensões máximas do eixos são iguais às dimensões nominais. A linha zero corresponde ao limite superior da tolerância. Utiliza-se esse tipo de ajuste em carcaças, buchas pré-usinadas com furo de polia, capa externa de rolamentos etc. Escolha do Grau de tolerância e do Sistema base Para as usinagens de peças, é necessário escolher o grau de tolerância a ser adotado e, também, o sistema base. A escolha do grau de tolerância ou qualidade e do sistema base dependem: Grau de tolerância ou qualidade • da função que o conjunto vai exercer; • do custo de fabricação; • da vida útil desejadapara o conjunto. 3150mm(A) Sistema base • das exigências de construção; • do consumo de material; • do custo de fabricação; • da compra de ferramentas e calibradores. Caso utilize-se o sistema furo base – SFB, devem ser apresentados os campos de tolerância, como podemos ver na imagem a seguir: Campos de tolerância. Em que: indicam a posição em relação à linha zero; para os furos são designadas letras maiúsculas; para os eixos são designadas letras minúsculas; simbologia. Veja agora exemplos de preenchimento de campos de tolerância: Para o SFB ex. 129 H8 / e7 Para o SEB Ex. 80 M9 / h8 ⇒ H ⇒ h No sistema furo base também precisamos compreender a categoria de ajustes, como a seguir: Ajuste com folga e , (quando deslizante) Ajuste incerto e Ajuste com interferência e Exemplo Calcular os afastamentos para o ajuste Para realizar esse cálculo, precisamos utilizar a tabela dos valores de graus de tolerância, como feito a seguir. Tabela 1 da NBR 6158/1995: Valores numéricos de graus de tolerância-padrão IT para dimensões nominais até . Encontrado o valor desejado, voltamos ao cálculo: f ≥ 0 F > 0 f = 0 ⇒ f < 0 F > 0 f < 0 F < 0 100 M8/h7 SEB (h) → as = 0 Eixo 100 h8 ⇒ te = as − ai = 0 − ai ⇔ te = −ai 3150mm(A) Considerando agora o furo , temos que: Da tabela: Tabela 1 da NBR 6158/1995: Valores numéricos de graus de tolerância-padrão IT para dimensões nominais até . Temos que: Agora, para determinar o afastamento, devemos considerar a tabela 3 da NBR 6158 , da seguinte maneira: Tabela 3 da NBR 6158/1995: Valores numéricos dos afastamentos fundamentais para furos. Logo: Para determinar o valor de , utiliza-se as colunas da direita da Tabela 3 da NBR. 6158,1995: Tab. 1 → IT7 + 100 ⇒ te = 0, 035 ⇔ ai = −0, 035 ⇔ 100 0,000 −0,035 M8 Furo 100 M8 ⇒ tf = As − Ai 3150mm(A) Tab. 1 → IT8 + 100 ⇒ tf = 0, 054 Tab. 3 → E + 30 ⇒ As = −0, 013 + Δ Δ Tabela 3 da NBR 6158/1995: Valores numéricos dos afastamentos fundamentais para furos. Com o valor encontrado na tabela, temos: Logo, como , tem-se que Conclui-se que é um ajuste incerto. Devido à grande aplicação industrial dos ajustes, alguns desses ajustes mecânicos já são tabelados para facilitar. De acordo com Senai (1971), temos os seguintes tipos de ajustes mecânicos: Exemplo de ajuste Montagem à mão, com facilidade. As = −0, 013 + 0, 019 = +0, 006 tf = As − Ai 0, 054 = 0, 006 − Ai → Ai = −0, 048 ⇔ 100 +0,060 −0,048 f = Ai − as = −0, 048 − 0, 000 ⇔ f = −0, 048(f < 0) F = As − ai = +0, 060 − 0, 035 ⇔ F = +0, 095(F > 0) Livre Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: Mecânica ordinária: Exemplo de aplicação: Peças cujos funcionamentos necessitam de folga por força de dilatação, mau alinhamento etc. Exemplo de ajuste Montagem à mão podendo girar sem esforço. Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: Mecânica ordinária: Exemplo de aplicação: Peças que giram ou deslizam com boa lubrificaçăo. Ex.: eixos, mancais etc. Exemplo de ajuste H6e7 H7e7 H7e8 H8e9 H11a11 Rotativo H6f6 H7f7 H8f8 H10d10 H11d11 Deslizante Montagem à mão com leve pressão. Extra preciso: Mecânica média: Mecânica média: Mecânica ordinária: Exemplo de aplicação: Peças que deslizam ou giram com grande precisão. Ex.: anéis de rolamentos, corrediças etc. Exemplo de ajuste Montagem à mão, porém, necessitando de algum esforço. Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: não se aplica Mecânica ordinária: não se aplica Exemplo de aplicação: Encaixes fixos de precisão, lubrificados deslocáveis à mão. H6g5 H8g8 H8h8 H8f8 H10h10 H11h11 Deslizante justo H6h5 H7h6 Ex.: punções, guias etc. Exemplo de ajuste Montagem com auxílio de martelo. Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: não se aplica Mecânica ordinária: não se aplica Exemplo de aplicação: Orgãos que necessitam de frequentes desmontagens. Ex.: polias, engrenagens, rolamentos etc. Exemplo de ajuste Montagem com auxílio de martelo pesado. Aderente forçado leve H6j5 H7j6 Forçado duro Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: não se aplica Mecânica ordinária: não se aplica Exemplo de aplicação: Órgãos possíveis de montagens e desmontagens sem deformação das peças. Exemplo de ajuste Montagem com auxílio de balancim ou por dilatação. Extra preciso: Mecânica precisa: Mecânica média: não se aplica Mecânica ordinária: não se aplica Exemplo de aplicação: Peças impossíveis de serem desmontadas sem deformação. Ex.: buchas à pressão etc. Mão na massa H6m5 H7m6 À pressão com esforço H6p5 H7p6 Questão 1 Calcular os afastamentos para o ajuste 10 H9/e8: A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa A está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 2 Calcular os afastamentos para o ajuste 115 F9/h8: A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa C está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 3 Calcular os afastamentos para o ajuste 63 H7/j6: A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa D está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 4 Calcular os afastamentos para o ajuste 52 H8/n7: A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa A está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 5 Calcular os afastamentos para o ajuste 20 N7/h6: A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa A está correta. Assista ao vídeo para conferir a resolução da questão. Questão 6 Calcular os afastamentos para o ajuste 35 H6/p5: Teoria na prática As posições 1 a 4 marcadas na árvore de manivelas da imagem a seguir indicam os locais de montagem das bielas, cujo diâmetro nominal é de 42mm. Determine as medidas desse diâmetro na árvore de manivelas e na biela. A e B e C e D e E e Parabéns! A alternativa E está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. _black Árvore de manivelas Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Mostrar solução Questão 1 Seja um furo com a medida e um eixo com medidas Eixo: . Pode-se afirmar que15+0,024+0,002 15 +0,012 −0,008 A o ajuste é com interferência. B o ajuste é com folga. C o ajuste é incerto. D a tolerância de fabricação do furo é 0,032. E a tolerância de fabricação do eixo é 0,012. Parabéns! A alternativa C está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 2 No par eixo-furo a seguir, os valores de tolerância de fabricação do furo ( ); tolerância de fabricação do eixo e tolerância de funcionamento (TF) valem, respectivamente: Furo Eixo tf (te) 45+0,054+0,000 45−0,030−0,050 A 0,104; 0,030; 0,084 B 0,104; 0,030; 0,134 C 0,054; 0,080; 0,134 D 0,054; 0,080; 0,084 E 0,080; 0,054; 0,134 Parabéns! A alternativa C está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. 3 - Calibradores para veri�cação de peças Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar os calibradores para veri�cação de peças. Vamos começar! A aplicação dos calibradores na veri�cação de peças Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao longo deste conteúdo. Calibradores De�nição de calibradores Podemos definir os calibradores como padrões geométricos utilizados em larga escala, principalmente na indústria metalmecânica. Em peças que necessitem de ajustes de montagem, as tolerâncias de fabricação são especificadas pelo projeto das peças. Saiba mais Uma maneira de verificar a qualidade funcional de peças de maneira mais ágil é o emprego dos calibradores denominados “passa/não passa”. Em função de ser um dispositivo simples e com preço relativamente baixo, os calibradores são uma solução econômica para diversos tipos de verificação de medidas naindústria, como, por exemplo, verificação de eixos, furos, roscas etc., de acordo com sua aplicação/utilização e não com relação às tolerâncias especificadas. Para que sejam empregados com critério, os calibradores são fabricados em aço temperado e, geralmente, possuem as superfícies que entram em contato com a parte a ser verificada retificadas. Além do que, a estabilidade das dimensões também é influenciada pelo nível de qualidade das superfícies. De acordo com sua função, os calibradores fixos podem ser classificados em três grupos (ABNT, 1980): No caso da verificação das dimensões limite, os calibradores devem estar de acordo com o princípio de Frederick Winslow Taylor, que diz que a dimensão limite “passa” deve ser verificada com um calibrador de comprimento igual ao comprimento de ajustagem da peça (calibrador “passa”). Já a dimensão limite “não passa” deve ser verificada com um calibrador que apalpe a superfície da peça em dois pontos diametralmente opostos e verifique uma posição de cada vez. A aplicação estrita do princípio de Taylor nem sempre é conveniente ou necessária. Para calibradores “passa” justificam-se exceções nos casos a seguir: Furos Lado “Passa” D < 10 Calibrador tampão cilíndrico completo Calibradores de fabricação para dimensões limites Utilizados na verificação de peças. Calibradores de referência e contracalibradores Utilizados no controle e regulagem de calibradores. Blocos padrão Utilizados para verificar outros tipos de calibradores e para aferir os instrumentos de medição por leitura. 10 ≤ D < 120 Calibrador tampão esférico completo Calibrador tampão cilíndrico completo 120 ≤ D < 315 Calibrador tampão esférico completo Calibrador tampão cilíndrico ou esférico selecionados 315 ≤ D Calibrador vareta com pontas esféricas Lado “Não passa” D < 6 Calibrador tampão cilíndrico completo 6 ≤ D < 315 Calibrador tampão esférico secionado ou Calibrador chato cilíndrico com faces reduzidas Calibrador vareta com pontas esféricas 315 ≤ D Calibrador vareta com pontas esféricas Eixos Lado “Passa” D ≤ 315 Calibrador anular cilíndrico de forma completa Calibrador de boca Lado “Não passa” D ≤ 315 Calibrador de boca Tabela - Exceções dos calibradores. Gustavo Simão Rodrigues. Principais Tipos de Calibradores Calibrador tampão para furos A superfície de medição desse tipo de calibrador é externa, e o lado “passa” deve passar na máxima dimensão do furo, e não na mínima. Esse tipo de calibrador pode ser empregado na verificação de furos que independem de tolerâncias muito apertadas. A imagem a seguir mostra esquematicamente um calibrador tampão para furos: Esquema de verificação de um furo com um calibrador tampão É sempre importante, em um calibrador tampão, verificar se está sendo utilizado o lado correto para não danificar o calibrador ou a peça. Nos calibradores tampão, o lado “não passa” é pintado em vermelho. Calibrador tampão Calibrador de boca O calibrador de boca possui formato de meio anel, sendo empregado na verificação de superfícies planas. Assim como o calibrador tampão, o calibrador de boca também possui tanto o lado “passa” quanto o lado “não passa”. Bem como o calibrador tampão, o lado “não passa” do calibrador de boca é pintado de vermelho e deve-se verificar se o lado a ser utilizado está correto para não danificar a peça ou o equipamento. A imagem a seguir mostra esquematicamente a utilização de um calibrador de boca para verificar uma peça: Esquema de verificação de uma peça com um calibrador de boca Calibrador de rosca A fabricação e o uso de calibradores para o controle de roscas métricas com perfil básico são especificados de acordo com a ABNT 2004. Calibradores de rosca Uma forma simples e rápida de verificar roscas é o uso de calibradores de rosca, que são fabricados de acordo com as dimensões e especificações de cada tipo de rosca. O calibrador para rosca externa é composto por um conjunto de dois anéis, com um lado “passa” e um lado “não passa”, como ilustrado na imagem a seguir: Calibrador de roscas externas. Não se deve confundir a verificação de roscas com calibração de roscas. Para verificar a rosca, utilizamos um verificador de rosca, tipo canivete, que contém vários perfis de roscas, sendo de um lado roscas métricas e, do outro, roscas em polegadas, como mostrado a seguir. Verificador de rosca. Aqui, o perfil de rosca a ser verificado deve se encaixar perfeitamente com a lâmina correspondente no verificador, como ilustrado na imagem a seguir: Para calibração de roscas internas, é utilizado um calibrador com dois tampões, um em cada extremidade, tipo parafusos, no qual um lado é o “passa” e o outro é o “não passa”, como na imagem a seguir. Segundo a ABNT (2004), a extremidade mais curta é o lado “não passa” e a mais longa é o “passa”. Cálculo de Calibradores de Fabricação Critérios para o cálculo de acordo com a ABNT NBR 6406:1980 A ABNT NBR 6406:1980 estabelece os critérios para o cálculo de calibradores de fabricação levando em consideração como os calibradores são usados: para medidas internas ou para medidas externas. Além disso, considera dois tipos de cálculos: para dimensões até 180mm e dimensões maiores do que 180mm, bem como se o calibrador é novo ou usado. De modo a favorecer melhor a distribuição do desgaste por fricção, tanto o comprimento do lado “passa” do calibrador quanto o comprimento de ajustagem da peça devem ser iguais. Para tal, em vez do aço rápido, usamos o metal duro no lado “passa” para aumentar a resistência ao desgaste. Já o lado “não passa” deve apalpar a peça em dois pontos opostos em diâmetro. A metodologia para o cálculo de calibradores de fabricação, seja para dimensões internas de até 180mm ou para dimensões externas até 180mm, é baseada na norma ABNT NBR 6406:1980. Admite-se que os calibradores de fabricação sofram desgaste somente no lado “passa”, dentro dos limites indicados a seguir. Calibradores para dimensões internas até 180mm (calibradores tampão) A imagem a seguir mostra um calibrador tampão. Calibrador tampão. As medidas para esse tipo de calibrador são: Lado “não passa” (LNP) Lado “passa” novo (LPN) Lado “passa” usado (LPU) Em que: a dimensão máxima do furo a ser controlado, dada em milímetros. a dimensão mínima do furo a ser controlado, dada em milímetros. z é o valor tabelado em milímetros, a ser acrescentado na dimensão do calibrador, em relação à dimensão mínima do furo da peça. h é a tolerância de fabricação do calibrador, em milímetros. y é a tolerância de desgaste do calibrador, dada em milímetros. Os valores de h/2, z e y são tabelados, e os valores são dados em micrômetros, sendo t a tolerância de fabricação. Veja na tabela a seguir: Dmáx ± h 2 Dmin + z ± h 2 Dmin − y Dmáx Dmín Dim. Nom. Qualidade de Trabalho (IT)Dim. Nom. Qualidade de Trabalho (IT) (mm) Símbolos 6 7 8 1 t 6 10 1 h/2 0,6 1 1 y 1 1,5 3 3 z 1 1,5 2 3 t 8 12 1 h/2 0,75 1,25 1 y 1 1,5 3 6 z 1,5 2 3 6 t 9 15 2 h/2 0,75 1,25 1 y 1 1,5 3 10 z 1,5 2 3 10 t 11 18 2 h/2 1 1,5 1 y 1,5 2 4 18 z 2 2,5 4 18 t 13 21 3 h/2 1,25 2 2 >≤ Dim. Nom. Qualidade de Trabalho (IT) y 1,5 3 4 30 z 2 3 4 30 t 16 25 3 Tabela: Calibradores para dimensões internas (em μm). SILVA NETO, 2018, pg. 81 e 82 A tabela completa pode ser acessada na ABNT NBR 6406:1980. Calibradores para medidas internas acima de 180 mm (calibradores tampão) As medidas para esse tipo de calibrador são: Lado “não passa” (LNP) Lado “passa” novo (LPN) Lado “passa” usado (LPU) Em que: a dimensão máxima do furo a ser controlado, dada em milímetros. a dimensão mínima do furo a ser controlado, dada em milímetros. Dmáx − a ± h 2 Dmín + z ± h 2 Dmín − y + a Dmáx Dmín é o valor tabelado em milímetros, a ser acrescentado na dimensão do calibrador, em relação à dimensão mínima do furo da peça. é a tolerância de fabricação do calibrador, em milímetros. é a tolerância de desgaste do calibrador,em milímetros. é o valor tabelado, em milímetros. Os valores de , , e são tabelados, e os valores são dados em micrômetros. Calibradores para medidas externas até 180mm (calibradores anulares) A imagem a seguir mostra um calibrador tipo alunar, para controle de eixos. Calibrador tipo alunar As medidas para esse tipo de calibrador são: Lado “não passa” (LNP) Lado “passa” novo (LPN) Lado “passa” usado (LPU) z h y a h 2 z y a dmín ± H1 2 dma ́x − z1 ± H1 2 Em que: d a dimensão máxima do eixo a ser controlado, dada em milímetros. a dimensão mínima do furo a ser controlado, dada em milímetros. é o valor tabelado em milímetros, a ser acrescentado na dimensão do calibrador, em relação à dimensão mínima do furo da peça. é a tolerância de fabricação do calibrador, em milímetros. é a tolerância de desgaste do calibrador, dada em milímetros. Os valores de e são tabelados, sendo os valores dados em micrômetros. Dim. Nom. Qualidade de Trabalho (IT) (mm) Símbolos 6 7 8 1 T 6 10 1 H1/2 1 1 1 y1 1,5 1,5 3 3 z1 1,5 1,5 2 3 T 8 12 1 H1/2 1,25 1,25 2 y1 1,5 1,5 3 6 z1 2 2 3 6 T 9 15 2 dmín + y1 máx dmín z1 H1 y H1/2, z1 y1 >≤ Dim. Nom. Qualidade de Trabalho (IT) H1/2 1,25 1,25 2 y1 1,5 1,5 3 10 z1 2 2 3 10 T 11 18 2 H1/2 1,5 1,5 2 y1 2 2 4 18 z1 2,5 2,5 4 18 T 13 21 3 H1/2 2 2 3 y1 3 3 4 30 z1 3 3 5 Tabela: Calibradores para dimensões externas (em μm). SILVA NETO, 2018, página 83 A tabela completa pode ser acessada na ABNT NBR 6406:1980. Calibradores para medidas externas acima de 180mm (calibradores anulares) As medidas para esse tipo de calibrador são: Lado “não passa” (LNP) Lado “passa” novo (LPN) Analise o exemplo a seguir em que vamos calcular as dimensões de um calibrador tampão com a especificação 22,600H8. É preciso procurar na tabela o diâmetro de e qualidade de trabalho IT8, os valores Calculando, temos: Rotacione a tela. Isso é porque o campo de tolerância H possui afastamento superior igual à tolerância (t=0,033 mm) e o afastamento inferior é zero. Portanto: Rotacione a tela. Com base nas formulações: Lado “não passa” (LNP) Lado “passa” novo (LPN) Lado “passa” usado (LPU) dmín + a1 ± H1 2 dma ́x − z1 ± H1 2 22, 600mm t = 33μm;h/2 = 2μm; y = 4μm; z = 4μm Dmáx = 22, 600 + 0, 033 = 22, 633mm Dmín = 22, 600mm Dmáx ± h 2 = 22, 633±0,002 mm Dmin + z ± h 2 = 22, 600 + 0, 004 ± 0, 002 = 22, 604±0,002 mm Vem que eu te explico! Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar. Módulo 3 - Vem que eu te explico! Calibradores x Instrumentos de medição Módulo 3 - Vem que eu te explico! O uso correto do calibrador de rosca Todos Introdução - Video Introdução Módulo 1 - Video Classi�cação de processos de fabricação Dmin − y = 22, 600 − 0, 004 = 22, 596 mm Todos Introdução Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 A verificação de um furo pode ser realizada por meio de A calibrador de rosca. B calibrador de boca. C calibrador tampão. D bloco-padrão. E verificador de rosca. Parabéns! A alternativa C está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 2 As dimensões do lado “não passa”, lado “passa” novo e lado “passa” usado, respectivamente, de um calibrador anular com a especificação 17,400 h7 são: A B C 4 - Controle estatístico do processo de fabricação Ao �nal deste módulo, você será capaz de aplicar os métodos de controle estatístico em processos de fabricação. Vamos começar! D E Parabéns! A alternativa D está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. O Controle Estatístico de Processos na Fabricação Mecânica Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao longo deste conteúdo. CEP Controle Estatístico de Processo (CEP) Como sabemos, as peças fabricadas não possuem medidas idênticas, por mais preciso que seja o processo. Por isso, sempre é necessário verificar se o processo está controlado, ou seja, verificar se a variação das medidas das peças está dentro do permissível, de acordo com as tolerâncias especificadas em projeto. Além disso, mesmo que, visualmente ou com equipamentos de medição com pouca precisão, duas peças sejam aparentemente idênticas, instrumentos de medição com maior exatidão permitem observar variações nas suas dimensões. Um método eficiente para acompanhar as variações do processo são as cartas de controle. Essas cartas podem ser aplicadas por atributos ou por variáveis. Confira! Método por atributos Avalia as características das peças fabricadas por meio de calibradores de fabricação, por exemplo, que indicam somente se o produto está ou não conforme as especificações. Método por variáveis Analisa as dimensões das peças por meio de um sistema de medição, também indicando se o produto está ou não conforme as especificações, apontando o valor medido. Um dos principais objetivos do CEP é identificar alterações em determinados períodos nos parâmetros do processo. Dessa forma, dois valores de referência, denominados limites de controle, são calculados para cada um desses parâmetros. Uma estimativa para esses parâmetros é calculada para cada amostra disponível e, em seguida, verifica-se se essas estatísticas estão entre os limites de controle. A política de controle Seis Sigma (Six Sigma) estabelece que, dada uma especificação, definida por , referente a um parâmetro qualquer (a média, por exemplo), e sendo o desvio-padrão, , da estatística que estima o parâmetro qualquer conhecido (ou estimado), os limites de controle para são dados por . A tabela a seguir mostra o número de defeitos por milhão, dependendo do nível Sigma escolhido. Observe que representa um número de falhas de apenas 3,4 unidades por de itens produzidos. Nível Sigma Defeitos por milhão Custo do Desperdício 2 308.537 Superior a 40% 3 66.807 De 25 a 40% das vendas 4 6.210 De 15 a 25% das vendas 5 633 De 5 a 15% das vendas 6 3,4 Menos de 1% Adaptada de Maximiano e Trad, 2009 página 650. Grá�cos de controle para variáveis De�nição e objetivo dos grá�cos de controle para μ σ μ μ ± 3σ 6σ 1.000.000 variáveis O controle estatístico de processos (CEP) é uma das vertentes do controle de qualidade que tem por objetivo coletar, analisar e interpretar dados empregados para melhorar e manter a qualidade dos serviços e produtos. O princípio básico é que todo processo possui variações inerentes, em maior ou menor grau de ocorrência. Entretanto, essas variações precisam ser conhecidas, compreendidas e controladas para impactar o mínimo possível o processo. Dessa forma, o controle estatístico de processos visa reduzir sistematicamente a variabilidade dos processos, de modo a tornar os produtos e/ou serviços que estão sendo controlados com um nível de qualidade desejado. Para tal, o controle estatístico de processos possui uma série de técnicas e ferramentas, como os gráficos de controle para variáveis. As variáveis podem ser traduzidas como uma propriedade numérica de características da qualidade controladas pelos gráficos de controle. O uso dos gráficos de controle possibilita verificar se um processo está fora de controle estatístico, fazendo com que medidas corretivas apropriadas sejam tomadas imediatamente. O objetivo fundamental do gráfico de controle é avaliar, por meio de análise gráfica, se o processo está sob controle, verificando suas possíveis variações. Aplicando os gráficos de controle para variáveis, é possível tanto detectar quanto distinguir essas variações, que podem ser classificadas das seguintes formas: Variações comuns Inerentes ao processo, decorrem de pequenas fontes de variabilidade e ocorrem de forma contínua e aleatória, mesmo com o processo em condições de operação normais. Variações especiais Não naturais e sem comportamento não aleatório, fazendo comque o processo saia de suas condições normais de operação, como, por exemplo, problemas em maquinários ou lote de matéria-prima com propriedades diferentes. Isso é feito a partir da determinação dos limites de controle, tanto superior quanto inferior. O limite inferior de controle (LIC) e o limite superior de controle (LSC) são determinados a partir de dados coletados do processo e de cálculos estatísticos. Esses limites indicam a variação esperada de um período para outro e não correspondem aos limites especificados em projeto, afastamento superior e inferior, mas sim às respostas da variabilidade do processo, como exemplificado na imagem a seguir: Carta de controle estatístico de processo (CEP). Gráfico de amplitude. Sendo assim, as tolerâncias especificadas representam o que se exige no projeto de modo que o produto atenda à função ao qual foi projetado. Já os limites de controle são resultado do processo de fabricação utilizado, e refletem o que esse processo é capaz de realizar. Podemos, dessa forma, verificar se o processo é capaz ou não de atender aos limites especificados. Tipos de grá�cos de controle para variáveis Carta X, Carta R e Carta S Entre os diversos tipos de gráficos de controle para variáveis existentes, os mais utilizados são: Carta X Estuda a média dos dados. Carta R Estuda a amplitude dos dados. Também é designada de range ou dispersão, e mede a variabilidade do processo. Carta S Estuda o desvio-padrão, também relacionada à verificação da variabilidade do processo. Na análise da amplitude, os dados são comparados e a variação é definida pela diferença entre o menor e o maior valor apresentado no lote. Na análise do desvio-padrão, todos os dados contidos são comparados, e não somente o menor e o maior. Por isso, podemos considerar que as cartas R e S possuem objetivos análogos. Entretanto, ao passo que a carta R pode ser mais facilmente construída e aplicada, a carta S é considerada mais precisa. Quando os lotes apresentam tamanhos pequenos (normalmente menor ou igual a dez itens), a apresentação gráfica fornecida pelas cartas R e S são bastante semelhantes. No entanto, conforme o tamanho do lote aumenta, a carta S é comumente empregada no lugar da carta R, visto que é mais apropriada quando a amostra analisada possui um maior número de itens. A definição da quantidade de amostras e do número de itens a serem inspecionados em cada amostra pode ser acordada entre cliente e fornecedor, levando em consideração as condições comerciais entre eles negociadas. Além disso, duas normas técnicas são apropriadas para definir esses valores: ABNT NBR 5429 – Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por variáveis, 1985a. ABNT NBR 5430 – Guia de utilização da norma NBR 5429 – Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por variáveis, 1985b. Nessas normas, são definidos os procedimentos para determinar o tamanho da amostra. A tabela a seguir resume essas informações: Tamanho do lote Tamanho da amostra 66-110 10 111-180 15 Tamanho do lote Tamanho da amostra 181-300 25 301-500 30 501-800 35 801-1.300 40 1301-3200 50 3201-8000 60 8001-22000 85 Tamanhos de lotes e amostras. SIQUEIRA, 1997, página 14. Cabe ressaltar que a carta X é comumente utilizada juntamente com outra das demais (carta R ou carta S), haja vista que suas funções se complementam. Dessa forma, na aplicação das cartas de controle para variáveis, elas são geralmente apresentadas como: Cartas X e R ou gráficos para média e amplitude; Cartas X e S ou gráficos para média e desvio-padrão. Nesse formato, a análise dos dados é facilitada quando os gráficos são colocados um ao lado do outro. Grá�cos para média e amplitude Fórmulas para a construção dos grá�cos para média e amplitude O objetivo dos gráficos para média e amplitude é identificar qualquer indício de que a média do processo e sua dispersão estejam ocorrendo fora dos limites de estabilidade. Caso existam um ou mais pontos fora dos limites de controle (seja no gráfico X ou R), o processo não está sob controle estatístico. Para construir os gráficos para média e amplitude, utilizamos as fórmulas a seguir: Para a média: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Os limites de controle são calculados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Para a amplitude: Rotacione a tela. Rotacione a tela x̄ = x1 + x2 + ⋯ + xn n x = x̄1 + x̄2 + ⋯ + x̄m m –– LSC = x + A2 ⋅ R̄ –– LC = x –– LIC = x − A2 ⋅ R̄ –– R = xmáx − xmín R̄ = R1 + R2 + ⋯ + Rm m Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Em que: é o valor de cada item da amostra; é a média de cada amostra; é a média das amostras (média das médias); é o número de itens da amostra; é o número de amostras; é a amplitude de cada amostra; é a amplitude média das amostras; é o limite superior de controle; é a linha central; é o limite inferior de controle; e são os fatores para cartas de controle. Para facilitar o entendimento, a seguir é apresentada uma tabela, considerando o número n de amostras e os fatores limites de controle, para criação de uma carta de controle: LSC = D4 ⋅ R̄ LC = R̄ LIC = D3 ⋅ R̄ x x̄ x –– n m R R̄ LSC LC LIC A2,D3 D4 Tamanho da amostra Cartas para médias C Fatores para limites de controle F c Tamanho da amostra Cartas para médias C Fatores para limites de controle F c n A A2 A3 C 2 2,121 1,881 2,659 0 3 1,732 1,023 1,954 0 4 1,500 0,729 1,628 0 5 1,342 0,577 1,427 0 6 1,225 0,483 1,287 0 7 1,134 0,419 1,182 0 8 1,061 0,373 1,099 0 9 1,000 0,337 1,032 0 10 0,949 0,308 0,975 0 11 0,905 0,285 0,927 0 Tabela para cartas das médias, cartas para desvio-padrão e cartas para range. LOZADA, 2017, página 141. Vamos analisar um exemplo para fixarmos o conteúdo. Exemplo Foram coletados 5 itens por hora, durante . Portanto, tem-se que e . Os valores da média e amplitude das amostras estão informados nas últimas duas colunas da tabela de dados. Para , conforme a Tabela para cartas das médias, cartas para desvio-padrão e cartas para range, tem-se que e . 20h n = 5 m = 20 n = 10 A2 = 0, 577,D3 = 0 D4 = 2, 114 n x1 x2 x3 x 1 0,61 0,56 0,62 0 2 0,63 0,57 0,64 0 3 0,62 0,55 0,63 0 4 0,57 0,62 0,64 0 5 0,65 0,56 0,6 0 6 0,55 0,57 0,56 0 7 0,8 0,68 0,65 0 8 0,65 0,64 0,56 0 9 0,58 0,58 0,57 0 10 0,64 0,61 0,56 0 11 0,62 0,6 0,62 0 12 0,58 0,57 0,61 0 13 0,55 0,63 0,55 0 14 0,62 0,55 0,57 0 15 0,61 0,62 0,56 0 16 0,57 0,62 0,59 0 17 0,6 0,65 0,55 0 18 0,63 0,65 0,55 0 19 0,58 0,52 0,56 0 n x1 x2 x3 x 20 0,63 0,56 0,58 0 Gustavo Simão Rodrigues. Solução: A média das médias é dada por: Rotacione a tela. Os limites de controle são calculados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Graficamente, o resultado pode ser observado na imagem a seguir: x = x̄1 + x̄2 + ⋯ + x̄m m = 0, 595 –– R̄ = R1 + R2 + ⋯ + Rm m = 0, 087 LSC = x + A2 ⋅ R̄ = 0, 595 + 0, 577 ⋅ 0, 087 = 0, 645 –– LC = x = 0, 595 –– LIC = x − A2 ⋅ R̄ = 0, 595 − 0, 577 ⋅ 0, 087 = 0, 545 –– Gráfico da média Para a amplitude: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Graficamente, o resultado pode ser observado na imagem a seguir: Gráfico da amplitude Podemos observar que: Tanto no gráfico da média quanto no da amplitude, os valores estão distribuídos entre os limites superior e inferior do intervalo, exceto por um ponto, que sinaliza a presença de variações especiais. LSC = D4 ⋅ R̄ = 2, 114 ⋅ 0, 087 = 0, 184 LC = R̄ = 0, 087 LIC = D3 ⋅ R̄ = 0 ⋅ 0, 087 = 0 No gráfico da média, os pontos finais estão abaixo da linha central, correspondendo ao indício de processo fora de controle. No entanto, no gráfico da amplitude percebemos um comportamento supostamente aleatório. Em uma situação como essa, tendo em vista a presença de variações especiais, recomendamos que o ponto fora do limite de controle seja removido da amostra,e que os cálculos sejam atualizados para que se possa avaliar o processo sem a presença de variações especiais. Grá�cos para média e desvio-padrão Fórmulas para a construção dos grá�cos para média e desvio-padrão Em função da insensibilidade do gráfico da amplitude para deslocamentos pequenos ou moderados, resultantes dos itens da amostra e também em função da necessidade de controle mais apertado da variabilidade do processo, tornam-se necessários tamanhos de amostras maiores. Emprega-se, nesse caso, a carta do desvio-padrão (S), que é mais adequada para amostras com números maiores de itens e por conta de sua análise de variabilidade resultar em maior precisão. É relativamente insensível diante de deslocamentos pequenos ou moderados apresentados pelos itens da amostra. Nessas condições, a carta S é geralmente utilizada em substituição à carta R, por ser mais apropriada quando a amostra analisada apresenta número mais elevado de itens, e também por sua análise de variabilidade apresentar maior precisão. Para construir os gráficos para média e desvio-padrão, utilizamos as fórmulas a seguir: Para a média: Rotacione a tela. Rotacione a tela. x̄ = x1 + x2 + ⋯ + xn n x = x̄1 + x̄2 + ⋯ + x̄m m –– Os limites de controle são calculados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Para o desvio-padrão: Rotacione a tela. Os limites de controle são calculados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Onde: LSC = x + A3 ⋅ S̄ –– LC = x –– LIC = x − A3 ⋅ S̄ –– S̄ = 1 m m ∑ i=1 si LSC = B4 ⋅ S̄ LC = S̄ LIC = B3 ⋅ S̄ é o valor de cada item da amostra; é a média de cada amostra; é a média das amostras (média das médias); é o número de itens da amostra; é o número de amostras; é a média dos desvios padrão das amostras; é o desvio-padrão da i-ésima amostra; é o limite superior de controle; é a linha central; é o limite inferior de controle; e são os fatores para cartas de controle. O desvio-padrão, , é dado por: Rotacione a tela. Em que: é o desvio-padrão; é o valor medido de cada peça; é a média das amostras. Vamos analisar um exemplo para fixarmos o conteúdo. Exemplo x x̄ x –– n m S̄ si LSC LC LIC A3,B3 B4 σ σ = √ ∑ (xi − x̄)2 n − 1 σ x x̄ Foram escolhidos 10 itens ao longo do dia durante 30 dias. Logo, e . Os valores da média das amostras, , e do desvio-padrão das amostras , estão informados na tabela a seguir. Para , conforme a Tabela para cartas das médias, cartas para desvio-padrão e cartas para range, tem-se que e . n x1 x2 x3 x 1 20,227 19,581 19,256 1 2 19,278 20,386 19,675 1 3 20,974 20,165 20,472 1 4 19,194 19,21 19,705 1 5 19,716 19,784 19,555 1 6 21,454 20,062 21,413 2 7 19,875 21,351 19,878 2 8 20,001 20,155 20,036 1 9 19,81 20,058 19,225 1 10 20,124 21,252 19,84 1 11 20,236 19,654 20,089 1 12 19,38 19,685 21,489 2 13 20,598 20,727 19,567 2 14 19,964 20,614 20,415 1 15 19,64 19,062 20,155 2 16 21,179 19,124 20,544 1 17 19,033 20,94 19,862 2 n = 10 m = 30 x–σ n = 10 A3 = 0, 975,B4 = 1, 716 B3 = 0, 284 n x1 x2 x3 x 18 20,225 20,233 20,208 2 19 21,23 19,267 20,218 2 20 20,305 20,33 20,336 1 21 20,206 20,344 21,268 1 22 21,361 21,094 19,084 1 23 19,64 19,062 20,155 2 24 20,188 19,659 20,236 1 25 19,406 20,209 20,166 2 26 20,73 19,09 20,814 2 27 20,64 19,062 20,155 2 28 19,152 20,929 20,081 1 29 21,229 20,403 19,176 2 30 19,909 19,964 20,764 2 Gustavo Simão Rodrigues. Solução: Para a média: Rotacione a tela. Para o desvio-padrão: x = 20, 250 + 20, 1179 + ⋯ + 20, 2539 30 = 20, 235 –– Rotacione a tela. Os limites de controle são calculados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. Rotacione a tela. Graficamente, o resultado pode ser observado na imagem a seguir: Gráfico da média (X). Os limites de controle para o desvio-padrão são calculados por: Rotacione a tela. S̄ = 1 m m ∑ i=1 si = 1 30 (0, 82816 + 0, 700337 + ⋯ + 0, 323453) = 0, 65862 LSC = x + A3 ⋅ S̄ = 20, 235 + 0, 975 ⋅ 0, 65862 = 20, 8771 –– LC = x = 20, 235 –– LIC = x − A3 ⋅ S̄ = 20, 235 − 0, 975 ⋅ 0, 65862 = 19, 5927 –– LSC = B4 ⋅ S̄ = 1, 716 ⋅ 0, 65862 = 1, 1302 Rotacione a tela. Rotacione a tela. Graficamente, o resultado pode ser observado na imagem a seguir: Gráfico do desvio-padrão (S). Podemos observar que: Tanto no gráfico da média (X) como no gráfico do desvio-padrão (S), todos os pontos estão distribuídos entre os limites de controle e mostram aleatoriedade, indicando que o processo está controlado. No gráfico da média, verificamos no início do período uma variação aleatória e, em seguida, um período com pouca variação aleatória, indicando que, na primeira metade das observações, algo causou variação considerável, podendo ser, por exemplo, algum problema no maquinário nesse período. Capacidade ou Capabilidade do Processo Índices de capacidade ou capabilidade Os procedimentos relacionados ao monitoramento de certos parâmetros de distribuição das medidas, que refletem a qualidade de um processo, tornam-se necessários para evitar que o nível de qualidade do processo seja afetado em certos períodos de tempo, em razão de mudanças nas condições do ambiente de trabalho e nos aspectos operacionais do processo produtivo. LC = S̄ = 0, 65862 LIC = B3 ⋅ S̄ = 0, 284 ⋅ 0, 65862 = 0, 18705 Dessa forma, os gráficos de controle apresentados são utilizados como forma de prevenção e fornecem à empresa condições de aumentar o controle do padrão de qualidade desejado. A abordagem quantitativa da qualidade pode ser realizada em um contexto em que são estabelecidas especificações referentes aos parâmetros de interesse. Nesse caso, o controle estatístico do processo tem como finalidade analisar as condições de que o processo dispõe para atender continuamente às especificações acordadas com o cliente e às exigências definidas pelo projeto do produto e do processo. Contudo, em princípio, quando não é estabelecida nenhuma especificação, muitas vezes é necessário estimar os limites de variação do processo, que são os valores interpretados como um intervalo de confiança para o valor assumido pela variável de interesse em uma nova unidade produzida. Exemplificando, vamos supor que a variável observada em certo processo seja a quantidade de café presente em uma embalagem. Supondo, ainda, que a distribuição dessa variável seja normal, com uma média estimada igual a 500 e variância estimada igual a 1. Sendo assim, os limites de variação Seis Sigma para essa variável são estimados por: Rotacione a tela. Rotacione a tela. LI e LS representam, respectivamente, as estimativas para o limite inferior e superior da quantidade de café na nova embalagem fabricada e são os limites de controle de um gráfico sem especificações, elaborado a partir de amostras com apenas uma observação. Considerando os limites Seis Sigma, 9973 em cada 10000 embalagens fabricadas devem apresentar, caso a distribuição normal de probabilidades seja de fato satisfeita, uma quantidade de café entre os limites apresentados. No mundo real, a verdadeira proporção de embalagens produzidas com valores entre os limites de especificação pode variar, divergindo dos valores teóricos apresentados, em função da natureza estocástica da variável observada. Mais ainda, variam em função de que esses limites são usados para estimar os verdadeiros limites associados à distribuição da variável observada. LS = 500 + 3√1 = 503 LI = 500 − 3√1 = 497 Saiba mais Uma das principais funções dos gráficos individuais de controle é fornecer a comparação entre as estimativas dos limites de variação e os valores de fato observados nos itens fabricados. Além disso, esses gráficos também se destinam a determinar a capacidade (ou capabilidade) do processo em atender às especificações predefinidas para tais limites. Os índices de capacidade (ou capabilidade) são parâmetros que permitem uma avaliação mais objetiva, complementando o desempenhodesses gráficos individuais. Os índices de capacidade são, portanto, ferramentas importantes, haja vista a relevância de sua interpretação e sua facilidade de utilização. Tais índices permitem estimar, a partir de uma amostra representativa aleatória, o nível de capacidade do processo para atender às especificações estabelecidas para os itens fabricados. Um dos índices de capacidade mais simples existentes consiste no , que pode ser empregado quando é plausível supor que a média da variável medida coincide com o centro do intervalo de especificação. Esse índice é dado por: Rotacione a tela. Em que é o limite superior especificado, LIE é o limite inferior especificado, LSC é o limite superior de controle e LIC é o limite inferior de controle. À medida que o valor de diminui e assume valores menores do que 1, são gerados indícios de que o processo não possui condições de atender às especificações definidas. Em alguns casos, não é possível calcular o valor de e, portanto, é preciso estimar seu valor pelo desvio- padrão amostral, . Nesses casos, a estimativa de é , dado por: Rotacione a tela. Cp Cp = LSE − LIE 6σ = LSE − LIE LSC − LIC LSE Cp σ S Cp Ĉp Ĉp = LSE − LIE 6S Em que é dado por: Rotacione a tela. Em que é a i-ésima observação da variável de interesse. Quando não é viável supor que a média do processo coincide com o centro do intervalo, o índice não pode ser utilizado. Nesse caso, utiliza-se o índice , definido por: Rotacione a tela. Em que é a média do processo. Da mesma forma, considerando que tanto a média quanto a variabilidade do processo não podem ser calculadas e precisam ser estimadas, o índice é definido como: Rotacione a tela. Vamos ver um exemplo para compreendermos melhor: Exemplo Um fabricante de eixos cilíndricos utiliza o controle estatístico do processo para controlar a produção. Tem- se que e . diâmetro especificado pelo projeto é de . Qual o índice de capacidade do processo? Solução: S S = 1 n − 1 n ∑ i=1 (xi − x̄) 2 ⎷ xi Cp Cpk Cpk = min ( LSE − μ 3σ , μ − LIE 3σ ) μ Ĉpk Ĉpk = min ( LSE − x̄ 3S , x̄ − LIE 3S ) LSC = 10, 60mm,LM = 10, 00mm LIC = 9, 40mm O 10, 00 ± 1, 75mm Como o valor da média é igual à média dos gráficos de controle , não é necessário usar o índice de capacidade unilateral . Portanto: Rotacione a tela. Observamos graficamente a seguir que a precisão de trabalho do processo é bem inferior ao exigido na especificação. Além disso, o índice de capacidade do processo é 2,917, ou seja, o processo é garantido com uma margem de 2,917 vezes de segurança. Tanto numericamente quanto graficamente, concluímos que as especificações podem ser mais apertadas e, mesmo assim, realizar o processo. Entretanto, quando mais preciso o processo, maior seu custo. Na prática, os índices de capacidade estão entre 0,5 e 1,5, sendo este último um valor geralmente usado nas indústrias. Representação gráfica do resultado. Vem que eu te explico! Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar. Módulo 4 - Vem que eu te explico! A política Seis Sigma Módulo 4 - Vem que eu te explico! (10, 00mm) Cpk Cp = LSE − LIE LSC − LIC = 11, 75 − 8, 25 10, 60 − 9, 40 = 2, 917 Utilização de Planilhas Eletrônicas Todos Introdução - Video Introdução Módulo 1 - Video Classi�cação de processos de fabricação Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Todos Introdução Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 Questão 1 O diâmetro externo de um eixo fabricado pelo processo de usinagem é especificado em 9,45 . De modo a controlar estas especificações, o engenheiro responsável pela produção escolheu 20 amostras com cinco eixos cada. As médias e as amplitudes de cada amostra encontram-se na tabela a seguir: Amostra 1 2 3 4 Média 9,59 9,36 9,45 9 Amplitude 0,21 0,19 0,24 0 Amostra 11 12 13 1 ±0, 15mm Amostra 1 2 3 4 Média 9,45 9,36 9,6 9 Amplitude 0,33 0,29 0,22 0 Gustavo Simão Rodrigues Determine o limite superior de controle e o limite inferior de controle, tanto para o gráfico das médias quanto para o gráfico das amplitudes, respectivamente. A Média: LSC=9,568 e LIC=9,318. Amplitude: LSC=0,456 e LIC=0,216 B Média: LSC=9,574 e LIC=9,325. Amplitude: LSC=0,456 e LIC=0 C Média: LSC=9,528 e LIC=9,244. Amplitude: LSC=0,456 e LIC=0 D Média: LSC=9,574 e LIC=9,325. Amplitude: LSC=0,447 e LIC=0 E Média: LSC=9,574 e LIC=9,450. Amplitude: LSC=0,456 e LIC=0,216 Parabéns! A alternativa B está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Questão 2 Determinado processo é caracterizado por uma distribuição normal com média de 23kg e um desvio-padrão de 2,5kg. Sabendo-se que as especificações acordadas entre a empresa e o cliente são de , pode-se afirmar que o e o valem, respectivamente: 20 ± 4kg Cp Cpk A 1,4 e 0,4 Considerações �nais Neste conteúdo, vimos os principais processos de fabricação da indústria metalmecânica, das especificações de tolerâncias de fabricação de componentes mecânicos e do controle estatístico de processo (CEP). Foi possível observar que tão importante quanto fabricar um produto é controlar seu processo de fabricação. Para que se tenha uma produção eficiente, é fundamental especificar corretamente todas as etapas necessárias do processo e controlar de maneira correta a produção, reduzindo desperdícios, economizando recursos e tempo e aumentando a qualidade dos produtos fabricados. B 1,4 e 2,8 C 1,6 e 2,8 D 1,6 e 0,4 E 1,6 e 0,8 Parabéns! A alternativa D está correta. Veja o feedback completo no Solucionário disponibilizado no campo Preparação. Podcast Agora, encerramos o tema abordando os principais tópicos sobre os processos de fabricação mecânica. Referências ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO 68-1. Rosca métrica ISO de uso geral – Perfil básico – Parte 1: Rosca métrica para parafusos. Rio de Janeiro, 2004a. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO 1502 – Rosca métrica ISO para uso geral – Calibradores e calibração. Rio de Janeiro, 2004. ABNT– Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR. 6158. Sistema de tolerâncias e ajustes. Rio de Janeiro, 1995 ABNT– Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6406. Calibradores – Características construtivas, tolerâncias. Rio de Janeiro, 1980. AGOSTINHO, O. L. Engenharia de Fabricação Mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier, 2018. CRUZ, M. Rondônia volta ao 1º lugar na produção de estanho; 11,4 mil toneladas renderam royalties de R$ 16 milhões. Consultado na internet em: dez. 2021. GROOVER. M. P. Introdução aos Processos de Fabricação. 1. ed. 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