GD&T - Símbolos, Padronização e Medição PDF

Preview

Summary

Neste resumo mostra a importância da linguagem GD&T utilizada no dimensionamento dos produtos mecânicos. É o caminho entre a concepção do produto e sua materialização, havendo grande influência por parte desse sistema no desenvolvimento de novos produtos, manufatura, na qualidade e no meio ambiente...

Description

GD&T - SímbolosSímbolos, PadroniPadronizadzados e MediMediçãoção

Outros Símbolos

FIM x 2|MAX| Posição

– Indicação = -0.3

Posição – Indicação = +0.1 Valor FIM = 0.4 Valor |MAX| = 0.3 Valor 2|MAX| = 0.6

O que é GD&T ? Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) é uma norma de dimensionamento e toleranciamento (ASME Y14.5M–1994). No projeto mecânico, o GD&T é a linguagem que expressa a variação dimensional do produto no que diz respeito à função e ao relacionamento de seus elementos. [2] O GD&T é uma ferramenta de projeto mecânico que: Promove a uniformidade na especificação e interpretação do desenho; Elimina conjecturas e suposições errôneas; Permite que o desenho seja uma ferramenta contratual efetiva do projeto do produto; Assegura que os profissionais do projeto, da produção e da qualidade estejam todos trabalhando na mesma língua.

Fig. a – Desenho sem GD&T.

As técnicas e princípios do GD&T consideram o requisito de projeto sem prejudicar a qualidade e a funcionalidade do elemento. Através do dimensionamento funcional, permitem-se tolerâncias mais abertas em todos os estágios do processo de manufatura com garantia de montagem. [8] seu objetivo é a COMUNICAÇÃO além da simples “aplicação  Ogeométrica”.  FUNÇÃO e RELACIONAMENTO são as palavras chaves.

Fig. b – Desenho com GD&T.

Histórico [2] [4] Século XVIII - Revolução Industrial 1905 - William Taylor cria o calibrador Passa / Não passa; 1935 - ASA ( American Standard Association ) publica a “ American Standard Drawing and Drafting Room Practices ”. Primeira norma reconhecida para desenhos de engenharia; 1940 - O engenheiro inglês Stanley Parker, da Royal Torpedo Factory, realiza experiências com peças de torpedos e demonstra que a zona de tolerância para o posicionamento na montagem deve ser circular (true position ) e não quadrada. (Fig. a); 1944 - Na Inglaterra é publicado um conjunto de normas pioneiras para desenho baseado nos estudos de Stanley Parker; 1957 - Nos Estados Unidos a ASA aprova a “ASA Y14.5”. Primeira norma americana sobre dimensionamento e toleranciamento; 1966 - Nos ANSI publica a “ANSI Y14.5M”. Primeira norma americana unificada com o sistema métrico, após muitos anos de debate; 1973 - Atualização para “ANSI Y14.5M-1973”; Anos 70 - Primeiros estudos vetoriais de cadeias de tolerâncias na GM; 1982 - Nova atualização para “ANSI Y14.5M-1982”; Anos 80 - Softwares de análise de tolerância 3D; 1982 e 1994 - 23 reuniões oficiais do sub-comitê Y14.5 e 7 reuniões mundiais com sub-comitês da ISO; 1994 - ASME publica a “ASME Y14.5M-1994”. Com o objetivo de unificar os princípios de dimensionamento e toleranciamento com as normas internacionais da série ISO.

Ganho com a zona de tolerância circular Fig. a – Zona de Tolerância Circular. 6

O GD&T e o Cenário Normativo O GD&T tem, cada vez mais, nas empresas de manufatura e projeto mecânico, a mesma penetração que a ISO 9000 tem no meio industrial, comercial e de serviços. O GD&T é a mais popular entre as normas ASME e foi incorporada por outras normas técnicas, como ABNT, ISO, DIN, JIS, etc. Na Norma ISO o GD&T está dividido em tópicos e é coberto pelas normas encontradas no anexo 1. Além disso, a aplicação do GD&T é exigência de algumas normas, como a QS 9000, usada na indústria automobilística, e a AS 9100, usada na indústria aeronáutica. [2] [3] A norma ASME Y14.5M-1994 e sua norma complementar ASME Y14.5.1M-1994 “ Mathematical Definition of Dimensioning and Tolerancing Principles” [6] têm como objetivo cobrir os princípios básicos do GD&T citando normas complementares quando necessário. Adicionalmente a norma ASME Y14.5.2-2000 “ Certification of Geometric Dimensiong and Tolerancing Professionals ” cita os conhecimentos necessários e a forma de avaliação para certificação de técnicos e engenheiros na linguagem junto à ASME.

GD&T, GPS e VDT? O GD&T, entretanto, não é atualmente o único esforço para criação de uma linguagem de comunicação efetiva de requisitos dimensionais de produtos. A ISO criou em 1995 um subcomitê denominado ISO/TR 14638:1995 Geometric Product Specification (GPS) e hoje conta com mais de sessenta projetos para novas normas ou revisões relacionadas ao GPS com foco em cobrir todas as etapas de desenvolvimento do produto (projeto, manufatura e qualidade). [19]

A ISO utiliza várias normas para cobertura dos assuntos relacionados ao GPS. Uma lista das principais normas ISO necessárias para cobertura do tema GD&T, segundo Foster [2], encontra-se no anexo 1 e uma descrição completa do relacionamento entre as normas ISO e ASME com relação ao tema GPS pode ser encontrada em Concheri et al. 2001 [19] ou no site do projeto Leonardo da Vinci [18]. Outra proposta existente dentro dos próprios subcomitês da ISO é a implantação do Vetorial Dimensioning and Tolerancing (VDT). Ao contrário do GD&T, que é baseado no conceito de calibres funcionais e práticas de chão de fábrica, o VDT segue as regras de sistemas CAD/CAM e CMMs para expressão dos desvios reais em relação às dimensões nominais [18]. GD&T x VDT

E no futuro? [2] [18] [19] GD&T – Linguagem atualmente mais madura. Emprestou vários conceitos para a ISO e pode ser considerado a base do GPS. Tende a ser complementado por conceitos desenvolvidos na esfera da ISO bem como na própria ASME. GPS – Projeto ambicioso que visa estender os conceitos do GD&T considerando todo o processo produtivo na expressão da variação dimensional. Ainda em fase de desenvolvimento. Necessita de uma uniformização de conceitos. VDT – Grande potencial de utilização, porém necessita de detalhamento, de integração com as linguagens CAD, DMIS, NC e de uma forma simples de interpretação.

As 8 Vantagens do GD&T x Os 8 Mitos do GD&T

Vantagens [2] [3] Redução de custos pela melhoria da comunicação; Permite uma interpretação precisa e proporciona o máximo de manufaturabilidade do produto;

Mitos [13] O GD&T aumenta o custo do produto; Não há necessidade do uso do GD&T;

Aumenta a zona permissível de tolerância de fabricação;

O sistema cartesiano é mais fácil de usar;

Em alguns casos, fornece "bônus" de tolerância;

Desenhos com GD&T levam mais tempo para serem feitos;

Garante a intercambiabilidade entre as peças na montagem;

O GD&T e a norma ASME Y14.5M-1994 são confusos;

Garante o zero defeito, através de uma característica exclusiva que são os calibres funcionais; Não é interpretável. Minimiza controvérsias e falsas suposições nas intenções do projeto; Possui consistência para ser usado em aplicações computacionais.

O GD&T deve ser usado somente em peças críticas; Dimensionamento e toleranciamento geométrico são etapas separadas; É possível aprender GD&T em 2 dias.

Engenharia Tradicional

GD&T e a Engenharia Simultânea [2][3][8]

N34 N35 N36 N37 N38 N39 N40

{OPERATION NUMBER : 4} s800m3 g00 x.000 y-26.482 z1.962 x-39.674 y58.878 y80.249 z-201.388 m8 y84.455 z-241.408

Antes do advento da Engenharia Simultânea: O procedimento para o início da fabricação de um produto era sempre lento e ineficaz; A ligação entre a criação e a materialização de um produto era feita por um desenho cotado simplesmente informando alguns parâmetros, os requisitos da engenharia do produto;

Não Monta?

Ficava a cargo de outros departamentos, como ferramental, qualidade, processos, elaborar documentos complementares (folhas de processo, cartas de controle, etc.). Atualmente: Com uma maior competição, a rapidez para o lançamento de um produto (time to market ) transformou-se em uma necessidade vital para as empresas; A engenharia tradicional teve de ser reformulada e ser substituída pela engenharia simultânea; O GD&T, nesse contexto, proporciona os recursos necessários para que o projeto mecânico possa informar os principais parâmetros não só do produto como também dos processos de fabricação, controle e montagem, otimizando o processo de desenvolvimento integrado do produto.

?

Engenharia Simultânea – GD&T

Engenharia Simultânea

?

? ?

N34 N35 N36 N37 N38 N39

{OPERATION NUMBER : 4} s800m3 g00 x.000 y-26.482 z1.962 x-39.674 y58.878 y80.249 z-201.388 m8N40 y84.455 z-241.408

?

Engenharia Dimensional O que é?

Para que serve?

Conjunto de processos de uma empresa que permite gerenciar a variação dimensional do produto.

Para superar as expectativas do cliente quanto a:



Na Embraer: Projeto Análise de Tolerância em andamento.

Performance dimensional (ruído, aerodinâmica, desgaste, etc.); Características funcionais afetadas pela variação dimensional (gaps, steps , folgas,interferências, etc.); Intercambiabilidade. Para reduzir custos pelo/a: Projeto orientado à montagem com GD&T (design for manufacturing); Uso de tolerâncias de fabricação mais abertas, garantindo montagem; Estudo sistemático das melhores soluções de montagem; Redução do retrabalho;

Visão: “Prover à EMBRAER um conjunto de atividades, ferramentas e Visão documentos que gerenciem a variação dimensional do produto”. Objetivo: Objetivo “Desenvolver, comunicar, implantar e validar mecanismos de controle dimensional para gerar um produto que supere as expectativas dos clientes quanto à performance dimensional, características funcionais, intercambiabilidade, a um mínimo custo de manufatura, montagem, retrabalho e manutenção”.

Redução dos custos de manutenção e reparo.

ED x GD&T O GD&T é a linguagem usada para expressar a variação dimensional considerando a montagem, conseqüentemente é uma ferramenta básica para a viabilização da engenharia dimensional.

5 PDCA’S Fazem a Engenharia Dimensional

Critério da Qualidade (ICP) [15] As exigências de qualidade atuais alteraram o critério de que um produto está “OK” simplesmente por estar dentro de seu campo de tolerância. - Não basta fazer o gol, é preciso que ele esteja na região “OK”! (Fig.a) [3] Para entender melhor esse tópico, alguns conceitos devem estar claros:

Aviso NC



Os limites de especificação inferior e superior (LEI e LES) são estabelecidos durante o desenvolvimento do produto (DIP); O índice de capacidade do processo (ICP) mede o quanto o processo consegue atender às especificações, ou seja, a porcentagem de itens que o processo é capaz de produzir dentro das especificações. Existem vários índices de capabilidade do processo, dentre eles o Cp e o Cp k , são os mais utilizados.

Aviso

LES LEI 6

Cpk

MIN

LES 3

;

NC

Valor Objetivo 6

TOL LEI Fig. a – Critério 6

Cp



OK

LES

de qualidade.

LEI 3

Onde é a média da amostra e é o desvio padrão da amostra. Sendo d a média dos limites de especificação, Cp = Cpk quando d = . Quanto maior o ICP, melhor o processo estará atendendo às especificações. (Fig. b)

LES d LEI Fig. b – Processo valor médio deslocado (Cp Cpk).

Um processo com ICP 1.33 é considerado um processo capaz. A indústria automobilística procura trabalhar com ICP 1.67. Para itens de segurança em determinadas montagens na indústria aeronáutica, são exigidos ICPs 2.00.

Classificação do Processo

Valor do ICP

ICP

Itens de segurança Altamente capaz

2

1.67 ICP < 2

Capaz

1.33

Razoavelmente Capaz

1

Incapaz

p/ ICP=CP e Cp-Cpk=0 p/6

ICP < 1.67 ICP < 1.33 ICP < 1

Defeitos por milhão Menor que 0.0018 Entre 0.0018 e 8 Entre 8 e 70 Entre 70 e 2700 Mais de 2700

Através de um gráfico de acompanhamento dos valores dos índices Cp e Cpk das características funcionais de um produto, pode-se demonstrar o aperfeiçoamento e a evolução dos processos em questão, pois esses índices deverão apresentar tendência de melhoria. Isso é uma exigência de normas como a QS 9000 e a AS 9100. [15]

Empilhamento de Tolerâncias [10] ROLL-DOWN A tolerância total da cadeia (T) é o requisito de projeto. As tolerâncias das peças individuais (tn) são calculadas em função desse fator limitante.

x

ROLL- UP Muitas vezes, porém, o processo é o fator limitante. Nesse caso a tolerância da dimensão total (T) é uma função das tolerâncias parciais (tn) .

tn = f (T, t1, t2…tn-1 )

T = f (t1, t2…tn) D

d2

T

t2

d1 d3

t3

t1

Métodos de Cálculo de Tolerância [10] Pior Caso ( Worst Case) • Todas as tolerâncias individuais estão em seus limites extremos;

Soma Quadrática (Root Square Sum )

Simulação Monte Carlo

• Todas as tolerâncias individuais seguem uma distribuição normal e são independentes entre si. • Método realista para muitas aplicações porém sem flexibilidade de análise.

• Método mais conservador e mais caro.

• Análises estatísticas baseadas em cálculo computacional; • É o método mais flexível e que proporciona maior redução de custos.

f(t 1, t 2 , t 3 ,..., tn )d

T

t1

t2

t3

...

T

tn

t 21

t 22

t 23

...

tn 2

s

s

Pior Caso ( Worst Case Case)

d = 1.6 min / 2.4 max

100 ± t

+ 0.01 0

D2 = 20 ± 0.2

102

f (t 1, t 2, t 3 ,..., t n )

i 1

D3 = 30 ± 0.3

D4 = 40 ± 0.4

twc =

(|t1| + |t2| + |t3| + |t4|) =

Hwc = 100

1

1 (Não Conforme)

Soma quadrática ( Root Square Sum) Tolerâncias com distribuição normal Cpc = Cpk c = 1 Variáveis independentes entre si tRSS =

t12 + t22 + t 32 + t 42 =

HRSS = 100

D1 = 10 ± 0.1

(0.4 + 0.3 + 0.2 + 0.1) =



0.55

0.55 (Não Conforme)

Métodos estatísticos de cálculo de tolerância não devem ser aplicados a requisitos com risco para a segurança do produto!

Simulação Monte Carlo Tolerância com distribuição normal

Cpkc1 = Cpk c2 = Cpk c3 = Cpk c4 = 1 Cpc1 = Cp c2 = Cp c3 = Cp c4 = 1 Desvio Padrão p/

Cp

1

= 0.033 t1 = ± 0.1 (± 3

1)

2

= 0.067 t2 = ± 0.2 (±3

2)

3

= 0.100 t3 = ± 0.3 (±3

3)

4

= 0.133 t4 = ± 0.4 (±3

4)

Cpk

LES LEI 6

MIN

LES 3

HSMC ( 3 )mont = 100 0.4 (Não Conforme) com Cpmont = Cpkmont = 0.73

Reavaliação E se... 1

= 0,033 p/

`1 = 0,033

2

= 0,067 p/

`2 = 0,04

3

= 0,100 p/

`3 = 0,04

4

= 0,133 p/

` = 0,06

HSMC` ( 3 )mont = 100 0.4 (Conforme) Para Cpmont = Cpk mont = 1.50

;

LEI 3

Tolerância Estatística

Peça 1

[1] [18]

1=

0.033 Cp1 D1 = 10 0.1

O GD&T assume como padrão que todas as tolerâncias são calculadas no pior caso.

10.1 9.9 1.0 6 x 0.033

As montagens são completamente intercambiáveis. Quando o símbolo é aplicado à tolerância dimensional ou geométrica, a variação dimensional permissível não é mais atribuída à peça e sim a um lote de peças.

10 ± 0.1 Cp

Peça 2

Neste caso temos duas possibilidades:

Cp2 0.04 D2 = 20 0.2 2=

1. Lotes de conjuntos montados e aprovados que contenham peças com medidas além das tolerâncias especificadas no pior caso;

20.2 19.8 6 x 0.04

Cp 3

3=

0.04 D3 = 30 0.3 20 ± 0.2

Em uma montagem podemos, estatisticamente, ter uma peça muito pequena (9 mm) e uma muito grande (11 mm) e o resultado final será uma montagem OK.

1.67 Peça 3

2. Lotes de conjuntos montados e reprovados que contenham peças com medidas dentro das tolerâncias especificadas usando tolerância estatística. Então, por que usar tolerância estatística?

NI 1219

1 / Cp – Cp k = 0

Cp

30.3 29.7 6 x 0.04

NI 1219

1.67 / Cp – Cpk = 0

30 ± 0.3 Cp

Exemplo:

NI 1219

2.5 / Cp – Cpk = 0

ou 9

10 ± 1 20 ± 0.5 10 ± 1



11

30 ± 0.2

Peça 4 20 !

Para aplicação de estudos estatísticos de tolerância os desenhos EMBRAER utilizam uma flag com a NI-1219, cujo texto é: “TOLERANCE BASED ON STATISTICAL SIMULATION AND ANALYSIS FOR ASSEMBLY TOLERANCES ACCORDING TO REPORT [XXXXXXX]”.

4 = 0.06 D3 = 40 0.4

Cp

NI 1219

1.67 / Cp – Cpk = 0

Cp 4

40.4 39.6 6 x 0.06

2.22 (muito alto!)

Cp 4

40.3 39.7 6 x 0.06

1.67

40 ± 0.3 Cp

NI 1219

1.67 / Cp – Cpk = 0

2.5 (muito alto!)...