ANÁLISE COMPARATIVA DE MONTABILIDADE COM SISTEMAS DE COTAGEM CD&T E GD&T: UM ESTUDO EM LÂMINAS DE CORTE

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1 ANÁLISE COMPARATIVA DE MONTABILIDADE COM SISTEMAS DE COTAGEM CD&T E GD&T: UM ESTUDO EM LÂMINAS DE CORTE MARCIO DE OLIVEIRA - marciomdo02@gmail.com INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC MARLON VITO FONTANIVE - marlonfonta@gmail.com UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ - UTFPR EDSON SIDNEI MACIEL TEIXEIRA - edson.teixeira@ifsc.edu.br INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA - IFSC Resumo: ESTE ARTIGO APRESENTA UMA COMPARAÇÃO ENTRE OS DOIS PRINCIPAIS SISTEMAS DE COTAGEM E TOLERÂNCIAS UTILIZADAS PELOS PROJETISTAS BRASILEIROS: O SISTEMA CARTESIANO (CD&T CLASSICAL DIMENSIONING & TOLERANCING) E O SISTEMA GD&T (GEOMETRIC DIMENSIIONING AND TOLERANCING). PARA COMPARÁ- LOS REALIZOU-SE UM ESTUDO DE CASO, ONDE O PRODUTO LAMINA DE CORTE DO NYLON DAS MÁQUINAS DE CORTAR GRAMA MANUAL FORAM FABRICADOS COM DESENHO COTADO NO SISTEMA CARTESIANO, CD&T E INSPECIONADO 100% DAS AMOSTRAS. EM SEGUIDA INSPECIONOU O AS MESMAS AMOSTRAS, PORÉM COM O PRODUTO COTADO NO SISTEMA GD&T. OS RESULTADOS DESTA COMPARAÇÃO TRAZEM CONSIGO ANÁLISES DE DADOS MEDIANTE O MÉTODO COMPARATIVO ENTRE OS DOIS SISTEMAS. OS RESULTADOS PODEM AUXILIAR OS PROFISSIONAIS DAS EMPRESAS A DESENVOLVEREM UMA CONCEPÇÃO CONSCIENTE DA IMPORTÂNCIA DA DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE COTAGEM E TOLERÂNCIAS ADOTADAS NOS PRODUTOS. Palavras-chaves: GD&T; METROLOGIA; COTAGEM; CD&T; TOLERÂNCIAS Área: 2 - GESTÃO DA QUALIDADE Sub-Área: CONFIABILIDADE DE PROCESSOS E PRODUTOS

2 COMPARATIVE ANALYSIS OF SYSTEMS WITH ASSEMBLY DIMENSIONING CD&T AND GD&T: A STUDY IN CUTTING BLADES Abstract: THIS ARTICLE PRESENTS A COMPARISON BETWEEN THE TWO MAIN SYSTEMS OF DIMENSIONING AND TOLERANCES USED BY BRAZILIAN DESIGNERS: THE CARTESIAN SYSTEM (CD&T - CLASSICAL DIMENSIONING & TOLERANCING) AND THE SYSTEM GD&T (GEOMETRIC DIMENSIONING AND TTOLERANCING). TO COMPARE THEM WE PERFORMED A CASE STUDY, WHERE THE PRODUCT OF NYLON CUTTING BLADES OF MANUAL LAWNMOWERS WERE MANUFACTURED WITH DIMENSIONED DRAWING OF THE CARTESIAN SYSTEM, CD&T AND INSPECTED 100% OF THE SAMPLES. THEN THEY INSPECTED THE SAMPLES, WITH THE PRODUCT LISTED IN THE SYSTEM GD&T. THE RESULTS OF THIS COMPARISON BRING DATA ANALYSIS METHOD BY COMPARING THE TWO SYSTEMS. THE RESULTS MAY HELP BUSINESS PROFESSIONALS TO DEVELOP A DESIGN CONSCIOUS OF THE IMPORTANCE OF DEFINING THE SYSTEM DIMENSIONING AND TOLERANCES ADOPTED IN PRODUCTS. Keyword: GD&T; METROLOGY; DIMENSIONING; TOLERANCES; CD&T 3

3 1. Introdução As Indústrias de Manufatura sofreram uma revolução nos últimos anos com o grande avanço das tecnologias, sofisticados sistemas CAD (Computer-Aided Design), novos materiais mudaram rapidamente e levaram os produtos às características mais complexas e revelaram a necessidade de uma criação de meios para especificá-los. Neste contexto as especificações técnicas do produto e os processos produtivos sofreram grandes mudanças tecnológicas englobando toda a cadeia produtiva. (WANDECK e SOUSA, 2008) O objetivo deste artigo é mostrar uma comparação entre os dois principais sistemas de cotagem e tolerâncias utilizadas pelos projetistas brasileiros: o sistema cartesiano (CD&T Classical Dimensioning & Tolerancing) mais tradicional e o sistema GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) difundido muito mais nos últimos anos, onde um conjunto de Lâminas de Corte do Nylon das máquinas de cortar grama manual foram fabricadas com desenho cotado no sistema Cartesiano, CD&T e inspecionados 100%. Em seguida inspecionou-se o mesmo conjunto, porém com o produto cotado no sistema GD&T. Em princípio o estudo das especificações dimensionais decorre da observação de que não é possível fabricar um produto nas dimensões exatas e ainda mais, repetir com êxito este produto em larga escala sem variação de suas dimensões, pois a variação das dimensões é inerente a qualquer processo. Assim as dimensões exatas podem variar em certos limites sem prejudicar a qualidade dos produtos. Para isso, criaram-se meios para representar as especificações dimensionais em desenhos técnicos: as cotas e suas tolerâncias. Para se desenvolver produtos competitivos e com custo baixo depende-se muito de um projeto bem elaborado com especificações bem definidas, que irão acompanhar o produto em todas as fases da vida. Ainda segundo Wandeck e Sousa (2008) essas especificações são atributo principal para a garantia da intercambiabilidade, funcionalidade, segurança e estética. O grande desafio das empresas é desenvolver produtos competitivos com baixos custos. Produtos com dimensões e tolerâncias definidas de modo incorreto apresentam custos elevados de desenvolvimento e produção. As especificações das tolerâncias exercem um dos papeis fundamentais para o sucesso do produto e para a redução dos custos de produção. (WANDECK e SOUSA, 2008) 2. Preparação e Inspeção Para realizar as análises foram fabricadas vinte amostras com processo de corte a laser para estar comparando os dois sistemas de cotagem e tolerâncias. As amostras foram inspecionadas com o auxilio de uma máquina de medição por coordenadas. A comparação entre os dois sistemas foi feito através de dois critérios: o dimensional e o de montagem. Para o critério dimensional foram levados em consideração as especificações de cotagem e tolerâncias de cada sistema. Já no critério de montagem utilizou-se uma contrapeça onde foi simulada a montagem das lâminas da mesma. Conforme citado, o conjunto de Lâminas de Corte foi fabricado com desenho cotado no sistema Cartesiano, CD&T e inspecionado 100%. Em seguida inspecionaram-se as mesmas amostras, porém com o produto cotado no sistema GD&T para realizar a comparação dos resultados. 3. Sistema Cartesiano CD&T O sistema cartesiano originou-se do filósofo e cientista René Descartes em 1637, com a publicação do livro Geometrie, ele introduziu o conceito de coordenadas retangulares, estabelecendo conceitos geométricos utilizados na especificação geométrica dos produtos e nos desenhos técnicos (WANDECK e SOUSA, 2008). O Sistema cartesiano com tolerâncias dimensionais (CD&T Classical Dimensioning & Tolerancing) é um dos mais utilizados no 4

4 Brasil, pois é um dos mais apresentados aos acadêmicos em escolas e universidades. Este sistema é estritamente linear e as tolerâncias dimensionais com desvios dimensionais aceitáveis para mais e para menos nos desenhos técnicos e destina-se a limitar os erros dimensionais de fabricação. As tolerâncias dimensionais a serem usadas em produtos individuais ou montagens geralmente estão de acordo com um conjunto de classes de qualidade e de posição, o sistema ISO de desvios e ajustes. As representações basicamente são de duas formas principais: limite inferior e do limite superior da especificação e uma medida básica e um desvio admissível desta medida, conforme indicado na Figura 1 FIGURA 1 Exemplo de representação de cotas segundo o CD&T. Fonte: O autor. Na Figura 2, podemos observar que na cota 10, o produto pode variar de 9,80 a 10,20 e na cota de 15, de 14,80 a 15,20 que estará dentro do especificado em desenho, gerando um quadrado como forma da zona de tolerância (STRAFACCI NETO, 2010). A característica que o desenho quer especificar é a posição do centro do furo com diâmetro de 8 mm esse centro do diâmetro deve estar dentro de uma zona de tolerância quadrada de lado 0,4mm, que estará dentro do especificado em desenho. FIGURA 2 Exemplo de cotagem sistema cartesiano e a zona de tolerância quadrada. Fonte: O autor. 4. Geometric Dimensioning and Tolerancing - GD&T GD&T pode ser traduzido como Tolerâncias Dimensionais e Geométricas, são símbolos para expressar especificações funcionais de um produto. Teve como criador Stanley Parker, engenheiro naval da marinha britânica que durante a Segunda Guerra Mundial percebeu que mesmo as peças reprovadas eram possíveis montar. No caso de Stanley ele percebeu que as inspeções foram feitas de acordo com o desenho, então o que estava errado não era a peça, mas sim o conceito de peças aprovadas e reprovadas. Criou-se então o GD&T (STRAFACCI NETO, 2010). O GD&T expressa em linguagem de símbolos os requisitos de projetos em especificações mensuráveis. Os desenhos referenciados no GD&T especificam tolerâncias dimensionais, geométricas e funcionais, mas também levando em conta o processo de fabricação, o controle dimensional e a montagem (DRAKE JUNIOR,1999). No controle dimensional o GD&T geralmente especifica os datums, que são elementos de referência, identificada por uma letra maiúscula enquadrada e conectada a um triângulo, 5

5 conforme NBR6409 (ABNT, 1997). Estes elementos servem para que os metrologistas possam ter uma seqüência de medição e referenciar os produtos nas várias etapas de fabricação, geralmente especificados pelas letras A, B e C (KRULIKOWSKI, 2012). As normas internacionais mais conhecidas e utilizadas são ASME Y14.5 M (ASME, 2009) e a norma ISO1101 (ISO, 2004). No Brasil a norma que aborda estes assuntos é a NBR6409 (ABNT, 1997). Algumas das vantagens do sistema GD&T são a de remover a ambigüidade dos desenhos, por usar símbolos universalmente aceitos em todo o mundo, especifica dimensões e tolerâncias relacionadas com as relações funcionais e diminui o acumulo de tolerância. Os conceitos de GD&T que estão presentes nas áreas de engenharia brasileira nem sempre ocorreram de acordo como especificam as normas, provocando problemas em várias etapas do desenvolvimento e produção do produto (SOUSA e WANDECK, 2011). Sendo assim, esclarece-se que serão abordadas neste trabalho algumas características do GD&T, mas os conceitos são mais abrangentes do que será exposto. No exemplo da Figura 3 a seguir, o centro do diâmetro deve estar dentro de uma zona de tolerância em forma cilíndrica de diâmetro 0,56mm que estará dentro do especificado em desenho, além disso, estão referenciados no desenho os pontos de datums (ABC) para o metrologista alinhar e dimensionar o produto. FIGURA 3 - Exemplo de cotagem GD&T e sua zona de tolerância. Fonte: O autor. 5. Aplicação das Análises Realizou-se um estudo onde o produto Lâmina de Corte do Nylon, foi fabricado com desenho cotado no sistema Cartesiano, CD&T conforme a Figura 4. Foram fabricadas 20 amostras para estar comparando os sistemas e inspecionado 100% estas amostras. 6

6 FIGURA 4 Lâmina de corte cotada no CD&T. Fonte: O autor. A principal característica para a montagem da peça é o furo central em relação às duas bordas externas, por isso se dará mais ênfase as especificações diretamente relacionadas a esta situação de montagem. Em relação às demais cotas, todas estão dentro do especificado. A Tabela 1 demonstra os resultados obtidos da inspeção do produto seguindo o desenho cotado no CD&T. TABELA 1 Resultados das medições CD&T Fonte: O autor. Como pode-se observar, algumas peças inspecionadas pelo método de cotagem cartesiano, reprovaram no dimensional, mas mesmo assim elas podem ser montadas na contra peça. No total nove peças estão não-conformes, mas destas somente quatros não podem ser montadas. 7

7 Para comparar o método de cotagem e tolerâncias do sistema cartesiano (CD&T Classical Dimensioning & Tolerancing) com o sistema GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing), cotou-se o produto com o método GD&T e inspecionou-se as mesmas 20 amostras. A Figura 5 representa a cotagem do mesmo produto (Lâmina de Corte do Nylon) porém com os métodos e símbolos do GD&T FIGURA 5 Lâmina de corte cotada no GD&T. Fonte: O autor. Seguindo a próxima etapa do estudo, o produto foi inspecionado conforme desenho GD&T referenciando o produto nos datums A/B/C, os resultados estão na Tabela 2 TABELA 2 Resultados das medições GD&T Fonte: O autor. Comparando os sistemas, no CD&T, 55% das peças estão dentro do dimensional, mas 80% podem realizar a montagem na contra peça. No sistema GD&T a porcentagem de peças dentro do dimensional sobe para 80%, a mesma porcentagem dos produtos em que é possível 8

8 montar, ou seja, um aumento de 25% nos números de produtos aprovados. Se estivesse numa produção em série seria possível considerar que 45% dos produtos seriam rejeitados pelo sistema CD&T enquanto que no sistema GD&T somente 20% estariam rejeitados, reduzindo os custos com retrabalhos em 55%. A Figura 6 apresenta estes resultados: FIGURA 6 Resultados dos Produtos Conforme CD&T x GD&T. Fonte: O autor. 6. Resultados das Análises Ao comparar os dois sistemas torna-se perceptível a reprovação de peças que são possíveis de montar pelo sistema cartesiano. Enquanto que no sistema GD&T, com a aplicação da zona cilíndrica de tolerância, a distância até o centro real será o máximo especificado, aumentando a área do campo de tolerâncias em até 57%, conforme Strafacci Neto (2010), aprovando as peças que são possíveis de montar e eram reprovadas pelo sistema cartesiano. Na Figura 7 foi feita a sobreposição das zonas de tolerâncias quadrada do CD&T (região azul) com a zona de tolerância cilíndrica do GD&T (região verde). As peças conformes que eram reprovadas pelo sistema cartesiano estão localizadas na região verde. FIGURA 7 Zona de Tolerância GD&T e CD&T. Fonte: O autor. Segundo Strafacci Neto (2010) no CD&T quando aprovamos um ponto na diagonal do quadrado, representado pelo ponto um da Figura 7, estamos aprovando um ponto numa condição crítica em relação a distância do centro real do furo. Já num um ponto após qualquer um dos lados do quadrado, representado pelo ponto 2 da figura 7, o qual foi reprovado pelo sistema CD&T, está sendo reprovado um ponto menos crítico em relação ao centro real. No estudo, este conceito fica claro ao considerar que o método CD&T aprova o 9

9 produto 11 com uma distancia de 0,325mm do centro exato do furo, enquanto que reprova o produto 6 que possui distancia de 0,30mm do centro exato do furo conforme a Figura 8. Nesta mesma Figura 8 estão os resultados obtidos nas medições, onde o contorno em amarelo indica a zona de tolerância quadrada do CD&T. Todos os produtos que estão dentro do quadrado amarelo são os produtos aprovados por este sistema. A zona de tolerância cilíndrica do GD&T está representada em verde, onde todos os produtos dentro deste círculo estão aprovados por este método. Os produtos fora do circulo verde estão fora do dimensional e não podem ser montados na contra peça. FIGURA 8 Gráfico das Medições realizadas. Fonte: O autor. 7. Conclusão O estudo das especificações de um produto é um requisito fundamental para um bom andamento do produto em toda a sua vida produtiva e para a garantia da funcionalidade, segurança e estética. O grande desafio das empresas é desenvolver produtos competitivos com baixos custos. Para auxiliar a desenvolver os produtos existem basicamente dois tipos de sistemas de cotagem e tolerância: O CD&T e O GD&T. Este artigo comparou os dois sistemas de cotagem e tolerâncias utilizados: o sistema cartesiano (CD&T Classical Dimensioning & Tolerancing) e o sistema GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) numa aplicação prática. Realizando-se uma análise através do GD&T adicionou-se certa complexidade para os desenhos, pois acrescentou-se símbolos que necessitam de interpretação, mas definiu-se todos os requisitos do produto. Portanto, eliminou-se as deficiências das tolerâncias do sistema CD&T aumentando a área da zona de tolerâncias significativamente. Apresentou uma sequência de alinhamento para o metrologista e a definição clara das partes que se encaixam na contra peça. O sistema cartesiano é muito ensinado nas universidades de engenharia e praticado na maioria das empresas brasileiras, por ser no início mais simples de se entender, porém acaba 10

10 gerando custos com o retrabalho de produtos inicialmente não-conformes, mas que poderiam ser aprovados pelo método GD&T, não impactando na montabilidade do produto. Assim, para as empresas melhorarem sua competitividade no mercado, será necessária a utilização destes métodos de cotagem e da disseminação deste conceito já nas escolas. As especificações de um produto são muito importantes para obter sucesso ao longo de sua vida produtiva. Ao se projetar um produto deve-se ter a consciência da importância da definição do sistema de cotagem e tolerâncias adotados. Referências ASME - AMERICAN SOCIETY FOR MECHANICAL ENGINEERS. ASME-Y14.5M Dimensioning and Tolerancing ASME Y14.5M New York: asme, ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6409: Tolerâncias Geométricas. Tolerâncias de Forma, Orientação, Posição e Batimento, Rio de Janeiro: ABNT, DRAKE JUNIOR, Paul J..Dimensioning and Tolerancing Handbook. New York:Mcgraw-hill, ISO - INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO-1101: Geometrical Product Specifications (GPS) - Geometrical Tolerancing Tolerances of form, orientation, location and run-out, iso: KRULIKOWSKI, Alex. Guidelines for Implementing GD&T on Drawings. Disponível em: < Acesso em: 09 maio SOUSA, André R.; WANDECK, Maurício. Desafios Operacionais e Metrológicos da Medição Por Coordenadas no Ambiente da Manufatura Digital. In: 2º CONGRESSO INTERNACIONAL DE METROLOGIA MECÂNICA. Natal: Inmetro, STRAFACCI NETO, Gilberto. Por que Geometric DimensioninG and tolerancing (GD&t)?. Metrologia & Instrumentação: METODOLOGIA, São Paulo, p.88-90, ago WANDECK, Maurício; SOUSA, André R. Análise Funcional e Metrológico dos Princípios de Taylor e da Independência na Especificação e Controle Geométrico de Produtos. In: 1 CONGRESSO INTERNACIONAL DE METROLOGIA MECÂNICA. Rio de Janeiro: Inmetro,