1 Furos A furação de peças é uma atividade bastante importante no projeto de produto. Os furos são detalhes geométricos com funções específicas dentro de um produto. Uma destas funções é criar o interelacionamento entre peças na concepção de produtos e bastante usada como referência entre elas em operações de montagens. Ele também aparece como um elemento importante no processo de manufatura quando presente nas peças que serão fabricadas. Por isso, que muito do detalhamento de peças é feito através da feature furo. Ele é um elemento essencial no projeto e tem várias funções e finalidades, tais como: serve para fixação de peças; é um elemento de alocação de outros elementos; serve de passagem para fios e canalizações; pode ser usado como elemento de refrigeração; pode ser criado para diminuir peso; e outras aplicações. Os sistemas CAE/CAD/CAM oferecem uma ferramenta específica para criação de furações, dado a importância desta feature no projeto e manufatura. Como já foi visto anteriormente, na introdução ao modelamento de peças, furos podem ser criado por um operador extrusão. Toda vez que num perfil parametrizado aparece uma forma circular interna, o sistema interpreta com uma região de remoção de material, ao ser usado o operador de extrusão ou revolução e assim define um furo ou um canal de secção circular, no caso de revolução. É importante observar que furos criados com o operador extrusão não são adequados quando se deseja reusar informação informações de furos em outras aplicações relacionada ao uso e fabricação da peça. Desta forma, todo sistema CAE/CAD/CAM disponibiliza uma ferramenta personalizada para criação da feature furo. Como já foi dito toda feature precisa ser referenciada em relação ao sistema de coordenadas da origem da peça. Assim, além de propriedades intrísecas ao detalhe furo será preciso estabelecer referências geométricas para sua criação. Estas referências pode ser classificadas em: um plano de referência ou mesmo uma face plana da peça; referências de posicionamento do furo no plano de referência. 1
É bom lembrar que este é um operador que só estará disponível, se alguma forma básica, uma forma sólida, já tiver sido criada. De uma forma geral, os sistemas CAE/CAD/CAM habilitam dois métodos para criar furos, definindo desta forma também os tipos de furos: furos retos simples ou padrozinada e furos perfilados. A maioria de sistemas CAE/CAD/CAM já vem com tabelas de furações padronizadas, já que normalmente a definição de furações devem seguir algum tipo de norma. A furação reta consiste na extração de material na forma cilindrica e perpendicular ao plano de alocação do furo. Já a furação baseada em perfil parametrizado ( sketched ), o perfil vai definir como deverá ser a forma do furo ao longo da profundidade do furo. A furação padronizada é definida a partir de uma tabela de parafusos, definida por normas técnicas. O operador de criação de furos espera um conjunto de referências geométricas, para que a feature furo seja bem definida. Para isso, é preciso escolher o lugar (face ou plano), onde a entidade furo será criada, e posicioná-lo adequadamente nesta face. Este posicionamento define o tipo de sistema de coordenadas local da feature em relação ao sistema de coordenadas de modelamento. Geralmente existe várias formas de apontadar referências para posicionar o furo. Similarmente aos operadores descrito anteriormente o ambiente de criação de furos tem o seus elementos captura de informação geométrica, dados e referências mostrados na Figura 1. Figura 1: Ambiente de definição da feature furo. O ambiente de criação de furos é composto pelos seguintes componentes: as abas: de posicionamento do furo na peça( placement ); de definição de formas ( shape ); 2
de anotações de furos e de propriedades. ambiente de coleta de informação: tipo de furo; diãmetro e profunidade. Para cada combinações de escolha, opções adicionais aparecerão para definir propriedades do furo, configurando as mais variadas formas de dinição desta feature no projeto e manufatura de produtos. O posicionamento do furo é definido através da aba placement. Ali, é definido como o furo que deve ser alocado no modelo sólido. Duas opções estão disponíveis: uma referência primária, indicando o plano ou a referência onde o furo será alojado e as referências secundárias que definem como o furo será posicionado na referência primária. Ainda, na opção referência primária ( Primary reference ) é preciso definir o tipo de relação que o furo tem com a entidade primária em que ele está alocado. Na verdade, este relacionamento determina o sistema de coordenadas que vai ser usado para posicionar a feature. Este tipo de relacionamento, sempre, pode ser redefinido, quando necessário. Um furo pode ter quatro opções de posicionamento: Linear Radial Diametral Coaxial sendo três destes tipos são mostrado na Figura 2, a seguir. Figura 2: Elemento de referência do modo de alocação de furos: linear, radial e coaxial 3
Para cada uma das opções de posicionamento do detalhe da peça, dois parâmetros de posicionamento precisa ser definido o detalhe esteja totalmente parametrizado. No caso linear, estes parâmetros referem-se as coordenadas x e y de um sistema de coordenadas Cartesianas. Já as opções Radial ou Diametral, o sistema espera que a posição do furo seja definido num sistema de coordenadas polares. As variáveis de posicionamento são parâmetros que servirão mais adiante para a modificação do modelo, bem como referência na construção de estruturas de repetição, como as matrizes lineares ou circular de detalhes ( features ) no plano de posicionameto. 1.1 Posicionando furos com o modo linear A feature furo simples com a opção linear necessita de quatro referências para definí-la. Duas delas estão relacionadas a própria definição do furo, que são o diâmetro e sua profundidade. As outras duas estão associadas ao posicionamento do furo no plano de referência que recebe o furo. A especificação da profundidade define o tipo de furo a ser criado. Furos podem ser definidos como cegos ou passantes. O controle da profundidade pode ser feito por uma distância, ou ainda ser usado uma referência geométrica (um plano ou uma face) para definí-la. No caso de furos cegos este valor tem que ser especificado nominalmente, e no caso de furos passantes deve ser especificado uma referência adicional definida por um plano ou uma referência de atracagem do final do furo. Este plano pode ser uma face próxima ( the next face or datum plane ) ou plano mais distante, mas que terá de ser especificado na definição da profundidade em si. Na figura 3 abaixo é mostrada os elementos definidores de um furo linear. As referências ligadas ao posicionamento do furo na Figura 3: Elementos de referência de um furo linear referência primária apontada no objeto geométrico sólido vai definir o tipo de sistema de referência que vai ser posicionado. Assim sendo, no caso de posicionamento linear pode ser considerado que o furo está sendo posicionado num 4
sistema de coordenadas Cartesianas. Significa que as coordenadas (x, y) da posição do furo seja dada. Elas vão ser referenciadas a dois planos perndiculares à referência primária, ou duas arestas paralelas à referência primária. É importante ressaltar que as medidas de posicionamento do furo serão futuramente usados como referência no detalhamento de folhas de engenharia, e no processo de documentação de projeto para a fabricação. Daí, a importância de usar os princípios de cotas na definição destes detalhes geométricos para a construção da feature furo. As entidades de referência para o furo reto simples são coletadas também na aba de definição de posicionamento ( placement ) de furos. Na opção referências secundária ( secondary references ) pode ser especificado os planos ou arestas de referências em relação as quais a posição do furo será medida. Cada cada referência poder qualificada como alinhada, significa que o furo será ancorado na aresta ou face ou plano de referência, ou como um deslocada ( offset ), significando ser necessário definir uma medida em relação a referência indicada. Na figura 4 abaixo é mostrada os elementos definidores de um furo linear. Figura 4: Elementos de referência secundária de um furo linear Furos lineares são colocados em peças que possuem lados lineares e são posicionados freqüentemente em relação a planos de referência e faces do modelo sólido. Podem ser usados também para a colocação de furos em superfícies de modelos sólidos cilíndricos e cônicos. 1.2 Posicionando furos radialmente Da mesma forma que furos lineares, os furos simples alocados radialmente também necessitam definir quatro entidades: diâmetro, profundidade e mais duas referências de posicionamento. O posicionamento de furo no modo radial pode ser associado a criação de um sistema de coordenadas polar, alocado no plano definido pela referência primária. Neste caso, o posicionamento do 5
furo será dado por um raio, relativo a um circulo que ancora o furo, em um ângulo de posicionamento do furo. O raio definidor do círculo será sempre posicionado em relação a um eixo de referência que define a origem do sistema de coordenadas. E o ângulo será determinado por um plano ou face de referência, ortogonal ao plano primário. Isso pode ser visto na figura 5. Figura 5: Elementos de referência secundária de um furo linear Furos radiais são usados mais comumente em elementos faces planas de sólidos cilíndricos ou cônicos. São usados em projeto quando se quer uma repetição da furação numa forma circular, para fixação de tampas ou rodas e assim por diante. Uma variação do modo de colocação de furos radial é posicioná-lo no modo diametral. O princípio de sistema de coordenadas é o mesmo do sistema radial. Mas, neste caso o furo pode ser referenciado em torno de um diâmetro de referência. Também neste tipo de posicionamento usa-se um eixo a partir do qual se define a dimensão linear e angular da posição do furo. Este tipo de colocação de furo deve ser usado se uma superfície plana ou um plano de referência foi usada com referência primária de posicionamento do furo. Este tipo de posicionamento de furo pode ser observado na figura 6. Figura 6: Elementos de referência secundária de um furo diametral 6
1.3 Posicionando furos com o modo coaxial Este é o modo mais simples de criação de furos. Ele é usado para simplificar a colocação de furos, principalmente quando se quer que ele esteja alinhado aos eixos de elementos geométricos cilíndricos ou cônicos. A colocação deste tipo de furo é também numa superfície plana como referência primária e um eixo de referência como a referência secundária, normalmente o mesmo eixo da forma geométrica que o ancora. Os elementos de definição de um furo coaxial é mostrado na figura 7. Figura 7: Elementos de referência secundária de um furo linear 1.4 Propriedades importantes na criação de furos Na apresentação de furos feita até aqui, foi levado em conta somente que ele teria uma forma simples. No entanto, é preciso ressalvar que outros detalhes construtivos para o uso de furos devem ser observados. Os furos podem ser passantes ou cegos, simples, rebaixados, escareados e com roscas. Todas as definições acima implicam na necessidade de especificar dados ou referências de projeto adicionais. Contudo, este detalhes normalmente estão associados ao propósito do uso do furo no projeto (intenção de projeto na criação da feature) ao ser inserido como um detalhe de uma peça. Os furos podem ser rebaixados ou escareados. Estes são usados para receberem determinados tipos de parafusos e fornecer um acabamento melhor na fixação da peça em montagens. Do mesmo modo, a furação com rosca implica que na forma de fixação da peça, isto é, a montagem vai receber uma peça agregada a geometria em que o furo roscado foi definido. Todos estes elementos quando detalhados estão submetidos a norma específica. Normalmente, deve seguir uma especificação norma técnica especializada para definir o tamanho do furo e os detalhes de rebaixos, escareamento, bem como o tipo de rosca. Em projetos seguindo as normas internacionais as dimensões de furos devem a norma ISO, que especifica os tamanhos de 7
parafusos e suas serializações. A norma brasileira especifica os tamanhos de parafusos através da norma ABNT NB 97. Da mesma forma ser for preciso especificar a roscas, estas devem ser associada a normalizações usadas na indústria. Por exemplo, no sistema inglês, roscas especiais recebem o símbolos UNF(série fina) e UNC (série grossa). Quando esta simbologia aparece, o sistema de modelamento usou as medidas em polegadas. É bom prestar atenção ao tipo de normalização que foi usado por um produto para na misturar normas ou especificações diferentes. A padronização facilita a reusabilidade da peça e produtos. As roscas quando definidas no sistema métrico são especificadas através do passo em mm (passo é a distância linear entre dois fios de rosca) e no sistema inglês em polegadas, dado pelo número de fios por polegada (o número de cristas de roscas contados em uma polegada na direção longitudinal do parafuso ou furo). Na figura 8 são mostrados os principais elementos de uma rosca. Por exemplo, uma furo ou parafuso com rosca especificada no sistema Figura 8: Elementos de referência secundária de um furo linear inglês (5/8 18UNC), indica que o diâmetro maior terá 5/8 e o passo da rosca é dado com 18 fios por polegada. Já, no sistema métrico, uma rosca definida como (M12x1.75) significa que ela terá um diâmetro maior de 12mm e um passo de 1.75mm. Embora, estes elementos estão definidos na Figura 8 para um eixo, os valores similares valem para a definição de furos roscados. Rosca são assuntos importantes na construção de máquinas e uma literatura auxiliar deve ser sempre consultada. (Procure por livros de Elementos de Máquinas). A internete é uma fonte bastante rica de definições e tabelas sobre roscas. Nas equência são apresentadas referências interessantes sobre roscas podem ser vistas em: http://www.efunda.com/designstandards/screws/unified.cfm http://www.zytrax.com/tech/mech/threads.htm 8
http://www.internationalcockpitclub.org.uk/articles/article threads.htm, este site tinha uma especificação de parafusos antigos, normalmente não normalizados usados em aviões antigos. 1.5 Forma das roscas de parafusos O perfil mais comum que define a forma de roscas em parafusos e furos é o V (vê) simétrico (ou simplesmente perfil V). O ângulo do perfil é de 60 graus entre suas arestas. Esta forma é definida na norma ISO/Métrica e denominada de UNC Unified Screw Thread (UN, UNC, UNF, UNRC, UNRF). A vantagem de trabalhar com roscas simétricas é a sua facilidade de fabricação e controle de qualidade, quando comparada com as propostas de formas não simétricas. Roscas são aplicadas a detalhamento de fixação. Outras roscas simétricas são os padrões Whitworth e a Acme. A rosca Whitworth é definida para a definição de roscas no padrão Inglês. A forma de rosca Acme é aplicada para movimentos translacional de máquinas e ferramentas onde grandes cargas precisam ser transmitidas com o parafuso em questão. Pode ser econtrada formas quadradas de roscas, principalmente em máquinas ferramentas, mas são mais difícil de fabricar. O tamanho básico é denominado de tamanho nominal, cuja tolerância de fabricação é aplicada para determinar o máximo e o mínimo tamanho de material. Figura 9: Elementos de básicos de definição de roscas. Roscas são classificadas em classes. Estas classes definem diferentes quantidades de tolerâncias na fabricação de parafusos ou furos roscados. As classes 9
1A, 2A, 3A aplica-se a parafusos e as classes 1B, 2B, 3B são aplicadas a roscas internas (furos roscados). As normas definem diferentes tolerâncias para as diferentes classes que devem ser observadas ao usar roscas para parafusos e furos. 10