A formação de tolerância é um aspecto importante da indústria de manufatura. É um recurso central do sistema de Dimensionamento e Tolerância Geométrica (GD&T) que os projetistas usam para comunicar as principais características das peças e tolerâncias associadas à produção.
O empilhamento de tolerância é uma técnica importante no cálculo de tolerância aplicada a recursos geométricos “empilhados”. Ajuda a garantir que os processos de produção sejam precisos, convenientes e econômicos.
Este artigo discute detalhadamente o empilhamento de tolerância. Ele explica do que se trata, quais tipos existem e quais as melhores práticas recomendadas pelos especialistas.
O que é empilhamento de tolerância?
A pilha de tolerâncias é a situação cumulativa das tolerâncias geométricas de recursos conectados. Essencialmente, isso pode ser entendido simplesmente como as tolerâncias individuais das características de uma peça são somadas e seu efeito cumulativo ocorre na tolerância geral da peça.
O empilhamento de tolerâncias é uma análise útil que garante que a peça e seus componentes possam ser fabricados. Ajuda a evitar situações em que os recursos da peça estão dentro da tolerância, mas a peça como um todo está fora da tolerância e é descartada.
Exemplo de empilhamento de tolerância
Vejamos o exemplo de uma placa com vários furos próximos uns dos outros. Os furos e suas posições na placa são características críticas de tolerância. Existe a possibilidade de todos os furos estarem dentro da tolerância, mas nos limites máximos.
Isso pode fazer com que todos os furos fiquem em seu tamanho maior por acaso, não deixando material suficiente entre eles para suportar a placa. Isso resulta na falha da peça no teste de qualidade, mesmo que os principais recursos estejam dentro da tolerância.
Isto destaca a necessidade prática de usar a análise de empilhamento de tolerância. Além disso, ajuda a reduzir o desperdício de tempo e dinheiro e reduz o desperdício de material.
Métodos de análise de pilha de tolerância
Os engenheiros usam dois métodos principais para empilhar tolerâncias. A função principal é a mesma para ambos, mas existem algumas diferenças importantes que os tornam adequados para determinadas situações.
Análise de tolerância do pior caso
A análise da pilha de tolerância do pior caso é a mais simples das duas. Isto pressupõe que todos os recursos atingem seus níveis máximos de desvio, que é o pior cenário para um fabricante.
Embora isto seja improvável num ambiente de produção real, a técnica do pior caso é utilizada quando os riscos são elevados. Isto é particularmente verdadeiro para peças de alta precisão em indústrias como aviação e medicina.
Para uma peça com n características e tolerâncias bilaterais, a fórmula para encontrar a variação total é:
O método do pior caso garante que todas as peças estejam dentro das tolerâncias e alcancem o ajuste técnico desejado. No entanto, esta segurança surge à custa de tolerâncias mais rigorosas. Por esta razão, este método é mais adequado para produção de baixo volume porque a probabilidade de produzir peças dentro das tolerâncias diminui à medida que o número de peças aumenta.
Exemplo de análise de tolerância no pior caso
O empilhamento de tolerâncias pode ser complicado e difícil de entender. Portanto, apresentamos um exemplo simples de empilhamento de tolerância para ilustrar esse ponto. A figura a seguir mostra uma pilha de tolerâncias com vários recursos, cada um com sua própria dimensão e tolerância. O objetivo é calcular X, a tolerância global de montagem, com base no princípio do pior caso.
No pior caso de empilhamento de tolerância, a dimensão nominal e a tolerância são a soma das dimensões do recurso. Portanto, X é calculado da seguinte forma:
| elemento | Nominal | tolerância |
| A | 8º | ±4 |
| b | 5 | ±2 |
| C | 5 | ±2 |
| D | 5 | ±2 |
| Montagem (X) | 23 | ±10 |
Portanto, X = 23 ± 10
Análise Estatística de Tolerância / RSS – Root Sum-Squared
O método de análise estatística de empilhamento de tolerância adota uma abordagem um pouco mais realista e metódica para o empilhamento de tolerância. A análise estatística é utilizada para estimar a distribuição de probabilidade dos desvios em cada dimensão de tolerância.
A hipótese básica para isso é que cada dimensão é diferente. Alguns desviarão menos, outros mais, tal como numa fábrica real. Portanto, é amplamente aplicável em ambientes de produção em massa onde um pequeno número de defeitos é aceitável.
Após o cálculo dessas distribuições de probabilidade individuais, elas são somadas para determinar a probabilidade da tolerância geral da peça. Isso fornece uma estimativa razoável de quantas peças provavelmente não passarão nos testes de qualidade.
Várias técnicas estatísticas são utilizadas, mas de longe o método mais comum é o método Root Sum Squared (RSS), que assume uma distribuição normal dos desvios dimensionais.
A fórmula para calcular a tolerância de montagem Tasm é:
Exemplo de análise de tolerância RSS
Para entender o empilhamento de tolerância estatística, vamos usar o mesmo exemplo. A dimensão nominal X permanece inalterada em 23. A tolerância é calculada usando a fórmula RSS.
Portanto, usando RSS, X é 23 ± 5,29.
Melhores práticas para empilhamento de tolerância
O empilhamento de tolerância é metade ciência, metade arte. Requer habilidade técnica para selecionar a cadeia de dimensão mais apropriada ao realizar a análise de empilhamento. Nas seções a seguir, resumimos dicas e truques de especialistas para ajudá-lo a otimizar sua análise de pilha de tolerância.
Mantenha seus desenhos limpos
Os desenhos técnicos são o método padrão de comunicação da intenção do projeto aos engenheiros de produção. Um erro comum cometido por engenheiros inexperientes é adicionar tolerâncias a cada sub-recurso, o que geralmente não é necessário. Definir tolerâncias apenas para recursos críticos geralmente é suficiente e controla automaticamente as dimensões dos recursos auxiliares.
Portanto, é recomendado não superdimensionar sua peça. Isso complica o processo de fabricação e sobrecarrega o desenho técnico, causando confusão.
Entenda os desafios de fabricação
É fácil se deixar levar e definir tolerâncias mais rígidas do que o necessário em alguns recursos. Os projetistas devem lembrar que, embora seus departamentos de produção possam produzir peças de alta qualidade, as tolerâncias são determinadas pela funcionalidade da peça.
Portanto, tanto os projetistas como os fabricantes precisam avaliar as suas tolerâncias de uma perspectiva prática e evitar uma abordagem excessivamente rigorosa.
Considere a qualidade das peças após a fabricação
Este é um conselho geral, e não algo específico para o empilhamento de tolerância. Ao criar seus projetos e tolerâncias, os engenheiros devem considerar as mudanças que suas peças sofrerão durante o serviço. Há desgaste geral e manutenção que afetam as tolerâncias ao longo do tempo.
Portanto, faz sentido levar isso em consideração e definir tolerâncias adequadas para maximizar a vida útil.
Ferramentas de empilhamento de tolerância
O empilhamento de tolerâncias, como qualquer outro programa de produção, mudou significativamente nos últimos anos. O software CAD/CAE moderno possui ferramentas como uma calculadora de pilha de tolerância. Os projetistas podem escolher entre uma variedade de métodos de empilhamento de tolerâncias, identificar todas as cadeias de tolerância possíveis na peça e incorporar facilmente alterações em desenhos técnicos.
Ferramentas como essa impulsionam a indústria de manufatura e ajudam os engenheiros a implementar métodos de fabricação de precisão como o 6-Sigma.
Concluindo
O empilhamento de tolerância é uma das ferramentas mais úteis na produção. Garante que as peças se encaixem bem e leve em consideração a facilidade de fabricação. Para engenheiros envolvidos em design de produtos e GD&T, esta é uma habilidade essencial.
Perguntas frequentes
Por que o empilhamento de tolerância é importante?
O empilhamento de tolerância garante que as peças sejam fabricadas dentro dos limites de tolerância definidos para cada recurso geométrico. Este método preserva a funcionalidade enquanto maximiza a conveniência de fabricação.
O que é empilhamento de tolerância de 1ª e 2ª ordem?
Empilhamento de tolerância de 1ª e 2ª ordem são os termos usados para empilhamento de tolerância de pior caso e empilhamento de tolerância estatística, respectivamente.
Quais são os desafios gerais associados ao empilhamento de tolerâncias?
Existem vários desafios no empilhamento de tolerâncias, como: B. selecionar a melhor variante de cadeias de tolerância, considerar opções de fabricação e encontrar o equilíbrio certo entre tolerâncias de peças e eficiência de custos.
