Porque toleranciamos

Nenhuma peça sai da máquina com a cota exata do desenho. Uma coluna-guia de Ø25 mm nunca é fabricada com exatamente 25,000 mm: há sempre uma variação, do processo, da ferramenta, da temperatura.

• Toleranciar é definir os limites dentro dos quais essa variação é aceitável, sem comprometer a função da peça.
• Um molde de injeção tem centenas de cotas: colunas-guia, casquilhos, macho, cavidade, extratores, postiços. Cada uma exige uma decisão de tolerância.
• Tolerância larga a mais gera peças que não montam ou não vedam; tolerância apertada a mais encarece o fabrico sem ganho funcional.

O toleranciamento certo é o que garante a função ao menor custo de fabrico possível.

Toleranciamento individual vs toleranciamento geral

Uma cota pode receber tolerância de duas formas:

Uma cota sem tolerância indicada não é uma cota livre: está sujeita à tolerância geral da norma referida na legenda. Esquecer a nota de toleranciamento geral deixa o desenho ambíguo, e uma peça correta pode ser rejeitada por falta de critério escrito.

Interdependência entre dimensão e geometria

Uma peça real nunca é perfeitamente reta, plana ou redonda. Por isso, o desenho técnico separa dois tipos de controlo:

• Toleranciamento dimensional: controla o tamanho (comprimento, diâmetro).
• Toleranciamento geométrico: controla a forma, a orientação, a localização e o batimento.

Por omissão, segundo a ISO 8015, estes dois controlos são independentes: cumprir a tolerância dimensional não garante a forma perfeita, e vice-versa. As normas ISO 22081 e ISO 1101 definem, respetivamente, os princípios gerais de toleranciamento e a simbologia geométrica.

Este princípio de independência é a base de todo o resto desta UC.

Cota nominal, desvios e cotas limite

A cota de uma peça é definida por quatro valores:

• Cota nominal (N): o valor de referência do desenho (ex.: Ø25).
• Desvio superior (ES para furos, es para veios): distância da cota nominal até à cota máxima.
• Desvio inferior (EI para furos, ei para veios): distância da cota nominal até à cota mínima.
• Tolerância (IT): a amplitude admissível, sempre positiva.

A cota média é : útil para centrar o processo de fabrico no meio da tolerância.

Exemplo resolvido: cotas de um furo e de um veio

Furo Ø25 H7 (ES = +0,021 mm, EI = 0) e veio Ø25 g6 (es = -0,007 mm, ei = -0,020 mm), a ligação de uma coluna-guia com o seu casquilho.

Cota média do furo: mm. Cota média do veio: mm.

ISO 2768-1: tolerâncias gerais para cotas lineares

A ISO 2768-1 define quatro classes de tolerância geral para cotas lineares e angulares, aplicáveis por uma única nota no desenho:

Uma cota de 45 mm sem tolerância própria, num desenho com a nota "ISO 2768-m", tem cota máxima 45,30 mm e cota mínima 44,70 mm (classe m, intervalo 30-120: ±0,30 mm).

A ISO 2768-2 cobre as tolerâncias gerais de forma (retitude, planeza), em classes H, K e L.

Normas de toleranciamento geral por processo

A ISO 2768 é a norma geral de mecânica, mas cada processo de fabrico tem a sua própria norma, porque a variabilidade natural do processo é diferente:

A ISO 20457 e a DIN 16742 existem porque o plástico encolhe ao arrefecer, de forma variável consoante a espessura, a orientação das fibras e o próprio molde: por isso as suas classes de tolerância são, em regra, mais largas do que as da mecânica em metal para a mesma dimensão nominal.

O que é uma qualidade de fabrico

A qualidade de fabrico (grau IT, International Tolerance) é um número de 01 a 18 que define a amplitude da tolerância, independentemente da posição do desvio. Quanto menor o número, mais apertada a tolerância.

Escolher a qualidade de fabrico é escolher, ao mesmo tempo, quanto custa fazer a peça e que processo a consegue produzir.

Ajustamento e sistema de furo normal

Um ajustamento é a relação entre as tolerâncias de um furo e de um veio da mesma cota nominal, destinados a montar um com o outro (ex.: coluna-guia num casquilho).

No sistema de furo normal (o mais usado em mecânica e em moldes), o furo mantém sempre a letra H (EI = 0, tolerância inteiramente positiva a partir do nominal), e é o veio que muda de letra para obter o efeito pretendido. Isto reduz o número de ferramentas de furação/alargamento necessárias na oficina: um único furo H7 serve vários tipos de ajustamento, variando apenas o veio.

A letra do veio define o desvio fundamental, ou seja, a posição da sua tolerância em relação ao nominal:

Os três tipos de ajustamento

• Ajustamento com folga: em qualquer combinação de cotas dentro da tolerância, o veio é sempre mais pequeno do que o furo. Há sempre espaço, permite movimento relativo. Ex.: H7/g6, H7/f7, coluna-guia no casquilho.
• Ajustamento incerto: consoante as cotas reais, pode haver folga ou aperto. Serve para centrar peças com montagem/desmontagem manual. Ex.: H7/k6, cavilhas de centragem.
• Ajustamento com aperto: o veio é sempre maior do que o furo; a montagem exige força (prensa) ou dilatação térmica, e a peça fica fixa de forma permanente ou semipermanente. Ex.: H7/p6, H7/s6, casquilho-guia fixado na placa.

Definição usada nesta UC: . Se a folga sair negativa, é um aperto (). Esta é a única definição usada em todos os exemplos, fichas e no projeto.

Exemplo resolvido: H7/g6, coluna-guia

Coluna-guia Ø25g6 a deslizar no casquilho-guia Ø25H7 de um molde de injeção. Valores da ISO 286-1 (intervalo 18-30 mm): furo H7 (ES=+0,021, EI=0), veio g6 (es=-0,007, ei=-0,020).

A folga nunca é negativa: ajustamento com folga confirmado. A coluna desliza sempre livre, entre 0,007 e 0,041 mm de jogo.

Exemplo resolvido: H7/f7, folga mais larga

Um extrator (pino ejetor) Ø25f7 num furo guia Ø25H7 da placa extratora, com folga maior para permitir dilatação térmica e lubrificação. Veio f7 (es=-0,020, ei=-0,041).

Comparando com H7/g6 (0,007 a 0,041 mm), o H7/f7 dá quase o dobro de folga: adequado a peças que trabalham a temperatura mais alta, como os extratores junto à cavidade quente.

Exemplo resolvido: H7/k6, ajustamento incerto

Cavilha de centragem Ø25k6 entre duas placas do molde, furo H7. Veio k6 (es=+0,015, ei=+0,002).

Consoante as peças reais que saem da produção, esta cavilha tanto pode entrar com uma folga até 0,019 mm como com um aperto até 0,015 mm: monta-se à mão, com um ligeiro esforço no pior caso, e centra bem as duas placas.

Exemplo resolvido: H7/p6 e H7/s6, ajustamentos com aperto

Casquilho-guia Ø25 fixado à pressão na placa, furo H7. Veio p6 (es=+0,035, ei=+0,022) e, para fixação mais exigente, veio s6 (es=+0,048, ei=+0,035).

O aperto usa-se sempre (o simétrico da folga). O H7/p6 é um aperto ligeiro, montável a prensa a frio; o H7/s6 é mais forte, usado quando a peça tem de resistir a esforços maiores sem se soltar, normalmente com o auxílio de dilatação térmica na montagem.

Duas famílias de tolerância geométrica

A ISO 1101 organiza os símbolos em duas famílias, consoante precisam ou não de uma referência (datum):

Sem referência (forma)	Com referência (orientação, localização, batimento)
Retitude ⏤	Paralelismo ∥
Planeza ▱	Perpendicularidade ⊥
Circularidade ○	Inclinação ∠
Cilindricidade ⌭	Localização/posição ⌖
Perfil de linha/superfície	Concentricidade/coaxialidade ◎
	Simetria ≡
	Batimento circular/total

As tolerâncias de forma avaliam a peça isolada. As de orientação, localização e batimento só fazem sentido em relação a uma referência, uma superfície ou eixo que serve de base de medição.

Ler um quadro de tolerância geométrica

Um quadro de tolerância geométrica lê-se sempre da esquerda para a direita:

┌────┬─────────┬───┐
│ ⌖  │ Ø 0,05  │ A │
└────┴─────────┴───┘

1. Símbolo da característica (aqui, localização).
2. Valor da tolerância (aqui, uma zona cilíndrica de Ø0,05 mm).
3. Letra(s) de referência (aqui, a referência A), ligada por uma linha a um triângulo no elemento que serve de base.

Isto lê-se: "o eixo real do furo tem de estar contido numa zona cilíndrica de Ø0,05 mm, centrada na posição teórica definida em relação à referência A".

A referência (datum)

Uma referência (datum) é um plano, eixo ou ponto teórico, derivado de uma superfície real da peça, que serve de origem para medir orientação, localização ou batimento.

• Identifica-se por uma letra maiúscula, ligada a um triângulo apoiado na superfície de referência.
• Um quadro pode ter uma, duas ou três referências, formando um sistema de referências: a ordem importa (a primeira restringe mais graus de liberdade do que a segunda).
• Em moldes, as referências típicas são a face de apoio da placa e o eixo do furo de centragem, porque é assim que a peça é fixada na máquina e no controlo dimensional.

Escolher mal a referência é medir a peça de um jeito que não corresponde a como ela é usada.

Princípio de independência (ISO 8015)

O princípio de independência, definido na ISO 8015 e detalhado na ISO 22081, é a regra por omissão de todo o desenho técnico moderno:

Cada tolerância aplica-se de forma independente das restantes, salvo indicação expressa em contrário.

Isto significa que a tolerância dimensional (Bloco 2) e a tolerância geométrica (Bloco 8) de um mesmo elemento não se influenciam mutuamente, a não ser que um modificador (Bloco 11) ligue as duas.

Sem modificador	Com modificador (Ⓔ, , Ⓛ)
dimensão e forma são controlos separados	dimensão e forma passam a estar ligadas
é a regra por omissão	tem de estar escrito no desenho

Exigência de envolvente (Ⓔ)

A exigência de envolvente, símbolo Ⓔ a seguir à cota, liga a tolerância dimensional à forma: obriga a que a peça real caiba dentro de um invólucro de forma perfeita, do tamanho da cota no seu limite de máxima matéria.

• Aplica-se a um único elemento (um furo, um veio), nunca a duas peças ao mesmo tempo.
• Garante a montabilidade: se o furo cabe sempre dentro do invólucro perfeito no seu limite de máxima matéria, um veio do mesmo limite máximo entra sempre.
• É o oposto da independência: aqui, forma e dimensão ficam ligadas por decisão explícita do projetista.

Usa-se em elementos de encaixe crítico, como o furo de um casquilho-guia, quando a montagem não pode falhar por erro de forma escondido dentro da tolerância dimensional.

Máxima matéria () e mínima matéria (Ⓛ)

• Máxima matéria (MMC, ): a condição em que a peça tem o máximo de material, furo no seu diâmetro mínimo ou veio no seu diâmetro máximo. É o pior caso para a montagem.
• Mínima matéria (LMC, Ⓛ): o oposto, o mínimo de material, o pior caso para a resistência ou espessura de parede.

Quando um símbolo aparece no quadro geométrico junto ao elemento tolerado, a tolerância geométrica cresce à medida que a peça se afasta da máxima matéria (a chamada tolerância adicional, ou "bónus"):

Exemplo: um furo Ø10 (MMC=Ø10,00) com posição Ø0,10 . Se o furo real sai a Ø10,08, a tolerância adicional é mm, e a tolerância de posição efetiva sobe para mm.

Tolerância projetada (Ⓟ)

A tolerância projetada, símbolo Ⓟ, desloca a zona de tolerância geométrica para fora da peça, ao longo de uma distância indicada, em vez de a aplicar apenas dentro do furo.

Caso típico em moldes: o furo de uma coluna-guia na placa é curto, mas a coluna projeta-se 40 mm para fora da placa antes de entrar no casquilho da outra placa. Se a tolerância de perpendicularidade fosse aplicada só dentro do furo curto, um pequeno desvio angular ali poderia desviar muito a ponta da coluna 40 mm mais à frente.

⌖  Ø0,02  Ⓟ 40  A

Lê-se: "a zona de tolerância de perpendicularidade de Ø0,02 mm aplica-se ao longo de 40 mm projetados para fora da face, não apenas dentro do furo."

Símbolos modificadores, ISO e ASME

Modificador	Símbolo	Significado
Máxima matéria		tolerância adicional conforme a peça se afasta da máxima matéria
Mínima matéria	Ⓛ	tolerância adicional conforme a peça se afasta da mínima matéria
Tolerância projetada	Ⓟ	zona de tolerância deslocada para fora da peça
Exigência de envolvente	Ⓔ	liga dimensão e forma (só existe do lado ISO)

Os modificadores , Ⓛ e Ⓟ são praticamente comuns às duas normas, ISO 1101 e ASME Y14.5. A diferença maior está na exigência de envolvente: a norma ISO trata-a como opcional (símbolo Ⓔ, tem de estar escrito), enquanto a norma ASME a aplica por omissão à maioria das cotas de tamanho (a chamada "Regra nº 1"), sem precisar de símbolo.

Cadeia de cotas e cota de fecho

Quando várias peças se empilham, a cota final do conjunto depende da soma das cotas individuais: é a cadeia de cotas. A última cota, a que fecha a cadeia, chama-se cota de fecho e é sempre uma cota auxiliar, entre parênteses, sem tolerância própria no desenho: ela resulta das outras, não se cota nem se tolera diretamente.

Regra do pior caso, a mais usada neste nível: a tolerância da cota de fecho é a soma das tolerâncias das cotas que compõem a cadeia.

Cotar a mesma medida da peça duas vezes por caminhos diferentes cria uma cadeia sobreposta e uma cota redundante: mede-se a medida real da peça uma única vez, por um só caminho de cotagem.

Exemplo resolvido: altura de um pacote de molde

Três placas empilhadas na direção de fecho, formam a altura de um pacote de molde: Placa A (40 ± 0,10 mm), Placa B (60 ± 0,15 mm), Placa C (25 ± 0,10 mm).

Esta altura total, entre parênteses no desenho de conjunto, tem de ser compatível com o curso de fecho da máquina de injeção. Se a folga de 0,35 mm for excessiva para a máquina, a solução é apertar a tolerância de uma das três placas, não da cota de fecho (que não se pode tolerar diretamente).

Instrumentos de medida e verificação

O calibre passa/não passa é o instrumento da produção em série: não dá um número, só confirma se a peça está dentro da tolerância. É mais rápido e mais barato do que medir cada peça com um paquímetro, mas não serve para diagnosticar desvios de processo.

Máquina de Medição por Coordenadas (CMM)

A CMM mede uma peça em três eixos (X, Y, Z), tocando ou digitalizando a superfície com uma sonda, e calcula automaticamente cotas, formas, orientações, localizações e batimentos a partir da nuvem de pontos recolhida.

• Verifica, numa só peça, toda a folha de tolerâncias geométricas de uma vez, algo impraticável com instrumentos manuais.
• Essencial em moldes: verifica a posição relativa entre o macho e a cavidade, os furos de coluna-guia, e a forma real de superfícies complexas (moldadas em 3D).
• Requer referências bem definidas no programa de medição, exatamente as mesmas do desenho (Bloco 9): medir a peça numa referência diferente da do projeto invalida o resultado.

Segurança e saúde no trabalho de medição

Trabalhar com instrumentos de precisão e com a CMM implica cuidados próprios, para além dos gerais de oficina:

• Instrumentos de medida: manusear com cuidado, nunca deixar cair; limpar antes e depois de usar, para não transportar limalha entre peças.
• Máquinas de medição por coordenadas: nunca forçar a sonda contra a peça; respeitar os limites de curso; deixar a máquina estabilizar termicamente antes de medições de precisão (variações de temperatura da sala falseiam décimas de mícron).
• Sala de metrologia: ambiente com temperatura controlada, normalmente perto de 20 °C; um desvio de poucos graus já muda a dimensão real de uma peça metálica o suficiente para invalidar tolerâncias apertadas.
• Peças acabadas de máquina: podem ter arestas vivas e limalha; usar luvas adequadas ao manuseamento, não à medição fina (que exige tato direto).

Rigor na medição começa por rigor no ambiente e no manuseamento.