Retidão versus planicidade: diferenças de GD&T que importam no chão de fábrica

A cada semana, um desenho chega à nossa mesa com duas legendas que parecem quase intercambiáveis: uma pequena linha reta desenhada acima de uma haste e um pequeno paralelogramo desenhado acima de uma face. Retidão e planicidade são tolerâncias de forma. Nenhum deles precisa de uma referência de dados. Ambos geralmente são verificados com um relógio comparador e uma placa de superfície. E ainda assim eles fazem perguntas completamente diferentes sobre uma peça.

Engenheiros que são novos em GD&T frequentemente nos perguntam qual deles usar. A resposta curta é que a retidão controla uma linha ou um eixo, enquanto a planicidade controla uma superfície inteira. A resposta mais longa é o assunto do restante deste artigo.

Veja como explicamos as duas frases de destaque aos clientes e como a diferença se manifesta nas peças reais.

O que a retidão realmente controla

A retidão é um controle bidimensional. Aplicado a uma superfície plana, diz que cada elemento de linha individual nessa superfície deve estar entre duas linhas paralelas separadas pelo valor de tolerância. Aplicado a uma característica de tamanho, como a haste de um parafuso, um pino-guia ou um eixo óptico, ele controla a linha média derivada e a zona de tolerância torna-se um cilindro cujo diâmetro é igual ao valor de tolerância.

Duas propriedades tornam a retidão incomum:

• Nenhum dado é necessário. A zona de tolerância é livre para transladar e girar até capturar o recurso real com a maior precisão possível, de modo que o inspetor mede apenas a forma e não a orientação ou localização.
• Funciona em uma direção de cada vez. Uma superfície que mede bem ao longo de seu comprimento ainda pode ser curvada, curvada ou torcida em toda a sua largura, e uma chamada de retidão tomada em uma única direção não captará isso.

Uma referência de retilinidade de 0,02 mm em uma haste de eixo significa que a linha média derivada deve caber dentro de um cilindro de 0,02 mm de diâmetro em todo o comprimento do recurso. Se o desenho adicionar o modificador de condição máxima do material próximo à tolerância, o erro permitido aumentará à medida que o diâmetro real se afastar da condição máxima do material. Essa tolerância bônus é o que permite que um eixo ligeiramente subdimensionado dobre um pouco mais e ainda assim passe na inspeção.

Onde a retidão realmente ganha seu lugar é em recursos longos e delgados que deslizam, giram ou alinham outra coisa: hastes guia, fusos, pinos ejetores, hastes de válvulas e núcleos de eixo dentro de pequenas caixas de engrenagens e mecanismos rotativos.

O que planicidade realmente significa

A planicidade pega a mesma ideia e a estende por toda a superfície. A zona de tolerância são dois planos paralelos separados pelo valor de tolerância, e cada ponto na superfície controlada deve ficar entre eles. Assim como a retilineidade, a planicidade não precisa de dados e os dois planos são livres para inclinar-se até capturarem a superfície o mais firmemente possível.

Essa liberdade é a parte importante. Uma chamada de planicidade não se importa com a orientação da superfície no espaço. Importa apenas que a superfície em si não seja curvada, abaulada ou ondulada. Uma face perfeitamente plana situada a três graus da parte inferior da peça ainda é plana.

Retidão e planicidade se relacionam. Uma superfície plana é automaticamente reta em todas as direções em que você pode desenhar uma linha sobre ela. O inverso não é verdade. Imagine uma folha de papel enrolada suavemente em torno de um grande cilindro. Cada linha ao longo do rolo é perfeitamente reta, mas a folha como um todo é curva. Uma chamada de retidão aceitaria essa folha. Um texto explicativo de planicidade o rejeitaria.

Planicidade também é a descrição mais precisa quando uma face precisa vedar, deslizar ou ficar rente a outra face sob carga. Uma arruela que balança na carcaça ou uma sede de válvula que não fecha uniformemente é um problema de planicidade, não de retilineidade.

Retidão versus planicidade: a diferença em uma mesa

A distinção linha versus superfície produz algumas consequências práticas que surpreendem as pessoas:

1. Planicidade implica retidão em todas as direções. Se uma face for plana dentro de 0,05 mm, qualquer linha desenhada nela também será reta dentro de 0,05 mm.
2. A retidão em uma direção não diz nada sobre a direção perpendicular. Uma peça pode passar por uma verificação de retilinidade unidirecional e ainda oscilar em uma placa de superfície.
3. A retilinidade do eixo e a retilinidade da superfície se comportam de maneira diferente, embora sejam chamadas pelo mesmo nome e impressas com o mesmo tipo de texto explicativo.
4. Nenhuma das chamadas controla a textura da superfície, a ondulação em outra escala ou a orientação do recurso em relação a uma referência. Em vez disso, precisam de notas de acabamento superficial, perfil, paralelismo ou perpendicularidade.

Onde cada texto explicativo pertence em um desenho real

Na prática, as duas legendas tendem a ficar em cantos diferentes de uma impressão.

A retidão geralmente aparece em

• Hastes guia, fusos e êmbolos que devem funcionar corretamente ao longo de seu comprimento.
• Cavilhas, pinos cônicos e pinos de localização que definem a posição de um acessório ou placa.
• Núcleos de eixo, eixos escalonados e eixos ópticos em pequenos conjuntos rotativos.
• Pinos longos e hastes roscadas onde a flexão desalinharia a junta.

A planicidade geralmente aparece em

• Vedação de faces em corpos de válvulas, conexões e componentes hidráulicos.
• Faces de arruelas, faces de rolamentos de porcas e faces de rolamentos de cabeça de parafuso que distribuem a carga de fixação uniformemente.
• Faces de flange, faces de extremidade de engrenagem, suportes de montagem e placas de cobertura que são aparafusadas e não devem vazar.
• Qualquer face que deslize contra outra face, como uma placa de desgaste ou uma tampa deslizante.

Um parafuso sextavado interno é um bom exemplo de ambas as chamadas que vivem na mesma peça. A haste pode carregar uma chamada de retilinidade do eixo para que não fique presa em um orifício de folga, enquanto a parte inferior da cabeça pode carregar uma chamada de planicidade para que a carga de fixação se espalhe uniformemente em vez de se concentrar em uma borda.

Como medimos ambos no chão de fábrica

Nenhuma das tolerâncias é difícil de verificar, mas ambas são fáceis de verificar mal.

Medindo retidão

Para uma linha em uma superfície, a peça fica em uma placa de superfície e um relógio comparador percorre o recurso. A diferença entre as leituras mais altas e mais baixas, obtidas ao longo dessa linha única, é o erro de retilineidade. Para um eixo, a peça é apoiada em blocos V ou entre centros, girada e varrida ao longo de seu comprimento. A direção dos pontos altos é tão importante quanto seu tamanho, porque o texto explicativo realmente se refere à linha mediana derivada e não à superfície que você pode tocar.

Medindo planicidade

Em uma placa de superfície, um medidor ou indicador de altura varre uma grade pela face, e a diferença entre as leituras mais altas e mais baixas é o erro de planicidade. Para faces lapidadas ou retificadas finas, uma fonte de luz plana óptica e uma fonte de luz monocromática mostram faixas de interferência que mapeiam o formato da superfície em segundos. Para faces complexas ou interrompidas, uma varredura de grade CMM geralmente é o caminho prático.

Qualquer que seja o método usado, três coisas decidem se o número significa alguma coisa. Apoie a peça na forma como ela assenta na montagem, pois o apoio de três pontos evita o balanço que infla a cada leitura. Deixe a peça e o medidor atingirem a mesma temperatura, pois uma face de aço de 100 mm cresce cerca de 0,0012 mm para cada grau Celsius. E limpe a superfície, porque um único chip em uma placa de superfície tem facilmente vários micrômetros de altura. Manter essas variáveis sob controle é a maior parte do trabalho de precisão dimensional, e abordamos isso com mais detalhes em nossa nota sobre como mantemos a precisão dimensional sob controle .

O excesso de tolerância custa mais do que a subtolerância

Se há um hábito que abandonamos, é uma chamada de planicidade ou retidão copiada de um desenho anterior para uma peça que nunca precisou dela.

Apertar a planicidade de 0,05 mm para 0,01 mm em uma face de arruela não altera apenas um número em uma planilha. Isso muda o processo. Isso significa lapidação ou retificação fina, retificação mais frequente do rebolo, estações extras de inspeção, classificação e uma taxa de refugo mais alta. O mesmo se aplica à retilinidade em um eixo: uma chamada de eixo de 0,01 mm em uma haste de 200 mm geralmente transforma uma operação de torneamento em uma operação de retificação.

Algumas regras básicas que usamos quando analisamos uma impressão com um cliente:

• Pergunte o que o recurso realmente faz. As faces de vedação, deslizamento e localização ganham uma chamada de planicidade. Rostos cosméticos raramente o fazem.
• Mantenha a tolerância tão generosa quanto a função permitir. Se a montagem tolerar 0,1 mm de variação, uma chamada de planicidade de 0,05 mm já será duas vezes mais rigorosa do que o necessário.
• Use retidão para eixos e linhas e planicidade para áreas. Misturá-los é o motivo mais comum pelo qual uma peça é rejeitada por algo que nunca importou.
• Lembre-se de que planicidade implica retidão. Colocar os dois na mesma cara geralmente é redundante.

O trabalho personalizado é onde esta conversa mais importa, porque cada fixador fora do padrão ou peça usinada começa com um desenho e uma decisão sobre o que realmente deve ser controlado.

Retidão e planicidade não são textos explicativos concorrentes. Eles descrevem duas formas diferentes de erro: uma linha que vagou e uma superfície que saiu do seu plano. Uma vez clara essa distinção, as decisões de sorteio ficam mais fáceis e a inspeção fica mais curta, porque ninguém precisa discutir qual zona de tolerância se aplica.

Se uma impressão em sua mesa parecer ambígua ou uma tolerância parecer mais rígida do que o trabalho precisa, envie-a. Preferimos conversar sobre isso antes que as fichas voem do que separar as peças depois.